CN109613874A - 一种开放型实训室智能控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于实训室智能控制技术领域，公开了一种开放型实训室智能控制系统及方法，所述开放型实训室智能控制系统包括：信息采集模块、故障检测模块、输入模块、主控模块、照明模块、温控模块、投影模块、打印模块、实训教学模块、报警模块、显示模块。本发明通过故障检测模块有效的实现各种实训实验环境的创建，通过调用实际案例的数据作为仿真数据，使实训实验更贴近实际；同时，所述方法及系统通过提供交互，使受训者在实际操作过程中可以获得更好的体验，同时也可随时与管理者互动，完成实训；所述方法及系统使用容器技术，使得可同时创建并开展多项实训实验，提高了实训实验的丰富性和可用性。

Description

一种开放型实训室智能控制系统及方法

技术领域

本发明属于实训室智能控制技术领域，尤其涉及一种开放型实训室智能控制系统及方法。

背景技术

实训的最终目的是全面提高学生的职业素质，最终达到学生满意就业、企业满意用人的目的。合理的实训教育本应该是大学教育的一个重要组成部分，但是目前却成为了社会培训机构、企业内训的责任。实训基地是由多个实验实训室组成的，用于在校学生通过工学结合学习实践技能的场所。实训基地分为校内实训基地和校外实训基地。校内实训基地是指其位置在学校内部的实训基地，校外实训基地是指通过校企合作建设成立的，位置在企业内部，用于在校学生学习实践技能的场所。实训通过模拟实际工作环境，教学采用来自真实工作项目的实际案例，教学过程理论结合实践，更强调学生的参与式学习，能够在最短的时间内使学生在专业技能、实践经验、工作方法、团队合作等方面提高。然而，现有实训室对电气设备管理信息分散，数据之间存在结构多样、关系复杂，数据融合程度不足等问题，给运维评估人员造成信息分析不足、故障诊断误差大等问题；同时，现有实训室实训教学内容单一、实训效果差、资源少。

综上所述，现有技术存在的问题是：

现有实训室对电气设备管理信息分散，数据之间存在结构多样、关系复杂，数据融合程度不足等问题，给运维评估人员造成信息分析不足、故障诊断误差大等问题；同时，现有实训室实训教学内容单一、实训效果差、资源少。

现有技术中不能实现照明灯光度调节，照明灯对实训人员眼部的刺激；现有技术投影仪的过于依赖阈值，且不能有效去除噪音的影响，降低投影仪的清晰度及影像的分辨率；现有技术中颜料空间维数大，颜料呈色受到光谱冗余的影响，降低打印机打印资料的清晰度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种开放型实训室智能控制系统及方法。

本发明是这样实现的，一种开放型实训室智能控制方法，所述开放型实训室智能控制方法包括：

第一步，利用读卡器读取学员卡的身份信息数据；实时检测实训室内电气设备的故障信号；

第二步，利用输入键盘数据控制指令数据；利用基于PWM信号的照明灯为实训室提供照明操作；利用加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；

第三步，通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据；打印机经过色彩校正进行打印操作；利用网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；

第四步，利用报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；通过显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

进一步，利用基于PWM信号的照明灯，通过对正向导通时间进行控制，实现照明灯光度调节，人对照明灯光的视觉度为：

式中：L(t)为照明灯光的实际亮度，T为照明周期；

当L(t)为常数L时，则周期内LED灯光的视觉亮度为：

式中：t为LED灯光对眼睛的刺激时间。

进一步，通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据，大小为M×N的灰度图像f(x，y)的Brenner清晰度评价算法为：

式中：(f(x+2，y)-f(x，y))²＞Threshold；

改进后的Brenner清晰度评价算法为：

本发明的另一目的在于提供一种实施所述开放型实训室智能控制方法的开放型实训室智能控制系统，所述开放型实训室智能控制系统包括：

信息采集模块，与主控模块连接，用于通过读卡器读取学员卡的身份信息数据；

故障检测模块，与主控模块连接，用于通过检测电路实时检测实训室内电气设备的故障信号；

输入模块，与主控模块连接，用于通过输入键盘数据控制指令数据；

主控模块，与信息采集模块、故障检测模块、输入模块、照明模块、温控模块、投影模块、打印模块、实训教学模块、报警模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

照明模块，与主控模块连接，用于通过照明灯为实训室提供照明操作；

温控模块，与主控模块连接，用于通过加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；

投影模块，与主控模块连接，用于通过投影仪为实训学员提供实训影像资料数据操作；

打印模块，与主控模块连接，用于通过打印机进行打印操作；

实训教学模块，与主控模块连接，用于通过网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；

报警模块，与主控模块连接，用于通过报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

本发明的另一目的在于提供一种应用所述开放型实训室智能控制方法的学生实训平台。

本发明的优点及积极效果为：

本发明通过故障检测模块基于模糊理论和D-S证据理论的信息特征融合技术对电气设备故障诊断；首先通过模糊理论中的隶属度方法和mass函数提取故障特征及赋值，然后通过D-S理论合成规则进行特征信息融合，减少电气设备故障诊断的误差；同时，通过实训教学模块根据解析实训课程需求获得实训课程的环境特征，并根据所述环境特征调用、修改环境模板，进而创建实训实验环境，从而实现灵活、快速、高适应性实验环境创建方法，通过多个环境模板的组合，有效的实现各种实训实验环境的创建，通过调用实际案例的数据作为仿真数据，使实训实验更贴近实际；同时，所述方法及系统通过提供交互，使受训者在实际操作过程中可以获得更好的体验，同时也可随时与管理者互动，完成实训；所述方法及系统使用容器技术，使得可同时创建并开展多项实训实验，提高了实训实验的丰富性和可用性。

本发明利用基于PWM信号的照明灯，通过对正向导通时间进行控制，实现照明灯光度调节，有效减免照明灯对实训人员眼部的刺激，有效的为实训室提供照明；本发明通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据，改进的算法不依赖阈值，有效去除噪音的影响；在滤除比例较大的低频成分的同时，保留原有影像资料中细节丰富的中高频成分，增加投影仪的清晰度，有效提高影像的分辨率；本发明打印机经过色彩校正，有效降低颜料空间维数，消除颜料呈色的光谱冗余，提高打印机打印资料的清晰度。

附图说明

图1是本发明实施例提供的开放型实训室智能控制方法流程图。

图2是本发明实施例提供的开放型实训室智能控制系统结构框图；

图中：1、信息采集模块；2、故障检测模块；3、输入模块；4、主控模块；5、照明模块；6、温控模块；7、投影模块；8、打印模块；9、实训教学模块；10、报警模块；11、显示模块。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的开放型实训室智能控制方法，具体包括以下步骤：

S101：利用读卡器读取学员卡的身份信息数据；实时检测实训室内电气设备的故障信号；

S102：利用输入键盘数据控制指令数据；利用基于PWM信号的照明灯为实训室提供照明操作；利用加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；

S103：通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据；打印机经过色彩校正进行打印操作；利用网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；

S104：利用报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；通过显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

步骤S102中，本发明实施例提供的利用基于PWM信号的照明灯，通过对正向导通时间进行控制，实现照明灯光度调节，有效减免照明灯对实训人员眼部的刺激，有效的为实训室提供照明；

人对照明灯光的视觉度为：

式中：L(t)为照明灯光的实际亮度，T为照明周期；

当L(t)为常数L时，则周期内LED灯光的视觉亮度为:

式中：t为LED灯光对眼睛的刺激时间。

步骤S103中，本发明实施例提供的通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据，改进的算法不依赖阈值，有效去除噪音的影响；在滤除比例较大的低频成分的同时，保留原有影像资料中细节丰富的中高频成分，增加投影仪的清晰度，有效提高影像的分辨率；大小为M×N的灰度图像f(x，y)的Brenner清晰度评价算法为：

式中：(f(x+2，y)-f(x，y))²＞Threshold

改进后的Brenner清晰度评价算法为：

步骤S103中，本发明实施例提供的打印机经过色彩校正，有效降低颜料空间维数，消除颜料呈色的光谱冗余，提高打印机打印资料的清晰度，具体算法为：

I_C、I_M、I_Y、I_K、I_c、I_m分别表示油墨C、M、Y、K、c、m的浓度(0～1之间的实数)，则I_C＝αI_c，I_M＝βI_m，α、β为正实数(若I_c＝1时对应的颜色与I_C＝0.4时颜色相同，则α＝0.4，类似可确定β)；

通过该线性映射，将c、m的油墨浓度转换为一定比例的C、M浓度，于是CMYKcm打印机退化为CMYK打印机，进而实施基于色域划分的色彩校正；

CMYKcm色彩校正后的墨水t_ink为CMYK格式，即t_ink＝[I_C，I_M，I_Y，I_K]；

因此还需对t_ink再执行一步格式变换T:R⁴→R⁶，实现CMYK到CMYKcm的调整；本发明采用下式所示方法，实现T变换。

如图2所示，本发明提供的开放型实训室智能控制系统包括：信息采集模块1、故障检测模块2、输入模块3、主控模块4、照明模块5、温控模块6、投影模块7、打印模块8、实训教学模块9、报警模块10、显示模块11。

信息采集模块1，与主控模块4连接，用于通过读卡器读取学员卡的身份信息数据；

故障检测模块2，与主控模块4连接，用于通过检测电路实时检测实训室内电气设备的故障信号；

输入模块3，与主控模块4连接，用于通过输入键盘数据控制指令数据；

主控模块4，与信息采集模块1、故障检测模块2、输入模块3、照明模块5、温控模块6、投影模块7、打印模块8、实训教学模块9、报警模块10、显示模块11连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

照明模块5，与主控模块4连接，用于通过照明灯为实训室提供照明操作；

温控模块6，与主控模块4连接，用于通过加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；

投影模块7，与主控模块4连接，用于通过投影仪为实训学员提供实训影像资料数据操作；

打印模块8，与主控模块4连接，用于通过打印机进行打印操作；

实训教学模块9，与主控模块4连接，用于通过网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；

报警模块10，与主控模块4连接，用于通过报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；

显示模块11，与主控模块4连接，用于通过显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

本发明提供的故障检测模块2检测方法如下：

(1)构建相关性函数，计算检测电气设备运行的所有传感器之间的相互支持程度；

(2)构建隶属度函数，提取传感器回传的故障特征值，计算各传感器所提供数据的可信度；

(3)根据传感器的支持度及可信度转换成基本概率赋值；

(4)对获取的基本概率赋值进行合成，获得综合概率分配值；

(5)综合概率分配值超过设定阈值则进行报警操作。

本发明提供的步骤(1)中，构建一个秩为n的矩阵方阵f(h/t)，f(h/t)的相关性函数如下：

f(h/t)＝f(h/t)/max[f(h/t)，f(t/h)]，h，t＝1，2，....，n.；

f(h/t)表示传感器h被传感器t的支持程度，h，t＝1，2，....，n；

通过以下公式计算各个传感器被其他传感器所相互支持程度：

C′_h＝minf(h/A)，A＝1，2，...，n.；

其中，C′_h表示第h个传感器被其他传感器支持的程度。

本发明提供的步骤(1)中，计算相关性函数后得出的f(h/t)＝1-d_ht，d_ht表示多传感器数据的置信距离测度。

本发明提供的步骤(2)中，构建隶属度函数由电气设备本身的工作特性以及采集到的参数及数据确定，即获取电气设备稳定时的工作参数的数据作为标准测量参数，获取当前电气设备的实际测量值，将实际测量值作为变量进行隶属度运算，由得出的隶属度来表示各传感器所提供数据的可信度。

本发明提供的步骤(2)中，的隶属度函数如下所示：

其中，x_0ij为电气设备在稳定运行的标准测量参数；μ_ij为传感器i测定被诊断部件j属于故障部件的隶属度；x_i为传感器i的实际测量值；e_ij为测量参数的正常变化范围，t_ij为测量参数的极限偏差。

本发明提供的实训教学模块9教学方法如下：

1)解析实训课程需求，获得实训课程的环境特征；所述环境特征对应实训课程所需的一个或多个大数据集群环境；

2)根据实训课程的环境特征调用对应的一个或多个环境模板，并根据实训课程需求修改所述一个或多个环境模板；所述一个环境模板对应一个大数据集群环境，所述对环境模板的修改包括修改所述大数据集群环境的参数；所述参数包括集群节点数、节点相关配置以及节点资源配额；

3)根据所述实训课程需求的仿真数据及修改后的一个或多个环境模板创建实训实验环境；

4)受训者通过交互工具访问所述实训实验环境，在所述实训实验环境中进行大数据实训。

本发明提供的方法包括：对正在运行的实训实验环境进行环境管理；所述环境管理包括对正在运行的环境管理的运行状态进行实时监控，以及停止或删除正在运行的实训实验环境。

本发明提供的环境管理包括根据实训课程需求对实训实验环境的参数在后台调整，以及对运行异常的实训实验环境进行后台调试；当所述实时监控存在异常时，通过环境管理界面进行报警。

本发明提供的管理者通过调取受训者访问的实训实验环境的交互操作界面，对受训者的实训状况进行实时巡查；所述管理者通过交互操作界面向一个或多个受训者发布广播信息，所述受训者通过交互操作界面向管理者进行提问。

本发明工作时，首先，通过信息采集模块1利用读卡器读取学员卡的身份信息数据；通过故障检测模块2利用检测电路实时检测实训室内电气设备的故障信号；通过输入模块3利用输入键盘数据控制指令数据；其次，主控模块4调度照明模块5利用照明灯为实训室提供照明操作；通过温控模块6利用加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；通过投影模块7利用投影仪为实训学员提供实训影像资料数据操作；通过打印模块8利用打印机进行打印操作；然后，通过实训教学模块9利用网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；通过报警模块10利用报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；最后，通过显示模块11利用显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种开放型实训室智能控制方法，其特征在于，所述开放型实训室智能控制方法包括：

第一步，利用读卡器读取学员卡的身份信息数据；实时检测实训室内电气设备的故障信号；

第二步，利用输入键盘数据控制指令数据；利用基于PWM信号的照明灯为实训室提供照明操作；利用加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；

第三步，通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据；打印机经过色彩校正进行打印操作；利用网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；

第四步，利用报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；通过显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

2.如权利要求1所述的开放型实训室智能控制方法，其特征在于，利用基于PWM信号的照明灯，通过对正向导通时间进行控制，实现照明灯光度调节，人对照明灯光的视觉度为：

式中：L(t)为照明灯光的实际亮度，T为照明周期；

当L(t)为常数L时，则周期内LED灯光的视觉亮度为：

式中：t为LED灯光对眼睛的刺激时间。

3.如权利要求1所述的开放型实训室智能控制方法，其特征在于，通过投影仪采用改进的Bernner算法为实训学员提供实训影像资料数据，大小为M×N的灰度图像f(x，y)的Brenner清晰度评价算法为：

式中：(f(x+2，y)-f(x，y))²＞Threshold；

改进后的Brenner清晰度评价算法为：

4.一种实施权利要求1所述开放型实训室智能控制方法的开放型实训室智能控制系统，其特征在于，所述开放型实训室智能控制系统包括：

信息采集模块，与主控模块连接，用于通过读卡器读取学员卡的身份信息数据；

故障检测模块，与主控模块连接，用于通过检测电路实时检测实训室内电气设备的故障信号；

输入模块，与主控模块连接，用于通过输入键盘数据控制指令数据；

主控模块，与信息采集模块、故障检测模块、输入模块、照明模块、温控模块、投影模块、打印模块、实训教学模块、报警模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；

照明模块，与主控模块连接，用于通过照明灯为实训室提供照明操作；

温控模块，与主控模块连接，用于通过加热器和冷凝器对实训室进行温度控制操作；

投影模块，与主控模块连接，用于通过投影仪为实训学员提供实训影像资料数据操作；

打印模块，与主控模块连接，用于通过打印机进行打印操作；

实训教学模块，与主控模块连接，用于通过网络接口连接网络通过大数据实训教学资源；

报警模块，与主控模块连接，用于通过报警器根据检测的故障信号进行及时报警通知；

显示模块，与主控模块连接，用于通过显示器显示实训室智能控制操作界面及采集的学员信息、电气设备故障信息。

5.一种应用权利要求1～3任意一项所述开放型实训室智能控制方法的学生实训平台。