CN112333252B - 一种在线物联网实验操作系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在线物联网实验操作系统，其特征在于：包括线上编程系统、代码推送模块、用户鉴权中心、实验配套开发板和实验配套开发板配置模块。注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码后，线上编程系统的后端服务模块对源代码进行编辑处理，然后发送给代码推送模块，通过代码推送模块发送给实验开发板。与现有技术相比，本发明的优点在于：线上编程系统方便用户用户通过Web端在线编程，可将代码通过无线网络一键下载到实验配套开发板并自动运行，实现线上编程平台和实验开发板的无缝连接。

Description

一种在线物联网实验操作系统
技术领域
本发明涉及一种在线物联网实验操作系统。
背景技术
随着互联网技术的广泛应用，线上教学已经成为主流教学方式之一。尤其在新冠疫情期间，全国各地大中小学的理论课程都通过线上教学开展进行，减少了人群接触，突出了教学优势。但目前线上教学大多以理论知识为主，少数如计算机程序设计等相关教学会提供OJ(Online Judge)系统或其他方式的线上编译系统；虽然在线教学模式优势明显，但目前教育界普遍认为在线教学的授课效果和学生的学习体验仍存在不足。
目前的线上教学虽然能够给用户提供丰富的教学资源和极大的便利，但局限性也较突出，尤其对于需进行实操实验的课程来讲，单纯的线上理论教学不足以满足实际需要。对于计算机相关专业，用户只能使用OJ(Online Judge)或其他的在线编译系统来完成一些简单的计算机软件编程实验教学，而无法解决疫情期间在线完成如物联网开发等实操课程的在线开发及实验。以物联网专业课程而言，软硬件系统开发门槛过高，对学生的硬件知识及环境配置能力有一定要求，同时由于系统限制，导致目前的物联网开发实验课程难以在线上进行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种能够实现需要实操的实验课程的线上教学的在线物联网实验操作系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种在线物联网实验操作系统，其特征在于：包括
线上编程系统，线上编程系统包括前端操作页面和后端服务模块，其中前端操作页面至少包括登录注册页面和编程页面；后端服务模块用于完成用户注册、用户登录、用户鉴权认证及源代码编辑和转发；实验配套开发板配置模块将获取实验配套开发板的物理身份识别码发送给后端服务模块，由后端服务模块完成注册用户与实验配套开发板的物理身份识别码的身份绑定；
代码推送模块，用于将注册用户在线上编程系统完成的源代码发送给实验开发板，并将实验配套开发板的运行结果反馈给线上编程系统；
用户鉴权中心，与线上编程系统，用于对注册或登录的用户进行鉴权；
实验配套开发板，自动运行代码推送模块发来的目标代码，并将运行结构反馈给代码推送模块；
实验配套开发板配置模块，用于配置实验配套开发板的网络设置，同时获取实验配套开发板的物理身份识别码；
注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码后，线上编程系统的后端服务模块对源代码进行编辑处理，然后发送给代码推送模块，通过代码推送模块发送给实验开发板。
当多个注册用户同时使用上述在线物联网实验操作系统时，代码推送模块通过如下方式实现一对一代码推送：
首先注册用户通过实验配套开发板配置模块对实验配套开发板进行网络配置，同时实验配套开发板配置模块获取实验配套开发板的物理身份识别码，线上编程系统的后端服务模块将注册用户ID与实验配套开发板的物理身份识别码进行绑定；
实验配套开发板完成网络配置后，订阅以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的订阅消息，同时发布以“物理身份识别码”为主题的第一广播消息，第一广播消息内携带实验配套开发板的运行信息；
注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码，并通过后端服务模块将编写完成的源代码，注册用户ID，以及与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的物理身份识别码一起发给代码推送模块；
代码推送模块读取注册用户ID和与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的物理身份识别码，创建以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的第二广播，该第二广播内容携带注册用户编写完成的源代码，完成源代码传输；同时订阅以与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的“物理身份识别码”为主题的订阅消息，完成开发板实验配套开发板的运行信息的接收，达到双向一对一通信。
所述实验配套开发板的工作流程包括：
实验配套开发板上电后，先尝试读取内存中的网络配置信息，如果网络配置信息存在，实验配套开发板将采用读取的网络配置信息进行联网；如果内存中无网络配置信息，则等待实验配套开发板配置模块发送网络配置信息，当收到网络配置信息后，采用该网络配置信息进行联网；
网络连接成功后，订阅以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的订阅消息，同时发布以“实验配套开发板的物理身份识别码”为主题的第一广播消息，第一广播消息内携带实验配套开发板的运行信息；
当实验配套开发板收到代码推送模块广播发出的以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的第二广播后，自动完成源代码的运行，并将运行结果通过第一广播消息广播出去。
较好的，所述实验配套开发板配置模块为安装在用户移动终端上的应用程序。
所述线上编程系统后端设计基于Spring Cloud架构；前端操作页面中编程页面中采用的源代码为基于Python的源代码；
所述实验配套开发板采用MicroPython操作系统为底层固件，实验配套开发板收到代码推送模块推送的基于Python的源代码后，直接调用该源代码完成自动运行。
所述实验配套开发板采用ESP32作为主控芯片，与实验配套开发板配置模块之间采用蓝牙进行无线通信。
与现有技术相比，本发明的优点在于：线上编程系统方便用户用户通过Web端在线编程，可将代码通过无线网络一键下载到实验配套开发板并自动运行，实现线上编程平台和实验开发板的无缝连接。
附图说明
图1为本发明实施例中在线物联网实验操作系统的框图。
图2为本发明实施例中实验配套开发板的工作流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示的在线物联网实验操作系统，其包括
线上编程系统，线上编程系统包括前端操作页面和后端服务模块，其中前端操作页面包括主页面、登录注册页面和编程页面；后端服务模块用于完成用户注册、用户登录、用户鉴权认证及源代码编辑和转发；
代码推送模块，用于将注册用户在线上编程系统完成的源代码发送给实验开发板，并将实验配套开发板的运行结果反馈给线上编程系统；
用户鉴权中心，与线上编程系统，用于对注册或登录的用户进行鉴权；
实验配套开发板，自动运行代码推送模块发来的目标代码，并将运行结构反馈给代码推送模块；
实验配套开发板配置模块，用于配置实验配套开发板的网络设置，同时获取实验配套开发板的物理身份识别码；实验配套开发板配置模块将获取实验配套开发板的物理身份识别码发送给后端服务模块，由后端服务模块完成注册用户与实验配套开发板的物理身份识别码的身份绑定；
注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码后，线上编程系统的后端服务模块对源代码进行编辑处理，然后发送给代码推送模块，通过代码推送模块发送给实验开发板。
用户首次使用上述在线物联网实验操作系统时，需要先通过网页浏览器进入线上编程系统1的主界面，然后进入登录注册页面进行用户注册，用户完成信息注册后，用户信息将与用户鉴权中心交互，经用户鉴权中心鉴权成功后，即成为注册用户。
当多个注册用户同时使用上述在线物联网实验操作系统时，代码推送模块通过如下方式实现一对一代码推送：
首先注册用户通过实验配套开发板配置模块对实验配套开发板进行网络配置，同时实验配套开发板配置模块获取实验配套开发板的物理身份识别码，线上编程系统的后端服务模块将注册用户ID与实验配套开发板的物理身份识别码进行绑定；
实验配套开发板完成网络配置后，订阅以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的订阅消息，同时发布以“物理身份识别码”为主题的第一广播消息，第一广播消息内携带实验配套开发板的运行信息；
注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码，并通过后端服务模块将编写完成的源代码，注册用户ID，以及与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的物理身份识别码一起发给代码推送模块；
代码推送模块读取注册用户ID和与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的物理身份识别码，创建以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的第二广播，该第二广播内容携带注册用户编写完成的源代码，完成源代码传输；同时订阅以与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的“物理身份识别码”为主题的订阅消息，完成开发板实验配套开发板的运行信息的接收，达到双向一对一通信。
所述实验配套开发板的工作流程包括，参见图2所示：
实验配套开发板上电后，先尝试读取内存中的网络配置信息，如果网络配置信息存在，实验配套开发板将采用读取的网络配置信息进行联网；如果内存中无网络配置信息，则等待实验配套开发板配置模块发送网络配置信息，当收到网络配置信息后，采用该网络配置信息进行联网；
网络连接成功后，订阅以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的订阅消息，同时发布以“实验配套开发板的物理身份识别码”为主题的第一广播消息，第一广播消息内携带实验配套开发板的运行信息；
当实验配套开发板收到代码推送模块广播发出的以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的第二广播后，自动完成源代码的运行，并将运行结果通过第一广播消息广播出去。
本实施例中，实验配套开发板配置模块为安装在用户移动终端上的应用程序，即通过安装在如手机等智能终端产品上APP对实验配套开发板进行配置，实验配套开发板采用ESP32作为主控芯片，与实验配套开发板配置模块之间采用蓝牙进行无线通信。线上编程系统后端设计基于Spring Cloud架构；前端操作页面中编程页面中采用的源代码为基于Python的源代码；所述实验配套开发板采用MicroPython操作系统为底层固件，实验配套开发板收到代码推送模块推送的基于Python的源代码后，直接调用该源代码完成自动运行。

Claims (4)

1.一种在线物联网实验操作系统，其特征在于：包括
线上编程系统，线上编程系统包括前端操作页面和后端服务模块，其中前端操作页面至少包括登录注册页面和编程页面；后端服务模块用于完成用户注册、用户登录、用户鉴权认证及源代码编辑和转发；
代码推送模块，用于将注册用户在线上编程系统完成的源代码发送给实验开发板，并将实验配套开发板的运行结果反馈给线上编程系统；
用户鉴权中心，与线上编程系统，用于对注册或登录的用户进行鉴权；
实验配套开发板，自动运行代码推送模块发来的目标代码，并将运行结构反馈给代码推送模块；
实验配套开发板配置模块，用于配置实验配套开发板的网络设置，同时获取实验配套开发板的物理身份识别码；实验配套开发板配置模块将获取实验配套开发板的物理身份识别码发送给后端服务模块，由后端服务模块完成注册用户与实验配套开发板的物理身份识别码的身份绑定；
注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码后，线上编程系统的后端服务模块对源代码进行编辑处理，然后发送给代码推送模块，通过代码推送模块发送给实验开发板；
当多个注册用户同时使用上述在线物联网实验操作系统时，代码推送模块通过如下方式实现一对一代码推送：
首先注册用户通过实验配套开发板配置模块对实验配套开发板进行网络配置，同时实验配套开发板配置模块获取实验配套开发板的物理身份识别码，线上编程系统的后端服务模块将注册用户ID与实验配套开发板的物理身份识别码进行绑定；
实验配套开发板完成网络配置后，订阅以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的订阅消息，同时发布以“物理身份识别码”为主题的第一广播消息，第一广播消息内携带实验配套开发板的运行信息；
注册用户在线上编程系统的编程页面编写完源代码，并通过后端服务模块将编写完成的源代码，注册用户ID，以及与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的物理身份识别码一起发给代码推送模块；
代码推送模块读取注册用户ID和与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的物理身份识别码，创建以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的第二广播，该第二广播内容携带注册用户编写完成的源代码，完成源代码传输；同时订阅以与该注册用户ID绑定的实验配套开发板的“物理身份识别码”为主题的订阅消息，完成开发板实验配套开发板的运行信息的接收，达到双向一对一通信；
所述实验配套开发板的工作流程包括：
实验配套开发板上电后，先尝试读取内存中的网络配置信息，如果网络配置信息存在，实验配套开发板将采用读取的网络配置信息进行联网；如果内存中无网络配置信息，则等待实验配套开发板配置模块发送网络配置信息，当收到网络配置信息后，采用该网络配置信息进行联网；
网络连接成功后，订阅以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的订阅消息，同时发布以“实验配套开发板的物理身份识别码”为主题的第一广播消息，第一广播消息内携带实验配套开发板的运行信息；
当实验配套开发板收到代码推送模块广播发出的以“实验配套开发板的物理身份识别码+00”为主题的第二广播后，自动完成源代码的运行，并将运行结果通过第一广播消息广播出去。
2.根据权利要求1所述的在线物联网实验操作系统，其特征在于：所述实验配套开发板配置模块为安装在用户移动终端上的应用程序。
3.根据权利要求1所述的在线物联网实验操作系统，其特征在于：所述线上编程系统后端设计基于Spring Cloud架构；前端操作页面中编程页面中采用的源代码为基于Python的源代码；
所述实验配套开发板采用MicroPython操作系统为底层固件，实验配套开发板收到代码推送模块推送的基于Python的源代码后，直接调用该源代码完成自动运行。
4.根据权利要求3所述的在线物联网实验操作系统，其特征在于：所述实验配套开发板采用ESP32作为主控芯片，与实验配套开发板配置模块之间采用蓝牙进行无线通信。
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