CN112543235A - 一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，包括：加热炉、无线传输模块、后端模块、前端模块和数据存储模块；加热炉用于加热待测晶体样品，还用于采集自身的设备运行数据发送至无线传输模块；无线传输模块用于采集设备运行数据并上传至后端模块；还用于接收后端模块发送的设备控制信息，由此控制加热炉的工作；后端模块用于接收无线传输模块上传的设备运行信息并进行分析处理，将设备运行信息发送至数据存储模块；还用于接收前端模块下发的设备控制参数并进行分析处理，将设备控制参数发送至无线传输模块和数据存储模块；前端模块用于从后端模块中请求数据并进行显示；还用于接收通过网页界面输入的设备控制参数并发送至后端模块。
Description
技术领域
本发明涉及空间材料领域，具体的涉及一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统。
背景技术
现代材料科学通过改进已有的制备技术或发明新的技术，从而获得更高性能或具有新性能的材料。通过表征设备性能的提高，从更深入的层次来理解材料结构与性能的关系。然而材料的制备以及研究过程都受到重力场的影响，这对研究材料的本质特征进而提高工艺或者获得新材料都产生了严重妨碍。而在太空环境中，重力作用引起的沉浮、对流和流体静压力均基本消失，从而可以制备出地面无法获得的大块完整单晶以及其他各种特殊新型材料，与此同时，还可以开展各种材料科学的探索，进行材料理论基础和实验技术的研究。
基于上述背景意义，我国将在空间站开展了一系列空间材料科学实验，并相应的进行了地基匹配实验，地基匹配实验设备具有复杂且规模化的特点，所以使用过程中出现了诸多不便，例如现场技术专家匮乏，数据获取效率低下，实验成本较高等实际问题。
发明内容
本发明的目的在于解决地基匹配实验现有问题，提出了一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统。
为了实现上述目的，本发明提出了一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，所述系统包括：加热炉、无线传输模块、后端模块、前端模块和数据存储模块；
所述加热炉，用于固定并加热待测晶体样品，还用于采集自身的设备运行数据发送至无线传输模块；
所述无线传输模块，用于采集设备运行数据并上传至后端模块；还用于接收后端模块发送的设备控制信息，由此控制加热炉的工作；
所述后端模块，用于接收无线传输模块上传的设备运行信息并进行分析处理，将设备运行信息发送至数据存储模块；还用于接收前端模块下发的设备控制参数并进行分析处理，将设备控制参数分别发送至无线传输模块和数据存储模块；
所述前端模块，用于从后端模块中请求数据并进行显示；还用于接收通过网页界面输入的设备控制参数并发送至后端模块；
所述数据存储模块，用于存储后端模块发送的设备运行信息以及设备控制参数。
作为上述系统的一种改进，所述加热炉包括炉体、温度传感器、电压传感器和电流传感器，其中，
所述炉体，用于固定并加热待测晶体样品；
所述温度传感器，用于采集炉体的温度信息，并发送至无线传输模块；
所述电压传感器，用于采集加热炉工作状态下的电压信息，并发送至无线传输模块；
所述电流传感器，用于采集加热炉工作状态下的电流信息，并发送至无线传输模块。
作为上述系统的一种改进，所述后端模块包括：接口层、逻辑处理层和数据访问层；其中，
所述接口层，用于接收前端模块发送的设备控制参数，接收无线传输模块发送的设备运行数据，还用于将设备控制参数发送至无线传输模块进行数据交互；
所述逻辑处理层，用于将接口接收层接收的数据按照对应逻辑进行处理；包括对设备控制参数的处理和设备运行数据的处理；
所述数据访问层，用于逻辑处理层中需要访问数据处理模块时，将设备控制参数的处理和设备运行数据存入数据处理模块或从问数据处理模块读取数据；
作为上述系统的一种改进，所述前端模块包括：资源文件单元、网络单元、路由单元、组件单元和视图单元；其中，
所述资源文件单元，用于定义并存放界面公共样式和图片；
所述网络单元，用于定义并进行网络请求封装；从后端模块中请求数据并将设备控制参数发送至后端模块；
所述路由单元，用于定义路由跳转规则并处理对应路由跳转；
所述组件单元，用于定义并存放公用组件；
所述视图单元，用于定义各个界面，包括界面样式和逻辑；其中的网页界面用于提供设备控制参数的输入。
作为上述系统的一种改进，所述数据存储模块包括：关系型数据存储单元和缓存数据存储单元；其中，
所述关系型数据存储单元，用于存储用户信息、设备运行信息和设备控制参数；
所述缓存数据存储单元，用于存储基于内存需要高速存取的数据信息。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明的系统在空间材料高温柜地基匹配实验过程中，能够对设备运行情况进行实时监测，并实时记录运行历史数据信息，同时可对设备端加热炉进行远程操控，方便地基匹配实验顺利高效的开展，为未来开展空间科学实验打下基础。
附图说明
图1是本发明的实施例1的空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统架构图；
图2是本发明的实施例1的数据通信链路及通信协议的示意图；
图3是本发明的实施例1的后端模块的示意图；
图4是本发明的实施例1的前端模块的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，用于实现对高温柜地基实验设备进行远程监测以及远程控制，所述此远程操控系统包括加热炉、无线传输模块、后端模块、前端模块和数据存储模块。
加热炉，用于固定并加热待测晶体样品，为系统内待监测及待控制设备，包含温度传感器、电压传感器、电流传感器等参数采集模块，材料生长实验是空间材料科学的重要研究领域，作为材料生长实验承载装置的高温柜的性能则成为决定材料生长实验成败的关键因素。尤其对于温度控制，未来空间站对于材料生长高温炉的温控系统要求能实现1600±0.25℃的温度稳定度指标。为了实现上述指标，需要对高温柜进行严格的传感器参数采集，以确定最优的控制参数。
无线传输模块，属于物联网传输层，可将串口或TTL电平转为符合Wi-Fi无线网络通信标准的嵌入式模块，属于物联网系统的重要组成部分。此系统内无线传输模块具体用于采集设备端运行数据并上传至后端模块；还用于接收后端模块发送的控制数据，由此控制加热炉的工作。
后端模块采用MVC模式，即Model View Controller，其中Controller(控制器)负责接收并封装从前端传来的数据，并将数据发送给Model(模型)，Model负责具体的业务逻辑操作，并将操作结果返回Controller，最后通过View(视图)进行展示。后端模块包括：接口接收层、逻辑处理层和数据访问层；其中，
接口接收层，和前端接口、设备端传参接口进行数据交互，将接收到的参数进行简单校验后交至逻辑处理层，并将经逻辑处理层封装好的处理数据进行返回；
逻辑处理层，将接口接收层接收的数据按照对应逻辑进行处理，并将最后需要返回的数据进行封装；
数据访问层，若逻辑处理层中需要访问数据库时，则通过数据访问层与数据库进行连接并访问存取数据；
前端模块实现主要分为两部分，对于需要展示设备运行信息的前端界面，前端模块从后端相应接口中请求数据并进行渲染显示，显示形式包括但不限于表格、折线图、柱状图等；对于需要控制设备参数下发的前端界面，前端模块首先将用户在网站界面输入的控制参数进行封装，封装完成后向后端模块发起网络请求，将封装好的控制数据传递至后端模块进而下发到设备端，实现对设备的控制；
数据存储模块实现主要依赖基于库表的关系型数据库以及基于key-value的缓存数据库，根据访问数据存储模块类型的不同，在后端模块数据访问层与数据存储模块之间使用不同的ORM框架，在数据库和对象之间作一个映射，首先在数据存储模块中按照后端模块中业务的需求，定义需要的对象，之后便可在数据访问层操纵对象，对该对象的增删改查会同步体现在数据存储模块中；
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统。所述此远程操控系统包括加热炉、无线传输模块、后端模块、前端模块、数据存储模块。可以对空间站高温材料科学实验地基匹配试验设备进行查看以及管理操作，极大地提高了材料科学家对于设备的使用，同时提高了设备数据的获取便利性以及利用率。
如图2所示为数据通信链路以及通信协议，其中，前后端模块之间通信采取常见的Http通信；后端模块与IoT平台之间的通讯按照收发采用不同的通信协议，其中后端模块需要监听IoT平台的消息流转，采用AMQP协议；设备端与IoT平台之间采取物联网规范中普遍采用的MQTT协议。
如图3所示为后端模块，通过Model、View、Controller三部分的合作与分工，在前端网页与数据实体之间建立起了通信通道。视图(View)是用户看到并与之交互的界面，是后端模块的入口。模型(Model)是后端模块中的数据和业务规则，也是负责处理任务最多的组件。控制器(Controller)接受用户的输入并调用模型和视图去完成用户的需求，负责协调视图与模型。
如图4所示为前端模块，前端模块以数据驱动和组件化的思维构建。MVVM是Model-View-ViewModel的简称，它借鉴了桌面应用程序的MVC思想，在前端页面中，把Model用纯JavaScript对象表示，View负责显示，两者做到了最大限度的分离。把Model和View关联起来的就是ViewModel。ViewModel负责把Model的数据同步到View显示出来，还负责把View的修改同步回Model，也就是实现了View和Model的双向绑定。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，其特征在于，所述系统包括：加热炉、无线传输模块、后端模块、前端模块和数据存储模块；
所述加热炉，用于固定并加热待测晶体样品，还用于采集自身的设备运行数据发送至无线传输模块；
所述无线传输模块，用于采集设备运行数据并上传至后端模块；还用于接收后端模块发送的设备控制信息，由此控制加热炉的工作；
所述后端模块，用于接收无线传输模块上传的设备运行信息并进行分析处理，将设备运行信息发送至数据存储模块；还用于接收前端模块下发的设备控制参数并进行分析处理，将设备控制参数分别发送至无线传输模块和数据存储模块；
所述前端模块，用于从后端模块中请求数据并进行显示；还用于接收通过网页界面输入的设备控制参数并发送至后端模块；
所述数据存储模块，用于存储后端模块发送的设备运行信息以及设备控制参数。
2.根据权利要求1所述的空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，其特征在于，所述加热炉包括炉体、温度传感器、电压传感器和电流传感器，其中，
所述炉体，用于固定并加热待测晶体样品；
所述温度传感器，用于采集炉体的温度信息，并发送至无线传输模块；
所述电压传感器，用于采集加热炉工作状态下的电压信息，并发送至无线传输模块；
所述电流传感器，用于采集加热炉工作状态下的电流信息，并发送至无线传输模块。
3.根据权利要求2所述的空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，其特征在于，所述后端模块包括：接口层、逻辑处理层和数据访问层；其中，
所述接口层，用于接收前端模块发送的设备控制参数，接收无线传输模块发送的设备运行数据，还用于将设备控制参数发送至无线传输模块进行数据交互；
所述逻辑处理层，用于将接口接收层接收的数据按照对应逻辑进行处理；包括对设备控制参数的处理和设备运行数据的处理；
所述数据访问层，用于逻辑处理层中需要访问数据处理模块时，将设备控制参数的处理和设备运行数据存入数据处理模块或从问数据处理模块读取数据。
4.根据权利要求3所述的空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，其特征在于，所述前端模块包括：资源文件单元、网络单元、路由单元、组件单元和视图单元；其中，
所述资源文件单元，用于定义并存放界面公共样式和图片；
所述网络单元，用于定义并进行网络请求封装；从后端模块中请求数据并将设备控制参数发送至后端模块；
所述路由单元，用于定义路由跳转规则并处理对应路由跳转；
所述组件单元，用于定义并存放公用组件；
所述视图单元，用于定义各个界面，包括界面样式和逻辑；其中的网页界面用于提供设备控制参数的输入。
5.根据权利要求4所述的空间材料高温柜地基匹配实验远程操控系统，其特征在于，所述数据存储模块包括：关系型数据存储单元和缓存数据存储单元；其中，
所述关系型数据存储单元，用于存储用户信息、设备运行信息和设备控制参数；
所述缓存数据存储单元，用于存储基于内存需要高速存取的数据信息。
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