CN115394158A - 一种elf-box在线教育实践仿真平台及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于在线教育技术领域，具体涉及一种ELF‑BOX在线教育实践仿真平台及系统，该平台包括通过路由器与远程在线实验室管理系统连接的ELF‑BOX远程实验平台，以及与远程在线实验室管理系统连通过网络连接的ELF‑BOX远程客户端。该系统包括远程连接模块、数据读取模块、升级维护模块以及评估考核模块。本发明为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台，避免飞线连接，简化实验操作，提高实验效率；便于实现网络化实践教学；能够智能适配新器件；可持续升级实践教学平台；通过实践电路连接及其过程的数字化记录，为评估考核提供基础数据；线路连通动态显示，便于检错纠错；无线或有线上位机接口，便于复杂实践方案的准备与实施。
Description
技术领域
本发明属于在线教育技术领域，具体涉及一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台及系统。
背景技术
随着计算机以及多接口设备的智能化发展，在教学时，也逐渐采用常见的硬件平台进行教学的在线实践及评测，以达到优化和提升教学的目的性与针对性。
目前的在线教育实践仿真平台无法形成多维开关构成开关阵列，无法为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。
发明内容
为解决以上困扰问题，本发明提出一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台、系统、终端设备及可读介质，可以利用可编程控制的多维开关构成开关阵列，并结合元器件智能标识化技术，为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台
本发明采用以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台，包括：通过路由器与远程在线实验室管理系统连接的ELF-BOX远程实验平台，以及与远程在线实验室管理系统连通过网络连接的ELF-BOX远程客户端；其中，所述ELF-BOX远程实验平台设置于实验室，所述ELF-BOX远程客户端设置于宿舍、校外或实验室，为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。
作为本发明的进一步方案，所述ELF-BOX远程实验平台连接有创新实验配件包、模电实验配件包、数电实验配件包、示波器、信号发生器、电源以及万用表。
作为本发明的进一步方案，所述远程在线实验室管理系统连通过网络连接若干ELF-BOX远程客户端。
作为本发明的进一步方案，所述远程在线实验室管理系统连接上位机，上位机与ELF-BOX远程实验平台连接，所述ELF-BOX远程实验平台上设有连接插座插入的管脚识别模块。
作为本发明的进一步方案，所述上位机用于读取动态插入所述连接插座的管脚识别信息，实时检测并发现元器件类型和位置，并在图形界面中动态显示面包板元器件接插连接状态。
作为本发明的进一步方案，所述上位机上设有无线或有线上位机接口。
作为本发明的进一步方案，所述ELF-BOX在线教育实践仿真平台的面包板支持层叠和级联扩展，所述面包板与通用嵌入式处理器连接，所述通用嵌入式处理器为多处理器扩展，所述通用嵌入式处理器连接面包板本地控制面板。
作为本发明的进一步方案，所述通用嵌入式处理器通过有线或无线网络连接智能终端以及个人计算机，构成个人计算机或智能终端控制平台。
第二方面，本发明提供了一种ELF-BOX在线教育实践仿真系统，包括远程连接模块、数据读取模块、升级维护模块以及评估考核模块；
所述远程连接模块用于面包板组成的ELF-BOX远程实验平台与远程在线实验室管理系统连接；
所述数据读取模块用于通过面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，还用于检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求的数据信息；
所述升级维护模块包括软件升级和硬件升级，软件升级时，面包板具有嵌入式处理器内核，用于对嵌入式系统软件进行远程网络下载、烧写及参数配置；硬件升级时，面包板可编程开关阵列单元与嵌入式处理器单元之间采用可拆卸数据接口插座连接，用于开关阵列和嵌入式处理单元的硬件升级替换；
所述评估考核模块用于通过面包板检测学生在实践操作中将器件输入管脚错误连接到其它输入管脚的次数，并通过有线或无线数据传输通道上传给上位机或远程后台，给出学生的操作效能评价。
本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：
本发明的ELF-BOX在线教育实践仿真平台及系统，利用可编程控制的多维开关构成开关阵列，并结合元器件智能标识化技术，为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。
本发明提出的智能实验教学系统，避免飞线连接，简化实验操作，提高实验效率；便于实现网络化实践教学；能够智能适配新器件；可持续升级实践教学平台；通过实践电路连接及其过程的数字化记录，为评估考核提供基础数据；线路连通动态显示，便于检错纠错；无线或有线上位机接口，便于复杂实践方案的准备与实施。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例的一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台的结构示意图。
图2为本发明实施例中一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台中个人计算机或智能终端控制平台的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中所示的流程图仅是示例说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解、组合或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
应当理解，为了便于清楚描述本发明实施例的技术方案，在本发明的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一回调函数和第二回调函数仅仅是为了区分不同的回调函数，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
还应当进理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和图2所示，本发明的一个实施例提供一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台，包括：通过路由器与远程在线实验室管理系统连接的ELF-BOX远程实验平台，以及与远程在线实验室管理系统连通过网络连接的ELF-BOX远程客户端；其中，所述ELF-BOX远程实验平台设置于实验室，所述ELF-BOX远程客户端设置于宿舍、校外或实验室，为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。
在本发明的实施例中，所述ELF-BOX远程实验平台连接有创新实验配件包、模电实验配件包、数电实验配件包、示波器、信号发生器、电源以及万用表。
其中，模电实验配件包所包含的配件名称及数量如表1所示：
表1
其中，数电实验配件包所包含的配件名称及数量如表2所示：
表2
其中，创新实验配件包所包含的配件名称及数量如表3所示：
表3
在本发明的实施例中，所述远程在线实验室管理系统连通过网络连接若干ELF-BOX远程客户端。
在本发明的实施例中，所述远程在线实验室管理系统连接上位机，上位机与ELF-BOX远程实验平台连接，所述ELF-BOX远程实验平台上设有连接插座插入的管脚识别模块。
在本发明的实施例中，所述上位机用于读取动态插入所述连接插座的管脚识别信息，实时检测并发现元器件类型和位置，并在图形界面中动态显示面包板元器件接插连接状态。
在本发明的实施例中，所述上位机上设有无线或有线上位机接口。
在本发明的实施例中，所述ELF-BOX在线教育实践仿真平台的面包板支持层叠和级联扩展，所述面包板与通用嵌入式处理器连接，所述通用嵌入式处理器为多处理器扩展，所述通用嵌入式处理器连接面包板本地控制面板。
在本发明的实施例中，所述通用嵌入式处理器通过有线或无线网络连接智能终端以及个人计算机，构成个人计算机或智能终端控制平台。
在本发明的实施例中，本发明具备呈现为硬件按键的按键：器件擦除、布线擦除、撤销操作(UnDo)、重做操作(ReDo)、复制(Copy)、粘贴(Paste)，便于实现无上位机现场操作；或者，上位机软件通过读取动态插入所述连接插座的管脚识别信息，实时检测并发现元器件类型和位置，并在图形界面中动态显示面包板元器件接插连接状态，其中，软件操作界面提供以下功能按键：器件擦除、布线擦除、撤销操作、重做操作、复制、粘贴，并通过上下文菜单和多功能按键实现智能实验教学系统与上位机软件交互操作界面。
在本发明的实施例中，ELF-BOX智能在线教育仿真实践平台为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。通过对不同元器件进行管脚级智能标识化处理，利用多维可编程网络连接控制方法，实现实验过程的信息化记录和实践技能的智能化评估。
在本发明中，元器件智能标识化技术是指通过智能面包板的接插口，在实现管脚连通这一基本功能的基础上，在接口设计中预留元器件管脚表示及属性信息获取通道，使用者在智能面包板上插入元器件后，系统能够迅速读取元器件管脚信息，获取元器件的连接位置、朝向和每个管脚定义及电气属性。
在本发明实施例中，通过可编程开关阵列中不同开关的通断控制，实现特定实验步骤所需器件管脚之间短路连通，达到普通面包板用导线连通的效果。例如，从管脚A到管脚B之间的连通操作可简化为在个人计算机或智能终端(如手机、平板)等操作界面上可视化连线操作，如图2所示，由程序将逻辑连通关系转换为开关阵列中开关的通断控制信号，经过有线或无线网络传递给可编程开关阵列驱动相应开关完成线路连通操作。
便于实现网络化实践教学，智能面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，从而可以方便地检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求等信息。例如，通过有线或无线数据传输通道，将学生利用智能面包板进行实践教学过程中的操作信息，包括器件插拔、连通尝试、电气冲突和错误连接等数据实时传递到网络后台，同时发送到指导教师或实践辅助人员的智能终端设备，全方位网络化记录和呈现学生实践学习过程。为网络化实践教学的远程指导与全流程实践操作评价提供基础平台和实际参考数据。
如图2所示，在本发明的实施例中提供了一种ELF-BOX在线教育实践仿真系统，包括远程连接模块、数据读取模块、升级维护模块以及评估考核模块；
所述远程连接模块用于面包板组成的ELF-BOX远程实验平台与远程在线实验室管理系统连接；
所述数据读取模块用于通过面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，还用于检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求的数据信息；
所述升级维护模块包括软件升级和硬件升级，软件升级时，面包板具有嵌入式处理器内核，用于对嵌入式系统软件进行远程网络下载、烧写及参数配置；硬件升级时，面包板可编程开关阵列单元与嵌入式处理器单元之间采用可拆卸数据接口插座连接，用于开关阵列和嵌入式处理单元的硬件升级替换；
所述评估考核模块用于通过面包板检测学生在实践操作中将器件输入管脚错误连接到其它输入管脚的次数，并通过有线或无线数据传输通道上传给上位机或远程后台，给出学生的操作效能评价。
在本发明的实施例中，智能面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，从而可以方便地检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求等信息。例如，当新的器件管脚插入后，面包板可以读取管脚所属器件类型和管脚编号，从而确定性判断所接入器件的种类，并判断出器件在智能面包板上的接入位置和朝向，为上位机虚拟实验操作界面复现实验现场，及远程网络化实验操作的记录、复现和评价提供系统描述基准。
在可持续升级实践教学平台中，包括软件升级和硬件升级。软件升级方面，智能面包板具有嵌入式处理器内核，可以对嵌入式系统软件进行远程网络下载、烧写及参数配置。例如，当智能面包板需要对管脚信息读取通道的数据解析程序进行升级维护，可以通过有线或无线数据传输网络将新的嵌入式系统固件传输到智能面包板内置的嵌入式处理器系统，并通过内建的系统升级管理程序完成系统软件升级。硬件升级方面，智能面包板可编程开关阵列单元与嵌入式处理器单元之间采用可拆卸数据接口插座连接，可方便地实现开关阵列和嵌入式处理单元的硬件升级替换。同时，元器件转接板接口与元器件类型无关，可以方便地实现实践元器件规格升级。
本发明的实施例中，通过实践电路连接及其过程的数字化记录，为评估考核提供基础数据。例如，智能面包板检测学生在实践操作中将器件输入管脚错误连接到其它输入管脚的次数，并通过有线或无线数据传输通道上传给上位机或远程后台，进而给出学生的操作效能评价。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
综上所述，本发明的ELF-BOX在线教育实践仿真平台及系统，利用可编程控制的多维开关构成开关阵列，并结合元器件智能标识化技术，为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。
本发明提出的智能实验教学系统，避免飞线连接，简化实验操作，提高实验效率；便于实现网络化实践教学；能够智能适配新器件；可持续升级实践教学平台；通过实践电路连接及其过程的数字化记录，为评估考核提供基础数据；线路连通动态显示，便于检错纠错；无线或有线上位机接口，便于复杂实践方案的准备与实施。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于，包括：通过路由器与远程在线实验室管理系统连接的ELF-BOX远程实验平台，以及与远程在线实验室管理系统连通过网络连接的ELF-BOX远程客户端；其中，所述ELF-BOX远程实验平台设置于实验室，所述ELF-BOX远程客户端设置于宿舍、校外或实验室，为实践教育的信息化和智能化提供基础硬件平台。
2.如权利要求1所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述ELF-BOX远程实验平台连接有创新实验配件包、模电实验配件包、数电实验配件包、示波器、信号发生器、电源以及万用表。
3.如权利要求2所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述远程在线实验室管理系统连通过网络连接若干ELF-BOX远程客户端。
4.如权利要求3所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述远程在线实验室管理系统连接上位机，上位机与ELF-BOX远程实验平台连接，所述ELF-BOX远程实验平台上设有连接插座插入的管脚识别模块。
5.如权利要求4所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述上位机用于读取动态插入所述连接插座的管脚识别信息，实时检测并发现元器件类型和位置，并在图形界面中动态显示面包板元器件接插连接状态。
6.如权利要求5所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述上位机上设有无线或有线上位机接口。
7.如权利要求1所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述ELF-BOX在线教育实践仿真平台的面包板支持层叠和级联扩展，所述面包板与通用嵌入式处理器连接，所述通用嵌入式处理器为多处理器扩展，所述通用嵌入式处理器连接面包板本地控制面板。
8.如权利要求7所述的ELF-BOX在线教育实践仿真平台，其特征在于：所述通用嵌入式处理器通过有线或无线网络连接智能终端以及个人计算机，构成个人计算机或智能终端控制平台。
9.一种ELF-BOX在线教育实践仿真系统，其特征在于，包括远程连接模块、数据读取模块、升级维护模块以及评估考核模块；
所述远程连接模块用于面包板组成的ELF-BOX远程实验平台与远程在线实验室管理系统连接；
所述数据读取模块用于通过面包板的每一个元器件管脚插头都配有唯一的标识数据读取通道，还用于检测面包板上每一个插座的管脚插入状态、管脚类别、管脚电气特性和管脚复用需求的数据信息；
所述升级维护模块包括软件升级和硬件升级，软件升级时，面包板具有嵌入式处理器内核，用于对嵌入式系统软件进行远程网络下载、烧写及参数配置；硬件升级时，面包板可编程开关阵列单元与嵌入式处理器单元之间采用可拆卸数据接口插座连接，用于开关阵列和嵌入式处理单元的硬件升级替换；
所述评估考核模块用于通过面包板检测学生在实践操作中将器件输入管脚错误连接到其它输入管脚的次数，并通过有线或无线数据传输通道上传给上位机或远程后台，给出学生的操作效能评价。
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