CN202205365U - 一种分布式电化学实验教学系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分布式电化学实验教学系统，包括实验教学管理服务器、电化学实验客户端和电化学实验检测装置；所述电化学实验客户端为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述实验教学管理服务器通信，所述电化学实验检测装置为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述电化学实验客户端之一通信。本实用新型采用计算机多级管理方式，利用实验教学管理软件，集中管理分配教学实验设备，减少了因课时设置空挡造成实验室教学实验设备的闲置，提高了利用率，使每个学生均有机会进行动手实验。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电化学实验教学系统，特别涉及一种分布式电化学实验教学系统。
背景技术
电化学是物理化学的一个重要分支，它除与无机化学、有机化学、分析化学和化学工程等有关外，还与环境科学、能源科学、生物学、金属工业等领域有着密切的联系。如今，电化学技术在一些科学领域都已得到应用，为人类社会的发展提供动力。基于电化学原理的电分析技术和化学传感为生物技术、工业和环境检测及日常生活提供了研究和分析的手段；使电解工业可以实现大量无机物、有机物的电解合成，金属的提取和精炼；电化学技术还可以实现材料的表面处理；使微纳米期间的制备和构筑有了新的发展。因此，研究电化学的测量方法，对社会科学的发展有着重要意义。电化学测量主要是通过在不同的测试条件下，对电极电势和电流分别进行控制和测量，并对其相互关系进行分析而实现的。随着科技的进步，电化学测量仪器也获得了飞跃性的发展，有力地促进了电化学各领域的发展。在高校等学校中，电化学实验教学在电化学知识的传授过程中有着不可替代的重要作用，其目的不仅是加深学生对理论知识的理解和掌握，使学生学会用所学的知识对实验现象和结果进行分析及讨论；更重要的是通过实验教学环节培养学生独立处理问题、解决问题的能力和设计水平，培养学生的创新意识和能力，提高综合素质，为今后的科研工作培养良好的实验技能，打下扎实的综合基础。目前，电化学实验教学，因为检测及分析处理的电化学仪器购置成本高，设置数量比较少，教学方法为分组教学，学生3-5人为一组，每组使用一套检测仪器，检测仪器可以显示数据和曲线，在教师的指导管理下，由1位学生代表操作，其它学生观看，记录实验结果并进行分析，这种教学方式不能保证每一个学生都能动手实验，而且因为需要教师现场管理学生实验，学生动手实验的机会受到限制，不利于培养学生的实验技能。
发明内容
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供能够使每个学生均能动手实验的一种分布式电化学实验教学系统。
本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种分布式电化学实验教学系统，包括实验教学管理服务器、电化学实验客户端和电化学实验检测装置；所述电化学实验客户端为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述实验教学管理服务器通信，所述电化学实验检测装置为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述电化学实验客户端之一通信。
本实用新型还可以采用如下技术方案：
所述电化学实验检测装置通过USB、RS232或RS485与所述电化学实验客户端通信。
所述电化学实验检测装置为便携式电化学检测分析装置，所述便携式电化学检测分析装置包括单片机模块、程序存储模块、数据采集模块、输出模块、温度补偿模块和电源模块，其中：
所述单片机模块包括中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、时钟（CLK）和外设信号传输接口；所述外设信号传输接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外设信号传输接口通过内部总线与所述中央处理器（CPU）和所述数据存储器相连；
所述程序存储模块包括EEPROM存储器，存储单片机运行的程序文件，通过所述外设信号传输接口写入或读出程序；
所述数据采集模块包括D/A子模块、A/D子模块、I/V转换子模块和电化学传感器，所述D/A子模块输入来自所述外设信号传输接口的数字信号，转换后输出电压信号至所述电化学传感器；所述电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块，所述I/V转换子模块将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，所述A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述输出模块包括液晶显示器，所述液晶显示器接收来自所述外设信号传输接口的驱动信号并进行数据显示；
所述温度补偿模块包括温度传感器和温度A/D子模块，所述温度传感器感应温度变化产生电压信号并输出至所述温度A/D子模块，所述温度A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述电源模块包括电池和电压转换电路，给系统内各模块及器件供电。
所述电化学实验检测装置还包括USB接口电路，所述USB接口电路连接所述单片机模块的外设信号传输接口、上位机计算机（PC）的USB接口以及外设的USB接口，实施单片机模块与上位机以及外设之间的通信，所述电源模块与所述USB接口电路相连，当检测所述USB接口电路有输出电压时，从电池供电切换到所述USB接口电路供电。
本实用新型具有的优点和积极效果是：采用计算机多级管理方式，利用实验教学管理软件，使每个学生均可通过实验教学管理服务器进行注册登记及实验预订，由实验教学管理服务器监测在线实验情况，进行集中管理分配，减少了因课时设置空挡造成实验室实验设备的闲置，提高了电化学实验检测装置的利用率，使每个学生均有机会进行动手实验；采用一台电化学实验客户端与多个低成本的便携式电化学检测分析装置组成多功能分析系统，与具备复杂分析处理功能的单台电化学分析仪相比，在不增加成本的前提下，可使实验室的实验装置增加，可以使更多的学生同时实验，增加了学生的实验机会；实验前，学生可以下载所申请实验的相关教学文件进行提前预习，试验中，学生也可以在电化学实验客户端上阅览，减少了教师的工作量，提高了学生自主实验能力；电化学实验客户端同时也可以作为教学实验考核，对学生实验能力评价。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参见图1，一种分布式电化学实验教学系统，包括实验教学管理服务器、电化学实验客户端和电化学实验检测装置；所述电化学实验客户端为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述实验教学管理服务器通信；所述电化学实验检测装置为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述电化学实验客户端之一通信；所述电化学实验检测装置可通过USB、RS232或RS485与所述电化学实验客户端通信。
所述电化学实验检测装置可选便携式电化学检测分析装置，所述便携式电化学检测分析装置包括单片机模块、程序存储模块、数据采集模块、输出模块、温度补偿模块和电源模块，其中：所述单片机模块包括中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、时钟（CLK）和外设信号传输接口；所述外设信号传输接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外设信号传输接口通过内部总线与所述中央处理器（CPU）和所述数据存储器相连；所述程序存储模块包括EEPROM存储器，存储单片机运行的程序文件，通过所述外设信号传输接口写入或读出程序；所述数据采集模块包括D/A子模块、A/D子模块、I/V转换子模块和电化学传感器，所述D/A子模块输入来自所述外设信号传输接口的数字信号，转换后输出电压信号至所述电化学传感器；所述电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块，所述I/V转换子模块将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，所述A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；所述输出模块包括液晶显示器，所述液晶显示器接收来自所述外设信号传输接口的驱动信号并进行数据显示；所述温度补偿模块包括温度传感器和温度A/D子模块，所述温度传感器感应温度变化产生电压信号并输出至所述温度A/D子模块，所述温度A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；所述电源模块包括电池和电压转换电路，给系统内各模块及器件供电。
所述便携式电化学检测分析装置还可设置USB接口电路，所述USB接口电路连接所述单片机模块的外设信号传输接口、上位机计算机（PC）的USB接口以及外设的USB接口，实施单片机模块与上位机以及外设之间的通信，所述电源模块与所述USB接口电路相连，当检测所述USB接口电路有输出电压时，从电池供电切换到所述USB接口电路供电。
本实用新型的工作原理：
所述实验教学管理服务器是运行分布式电化学管理服务器端软件的计算机（PC）, 所述电化学实验客户端是运行分布式电化学管理客户端软件及电化学实验系统应用软件的计算机（PC）；所述电化学实验系统应用软件和电化学实验检测装置配套使用，在所述电化学实验客户端计算机上运行，一台电脑上面可以运行多个该程序的实例，由连接到客户端的装置个数决定；分布式电化学管理客户端软件，在所述电化学实验客户端计算机上运行，一般只有一个实例运行，所述分布式电化学管理客户端软件属于中间层软件，负责将服务器端命令转发到具体的电化学试验系统应用软件或者将具体设备的运行状态等信息转发到服务器端；分布式电化学管理服务器端软件，运行在实验教学管理服务器计算机上，只有一个实例运行，负责发送管理者的命令到客户端PC或者接受客户端PC的各种请求等。
采用上述计算机软件的多级管理方式，每个实验室配置1台或多台电化学实验客户端，每个电化学实验客户端可通过USB接口等管理多个通用的实验检测装置，每个实验检测装置均编号，电化学实验客户端将实验检测装置在线实验的相关信息发送给上一级的实验教学管理服务器。
学生通过网络在实验教学管理服务器上进行注册登记及实验预订，由实验教学管理服务器监测在线实验情况，运行相关的管理软件程序，进行实验检测装置集中分配管理，并提供如下可选项目：实验操作期限、实验室及实验检测装置编号，学生可以选择适合的实验操作期限、实验室及实验检测装置编号，并完成预定。
根据学校教学特点，实验检测装置可选用便携式电化学检测分析装置，这种装置由内置单片机模块等集成原件构成，体积小，成本低，可简单处理实验数据，并可通过USB接口与上位计算机即电化学实验客户端通信，根据实验内容，从电化学实验客户端接收相应的实验预设值和实验程序软件，即可进行相应的实验，实验检测及处理数据发送到电化学实验客户端，由电化学实验客户端及其上位机即实验教学管理服务器进行综合数据分析处理，以及打印曲线、报表等。
Claims (4)
1.一种分布式电化学实验教学系统，其特征在于，包括实验教学管理服务器、电化学实验客户端和电化学实验检测装置；所述电化学实验客户端为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述实验教学管理服务器通信，所述电化学实验检测装置为1个以上，通过有线网络或无线网络与所述电化学实验客户端之一通信。
2.根据权利要求1所述的分布式电化学实验教学系统，其特征在于，所述电化学实验检测装置通过USB、RS232或RS485与所述电化学实验客户端通信。
3.根据权利要求1所述的分布式电化学实验教学系统，其特征在于，所述电化学实验检测装置为便携式电化学检测分析装置，所述便携式电化学检测分析装置包括单片机模块、程序存储模块、数据采集模块、输出模块、温度补偿模块和电源模块，其中：
所述单片机模块包括中央处理器（CPU）、数据存储器（RAM）、时钟（CLK）和外设信号传输接口；所述外设信号传输接口包括IIC接口、GPIO接口和FIFO接口，所述外设信号传输接口通过内部总线与所述中央处理器（CPU）和所述数据存储器相连；
所述程序存储模块包括EEPROM存储器，存储单片机运行的程序文件，通过所述外设信号传输接口写入或读出程序；
所述数据采集模块包括D/A子模块、A/D子模块、I/V转换子模块和电化学传感器，所述D/A子模块输入来自所述外设信号传输接口的数字信号，转换后输出电压信号至所述电化学传感器；所述电化学传感器检测物质电化学特性的微电流，并输出至所述I/V转换子模块，所述I/V转换子模块将微电流信号转换为电压信号输出至所述A/D子模块，所述A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述输出模块包括液晶显示器，所述液晶显示器接收来自所述外设信号传输接口的驱动信号并进行数据显示；
所述温度补偿模块包括温度传感器和温度A/D子模块，所述温度传感器感应温度变化产生电压信号并输出至所述温度A/D子模块，所述温度A/D子模块将接收的电压模拟信号转换为数字信号后发送到所述外设信号传输接口；
所述电源模块包括电池和电压转换电路，给系统内各模块及器件供电。
4.根据权利要求3所述的分布式电化学实验教学系统，其特征在于，所述电化学实验检测装置还包括USB接口电路，所述USB接口电路连接所述单片机模块的外设信号传输接口、上位机计算机（PC）的USB接口以及外设的USB接口，实施单片机模块与上位机以及外设之间的通信，所述电源模块与所述USB接口电路相连，当检测所述USB接口电路有输出电压时，从电池供电切换到所述USB接口电路供电。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103542884A (zh) * | 2012-07-15 | 2014-01-29 | 江苏锡光科教设备有限公司 | 实现物理实验数字化的传感系统 |
| CN103542883A (zh) * | 2012-07-15 | 2014-01-29 | 江苏锡光科教设备有限公司 | 实现化学实验数字化的传感系统 |
| WO2015000405A1 (zh) * | 2013-07-03 | 2015-01-08 | Sun Xiquan | 一种试剂的生产和使用的系统和方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120425 Termination date: 20140818 |
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