基于嵌入式网关的智能实验平台设计与实现

来源 :成都理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiaotre
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传统电子类实验室对实验仪器设备的管理都是基于人工管理、人工记录,而且实验设备分散,教师无法同时对实验室所有仪器设备进行管理和远程监控。在实验教学中,教师只有走到学生实验位现场读取实验仪器设备的数据才能对学生实验活动进行指导。不利于实验室仪器设备的集中高效管控,也不利于实验教学高效智能化地发展,使得学生实验学习效果不理想。随着“互联网+”概念提出以来,各大高校电子实验室开始应用一大批最新技术,实验系统向着信息化、智能化方向发展。目前,虽然大部分高校电子实验室的仪器设备实验系统相比传统实验室的仪器设备实验平台有了很大改善,自动化程度和管理效率大大提高,但是现有的实验系统依然存在一些不足和局限性。主要表现在当前的实验系统只具有预约实验、管理仪器设备信息的作用,无法实现对实验室仪器设备进行远端监控与配置的功能,不具有指导学生自主进行实验、辅助教师实验教学的功能。本课题综合分析目前高校电子类实验室仪器设备实验系统方面的研究,提出一种基于嵌入式网关的智能实验体系结构,将实验仪器设备、互联网通信技术、实验辅助教学有机地整合到一起,设计实现电子实验室仪器设备通用型智能实验平台,实现“互联网+实验室”的创新型实验教学模式。通过对当前电子类实验室主流仪器设备的研究分析,总结现有实验室常用仪器设备实验系统结构的不足之处,设计以嵌入式智能网关为核心主要包括数据获取、数据中介转发、上位机处理三大功能模块的智能实验平台。针对实验系统通信方式,详细研究数据/命令传输处理的实现方案。系统能获取到不同类型仪器设备的通信数据,采用TCP/IP的Socket编程方式,实现整个实验室仪器设备的组网通信。网关作为整个实验室通信网络的桥梁是本系统开发的重点,基于嵌入式系统设计了网关硬件开发平台,完成系统硬件电路设计、PCB板设计等。针对网关遇到的不同种类仪器设备通信需求从而产生的多通信数据转发问题,在网关软件部分详细研究不同数据类型的格式转换,实现智能网关多通信数据转发功能。上位机软件教师端与学生端分别基于C/S与B/S体系结构设计实现,教师可以通过客户端实现远程监控实验数据、远端配置实验仪器设备以及辅助实验教学等功能。学生能够通过浏览器跨平台多终端登陆学习系统,对教师上传的实验文档进行自主学习。最后,在实验室搭建测试平台,设计测试方案。在完成对嵌入式智能网关功能测试的基础上,对智能实验平台进行详细测试。测试结果显示,智能实验平台的各项功能均达到系统要求,实现了课题划定的预期目标,可以稳定可靠地运行。
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