[發明專利]基于閉環控制的網絡實驗系統及其實現方法

有效

• 申請號: 201410242218.8
• 申請日: 2014-06-03
• 公開（公告）號: CN103985277A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 田作華;楊明;楊根科;周越;王冰;王紅雨;趙國旗;王宏武;錢華新;郭棟;施紅梅
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G09B5/06
• 分類號: G09B5/06;H04N7/18
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

技術領域

本發明涉及的是一種網絡系統及其方法，特別是一種與自動控制、物聯網、視頻監控、數據處理及教學實踐密切關聯的網絡實驗系統及其實現方法。

背景技術

隨著我國高等教育的普及，近年來特別強調要加強本科培養中的工程教育，很多高校正著力于實習基地和教育教學實驗系統的建設，然而由于資金所限，致使不少學校常常采取用理論分析代替實際動手，用虛擬仿真代替實體實驗，用課堂演示代替工程實踐，其結果直接影響了教學質量的提高和學生工程實踐能力的培養。在線遠程教育，特別是通過網絡來實現工科實驗教育，已經成為一個研究熱點。

經對現有技術文獻的檢索發現，現有的已經授權的針對真實硬件設備的網絡遠程實驗專利大致有三種：

1)中國專利授權號CN101814248B，公告日2011.11.09，公開了一種計算機硬件系列課程的遠程實驗系統，以計算機硬件實驗為主體，由于遠程操控本來就屬于計算機網絡范疇，對于計算機硬件遠程實驗，進行網絡傳輸，不涉及非電信號量的采集，不涉及手動接線搭建不同的實驗。

2)中國專利授權號CN101237365B，公告日2010.07.21，公開了一種EDA網絡實驗系統及實驗方法，以FPGA數字電路為主體，遠程設計對應的實驗電路，將設計代碼通過網絡傳輸下載到FPGA數字電路中，整個實驗本身不涉及接線。

3)中國專利授權號CN100492445，公告日2009.05.27，公開了一種基于網絡的遠程電子電路實驗方法及系統，以基本電子電路為主題，對不同的電子元器件統一編址，在遠端通過對實驗電路中元器件的控制，從而設計不同的實驗電路。

上述技術均存在的缺點在于：通過遠程計算機發送信號，對本地實驗進行直接操控，屬于開環控制，在遠端無法得知現場搭建實驗是否完成，這就導致現場真實設備的運行情況出現搭建的實驗電路或者實驗設備可能沒有符合期望，從而造成實驗失敗，甚至導致現場出現意外災害。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提出一種基于閉環控制的網絡實驗系統及其實現方法，在現場計算機與實體實驗系統之間加入控制模塊和測量模塊，強化對實體實驗系統的閉環控制。

本發明通過以下技術方案實現的：

本發明涉及一種基于閉環控制的網絡實驗系統，包括：實體實驗系統、控制模塊、測量模塊、現場計算機、視頻監控系統、現場服務器和遠程客戶端，其中：實體實驗系統通過控制模塊和測量模塊與現場計算機連接，測量模塊用于測量實體實驗系統的參數信號，控制模塊接收來自現場計算機的控制信號并對實體實驗系統進行閉環控制，現場計算機和視頻監控系統分別與現場服務器通過有線或無線網絡連接，將實體實驗系統的控制信息和顯示信息傳輸到現場服務器，并將實驗室現場視頻信息傳輸到現場服務器，遠程客戶端通過Internet與現場服務器連接，使得實驗的操作與顯示可以實時在現場計算機和遠程客戶端上實現。

所述的實體實驗系統包括：執行裝置、數字調節器、實驗顯示屏、實驗模塊掛箱、實驗臺和實驗桌，其中：數字調節器與控制模塊相連并接收開關輸出量和模擬輸出量，數字調節器向執行裝置發出控制電平，實驗顯示屏與實驗模塊掛箱并排安裝在實驗臺上，實驗臺安裝在實驗桌上，執行裝置用于完成實體實驗。

所述的控制模塊通過串口線與現場計算機連接，接收來自現場計算機的作為控制信號的開關輸入量和模擬輸入量，控制模塊通過控制電路與實體實驗系統連接，向實體實驗系統發送開關輸出量和模擬輸出量以實現閉環控制。

所述的測量模塊通過測量探頭與實體實驗系統連接，用于測量實體實驗系統的參數信號，再將參數信號傳輸顯示在現場計算機上。

所述的視頻監控系統，包括：網絡攝像機、云臺和支架，其中：網絡攝像機與云臺通過轉動電機連接，網絡攝像機與云臺通過緊密螺絲與支架連接，支架通過膨脹螺絲固定在實驗室墻壁上。

所述的視頻監控系統采集包括但不限于聲音、煙霧、火災的報警信號。

所述的現場服務器作為各種信號中轉中心，接收來自遠程客戶端的控制信號、來自視頻監控系統的視頻顯示信號、來自現場計算機的測量信號和硬件連接反饋信號，并且現場服務器向遠程客戶端發送視頻顯示信號、測量信號和硬件連接反饋信號、向視頻監控系統發送云臺控制信號、向現場計算機發送控制信號和視頻顯示信號。

所述的遠程客戶端用于實現人機交互，對實體實驗系統的遠程操作信號都由遠程客戶端發出，并接收實體實驗系統的測量信號和硬件連接反饋信號及視頻監控系統的視頻顯示信號。