[發明專利]一種基于物聯網的理科實驗教學系統及其工作方法在審

申請號：	201410799963.2	申請日：	2014-12-18
公開（公告）號：	CN104539675A	公開（公告）日：	2015-04-22
發明（設計）人：	薛耀鋒;蘇小兵	申請（專利權）人：	華東師范大學
主分類號：	H04L29/08	分類號：	H04L29/08;G06F17/30;G06Q50/20
代理公司：	上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257	代理人：	董紅曼
地址：	200062 上***	國省代碼：	上海;31
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種基于聯網理科實驗教學系統及其工作方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及實驗教學應用領域，尤其涉及一種基于物聯網的理科實驗教學系統及其工作方法。

背景技術

物聯網是利用新一代信息技術，將傳感器等物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網也被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。劉佳,劉柏全,宋鐵成,沈連豐在2010年12月《電氣電子教學學報》發表的論文《一種物聯網教學實驗系統的設計與實現》中采用RFID標簽技術設計和開發了智能物流和智能醫護應用系統。劉佳等(2010)的論文中搭建的物聯網教學系統，適用于物流和醫護領域，不是面向中學理科實驗教學領域。2008年東北師范大學馮國松的碩士畢業論文《“中學理科仿真實驗系統”的研究與設計》采用虛擬現實技術設計和開發了中學理科實驗仿真軟件實驗平臺。馮國松(2008)論文中的實驗系統可以模擬中學理科的實驗過程，用戶只需要在電腦上操作就可以在虛擬仿真環境下完成實驗操作步驟。但此實驗系統無法從真實世界采集和獲取實驗數據，所有操作都是在軟件中完成，也不具備物聯網的架構體系，無法為學習者提供真實、有效的理科實驗教學服務。

發明內容

本發明克服了現有物聯網技術的應用瓶頸，面向理科實驗教學領域，設計了物聯網路由器及其專有令牌通訊協議和專有物聯網路由通訊協議，實現了理科實驗數據的實時采集、快速傳輸、網絡存儲、實時查詢和圖形化顯示、實驗數據分析和實驗報告填寫等功能，提出了一種基于物聯網的理科實驗教學系統及其工作方法。

本發明提出了一種基于物聯網的理科實驗教學系統，包括：物聯網傳感單元、物聯網路由單元和物聯網服務器單元；其中，所述物聯網傳感單元與所述物聯網路由單元建立連接，用于實時測量實驗過程的待測變量，將測量的數據轉換為數據幀發送給所述物聯網路由單元；所述物聯網路由單元分別與所述物聯網傳感單元和所述物聯網服務器單元建立連接，用于接收所述物聯網傳感單元發送的所述數據幀，并將所述數據幀轉換為數據指令發送給所述物聯網服務器單元；所述物聯網服務器單元包括網絡數據庫和軟件程序；所述網絡數據庫系統用于存儲所述數據指令中的數據；所述軟件程序用于對所述網絡數據庫中的數據進行實時查詢、分析、篩選、圖形化顯示和實驗報告的填寫。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統中，所述物聯網傳感單元包括一個或一個以上物聯網傳感器。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統中，所述物聯網路由單元包括一個或一個以上物聯網路由器。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統中，所述物聯網服務器單元包括一個或一個以上物聯網服務器。

本發明還提出了一種基于物聯網的理科實驗教學系統的工作方法，包括以下步驟：

步驟一：物聯網傳感單元實時測量實驗過程的待測變量，將測量的數據轉換為數據幀發送給物聯網路由單元；

步驟二：所述物聯網路由單元接收所述物聯網傳感單元發送的所述數據幀，并將所述數據幀轉換為數據指令發送給物聯網服務器單元，所述數據幀由幀起始、數據和幀結束組成；

步驟三：所述物聯網服務器單元接收所述數據指令，并將所述數據指令中的數據實時存儲到所述物聯網服務器單元的網絡數據庫中，所述數據指令由指令起始、數據發送方地址碼、數據和指令結束組成；

步驟四：通過所述物聯網服務器單元的軟件程序對所述網絡數據庫中的數據進行實時查詢、分析、篩選、圖形化顯示和實驗報告的填寫。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統的工作方法中，所述物聯網傳感單元接收到所述物聯網路由單元發送的控制幀后，向所述物聯網路由單元發送所述數據幀。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統的工作方法中，所述控制幀由幀起始、令牌和幀結束組成。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統的工作方法中，所述物聯網路由單元接收到所述物聯網服務器單元發送的控制指令后，向所述物聯網服務器單元發送所述數據指令。

本發明提出的基于物聯網的理科實驗教學系統的工作方法中，所述控制指令由指令起始、指令接收方地址碼、指令內容和指令結束組成。