增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置制造方法
【專利摘要】一種模擬模型領(lǐng)域的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，包括：視頻監(jiān)控裝置、依次相連的遠程操作電路、現(xiàn)場服務(wù)器、現(xiàn)場計算處理器、單片機控制電路和模擬連線電路，視頻監(jiān)控裝置分別與遠程操作電路和現(xiàn)場服務(wù)器相連，繼電器電路和反饋電路分別與單片機控制電路相連，反饋電路與模擬連線電路相連。本實用新型使用戶在遠端通過視頻傳輸技術(shù)能夠體會到現(xiàn)場實驗連線的真實性與有效性。
【專利說明】增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及的是一種模擬模型領(lǐng)域的機構(gòu)，具體是一種增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國高校提出進一步加強大學(xué)生的工程實踐教育，注重學(xué)生動手能力和分析、解決問題能力的培養(yǎng)，在此背景下，高等教育實驗教學(xué)越來越得到重視，很多高校都在著力于實習(xí)基地和教學(xué)實驗系統(tǒng)的建設(shè)，隨著互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于遠程操控的實體教學(xué)實驗已經(jīng)成為一個當(dāng)前研究熱點。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，以增強遠程控制的網(wǎng)絡(luò)實驗的臨場感，使得用戶在遠端通過視頻傳輸技術(shù)能夠體會到現(xiàn)場實驗連線的真實性與有效性。
[0004]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本實用新型包括:視頻監(jiān)控裝置、依次相連的遠程操作電路、現(xiàn)場服務(wù)器、現(xiàn)場計算處理器、單片機控制電路和模擬連線電路，視頻監(jiān)控裝置分別與遠程操作電路和現(xiàn)場服務(wù)器相連，繼電器電路和反饋電路分別與單片機控制電路相連，反饋電路與模擬連線電路相連。
[0005]所述的視頻監(jiān)控裝置對實驗操作進行監(jiān)控并產(chǎn)生實驗現(xiàn)場視頻圖像。
[0006]所述的單片機控制電路包括:飛思卡爾單片機、串口電路、隔離電路、通信電路、PWM電路以及模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0007]所述的繼電器電路包括:控制端口、微型繼電器、驅(qū)動電路以及狀態(tài)反饋信號端口，驅(qū)動電路通過控制端口與單片機控制電路相連，微型繼電器由若干個子繼電器組成，各個子繼電器的兩個觸點對應(yīng)于遠程操作電路的實驗連線的兩個端點，當(dāng)需要連接某一條連線時，單片機控制電路對應(yīng)控制某一個繼電器閉合。
[0008]所述的反饋電路包括:電流采集傳感器電路以及模擬信號隔離放大器電路，該反饋電路用于采集繼電器電路各個繼電器閉合與斷開的狀態(tài)，同時將該反饋信號發(fā)送至單片機控制電路，反饋信號為繼電器狀態(tài)信號。
[0009]所述的模擬連線電路包括:LED燈帶、驅(qū)動電路以及電位器，該LED燈帶的兩端分別對應(yīng)遠程操作電路的點選的起點信息和終點信息。
[0010]本實用新型通過采用反饋的信號量，形成閉環(huán)控制，采用現(xiàn)場顯示實驗結(jié)果增強網(wǎng)絡(luò)實驗連線效果，使得遠端學(xué)生用戶能更加體會網(wǎng)絡(luò)實驗連線的真實性，即符合網(wǎng)絡(luò)實驗的基本要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖2為實施例1的光伏發(fā)電模型；
[0013]圖3為實施例1的Buck - Boost電路模型；
[0014]圖4為A - B連線槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖5單片機控制模塊圖；
[0016]圖6繼電器電路圖；
[0017]圖7狀態(tài)反饋電路圖；
[0018]圖8模擬連線電路圖。

【具體實施方式】
[0019]下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。
[0020]實施例1
[0021]如圖1所示，本實施例包括:視頻監(jiān)控裝置4、依次相連的遠程操作電路1、現(xiàn)場服務(wù)器2、現(xiàn)場計算處理器3、單片機控制電路5和模擬連線電路8，視頻監(jiān)控裝置4分別與遠程操作電路I和現(xiàn)場服務(wù)器2相連，繼電器電路6和反饋電路7分別與單片機控制電路5相連，反饋電路7與模擬連線電路8相連。
[0022]所述的視頻監(jiān)控裝置4通過攝像頭等類似裝置實現(xiàn)，用于對實驗操作進行監(jiān)控并產(chǎn)生實驗現(xiàn)場視頻圖像。
[0023]所述的現(xiàn)場計算處理器3通過現(xiàn)場服務(wù)器2分別與遠程操作電路1、視頻監(jiān)控裝置4和單片機控制電路5相連，接收視頻監(jiān)控裝置4的實驗現(xiàn)場視頻圖像和遠程操作電路I的操作信息并向遠程操作電路I發(fā)送設(shè)置參數(shù)和控制指令，根據(jù)操作信息向單片機控制電路5發(fā)送控制信號。
[0024]所述的單片機控制電路5分別與繼電器電路6、反饋電路7和模擬連線電路8相連，并根據(jù)接收的控制信號控制繼電器電路6的閉合。
[0025]所述的繼電器電路6閉合后通過反饋電路7向單片機控制電路5發(fā)送反饋信號，由單片機控制電路5根據(jù)反饋信號進行計算并控制模擬連線電路8進行顯示，該顯示信號由反饋電路7分別通過單片機控制電路5、現(xiàn)場計算處理器3和現(xiàn)場服務(wù)器2傳輸至遠程操作電路I。
[0026]本實施例工作時，用戶于遠程操作電路I進行實驗操作。
[0027]如圖5所示，所述的單片機控制電路5包括:飛思卡爾單片機MC9S12XS128MAA、串口電路MAX232、隔離電路ADuMXXX、通信電路、PWM電路以及模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器，可以完成串口通信、信號采集以及I/O控制等功能。
[0028]如圖6所示，所述的繼電器電路6包括:控制端口、微型繼電器G5V - 2、驅(qū)動電路ULN2803以及狀態(tài)反饋信號端口，驅(qū)動電路ULN2803通過控制端口與單片機控制電路5相連。
[0029]所述的微型繼電器G5V-2采用通用的DIL端子排列，耐高溫高壓，性能可靠，成本低，使用方便，其中的1A、1B、2A、2B表示為繼電器兩端口對應(yīng)的連線節(jié)點。
[0030]如圖7所示，所述的反饋電路7包括:單片機、電流采集傳感器電路ACS712以及模擬信號隔離放大器電路，其中:電流采集傳感器電路ACS712與單片機控制電路5相連，對整個實驗過程中電流信號的采集，模擬信號隔離放大器電路與單片機控制電路5相連，對實驗過程中電壓信號的采集，所采集的電流電壓信號經(jīng)過信號處理隔離后輸入單片機的AD端口，采用信號隔離方式主要是為了保護控制信號與實驗過程中的信號不相互干擾，保護主控芯片以及整個系統(tǒng)的安全。
[0031]如圖8所示，所述的模擬連線電路8包括:燈帶LED、驅(qū)動電路以及電位器RP。
[0032]所述的驅(qū)動電路內(nèi)置集成芯片，該集成芯片ULN2803為達林頓八路NPN達林頓連接晶體管陣系列特別適用于低邏輯電平數(shù)字電路(諸如TTL，CM0S或PM0S/NM0S)和較高的電流/電壓要求之間的接口，用于驅(qū)動LED燈帶電路，LED燈帶根據(jù)I/O端口信號，實現(xiàn)點亮與熄滅，可以通過電位器RP調(diào)節(jié)LED燈帶的亮度。
[0033]所述的遠程操作電路I上位機界面所有網(wǎng)絡(luò)實驗連線的端點都采用統(tǒng)一編碼標(biāo)識，該編碼在系統(tǒng)下位機中對應(yīng)于一個數(shù)據(jù)字符，每兩個數(shù)據(jù)字符組成一個字符串，對一個具體的實體網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)而言，由于存在多個連線端點因此會形成多個數(shù)據(jù)字符串的組合，在系統(tǒng)下位機中，本裝置可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實驗連線要求進行編程，定義有效組合，從而可以實現(xiàn)防止遠程操控中的誤連或無效操作。
[0034]所述的遠程操作電路I進入網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)連線環(huán)節(jié)后，其默認為連線狀態(tài)。
[0035]在連線狀態(tài)下，系統(tǒng)默認第一次選擇為起點。此時，系統(tǒng)會提示用戶選擇起點，用戶根據(jù)實驗指導(dǎo)，點擊選擇一個連線起點，系統(tǒng)根據(jù)遠程操作電路I上位機界面上的編碼標(biāo)識，自動保持其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)字符作為字符串前半段。
[0036]在點擊選擇起點后,系統(tǒng)將提示用戶點擊選擇終點，此時用戶點擊選擇的上位機界面上的編碼標(biāo)識，系統(tǒng)根據(jù)其編碼標(biāo)識其相對應(yīng)的數(shù)據(jù)字符，作為字符串后半段，從而實現(xiàn)一個完整的數(shù)據(jù)字符串，以此作為終點判斷。
[0037]所述的現(xiàn)場計算處理器3進行如下處理:
[0038]I)當(dāng)連線操作中，該端點數(shù)據(jù)字符串找不到對應(yīng)的連線相匹配，說明它是無效字符串，系統(tǒng)會提示:“無效操作”。同時，計算機會根據(jù)實驗類型判斷起點或終點的有效性:當(dāng)起點或終點有一個為有效點，此時系統(tǒng)將該有效的點重新定義為起點，系統(tǒng)將顯示“請重新選擇終點”；當(dāng)起點與終點均無效點，那么系統(tǒng)將提示:“無效連線，請重新選擇起點與終點”。
[0039]2)當(dāng)該數(shù)據(jù)字符串有相對應(yīng)的實驗連線，那么該數(shù)據(jù)字符串為有效數(shù)據(jù)字符串，即有效連線。系統(tǒng)根據(jù)該有效數(shù)據(jù)字符串觸發(fā)事件中斷，在中斷程序中，系統(tǒng)將根據(jù)實驗類型判斷該有效連線是否屬于該實驗類型中的連線。當(dāng)不屬于該實驗類型中的連線，用戶可根據(jù)實系統(tǒng)提示重新選擇實驗類型、起點、終點；當(dāng)屬于該實驗類型中的連線，現(xiàn)場計算機通過RS232串口，采用modbus協(xié)議將該字符串轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制指令發(fā)送至控制模塊5。
[0040]本實施例選擇升降壓實驗，如圖2-圖4所示該實驗用到光伏發(fā)電模型與Buck - Boost電路模型。
[0041]當(dāng)學(xué)生用戶在上位機界面點擊其他地方，S卩非有效連線點，那么界面上將彈出提示窗口，提示學(xué)生用戶請選擇有效連線點。實驗者點擊起點P101，即A點后，網(wǎng)絡(luò)實驗連線系統(tǒng)將會把PlOl，即A點作為連線起點存儲起來，以便用于與終點形成一條有效連線。
[0042]同時，遠程操作電路I上位機界面會彈出提示窗口，提示用戶請選擇連線終點。
[0043]根據(jù)提示與實驗指導(dǎo)，用戶點擊終點P201，即B點，若點擊錯誤，為非有效點，那么網(wǎng)絡(luò)實驗連線系統(tǒng)將提示為非有效點，提示重新選擇。
[0044]在成功點擊終點P201，即B點后，網(wǎng)絡(luò)實驗連線系統(tǒng)將會把P102，即B點作為終點進行保存，與起點P101，即A點進行組合，系統(tǒng)程序處理成一個有效字符串，從而形成一條有效連線PlOl - P201,即A - B。
[0045]當(dāng)用戶選擇其他連線點，如圖2中P103，那么系統(tǒng)程序根據(jù)組合原理，將處理成一個字符串PlOl - P103，根據(jù)基本電路原理在程序中進行判斷，可以得出PlOl - P103屬于非有效連線的結(jié)論，網(wǎng)絡(luò)實驗連線系統(tǒng)將彈出提示窗口，如:此為非有效連線。在此情況下，網(wǎng)絡(luò)實驗系統(tǒng)會提示選擇重新連線或者選擇重新點擊終點。當(dāng)選擇重新連線，那么就是從起點A重新開始選擇連線；當(dāng)選擇重新點擊終點，那么就是從點擊終點繼續(xù)實驗。
[0046]如圖2和圖3所示，假設(shè)用戶在遠程操作電路I選擇好了有效的連線PlOl -P201，即A - B，遠程操作電路通過Internet傳輸相應(yīng)的信號到現(xiàn)場服務(wù)器3，現(xiàn)場服務(wù)器3對信號進行整合后，發(fā)送到現(xiàn)場計算機4，現(xiàn)場計算機4通過RS232將連線PlOl - P201,即A - B控制信號發(fā)送到單片機控制電路6。
[0047]所述的單片機控制電路5根據(jù)現(xiàn)場計算機的控制信號，控制相應(yīng)的I/O端口輸出，使得連接在P102 - P201，即A - B兩端的繼電器電路6閉合，從而實現(xiàn)P102 - P201，即A - B連線電路導(dǎo)通。
[0048]在確保繼電器電路6閉合后，繼電器電路6與反饋電路7會發(fā)送反饋信號至單片機控制電路5，單片機控制電路5根據(jù)反饋信號，經(jīng)過一系列運算處理確認后輸出控制信號，使得實驗系統(tǒng)平臺5上的P102 -P201，即A-B之間模擬連線電路8作用，LED燈帶點売。
[0049]所述的反饋電路7將LED燈帶點亮信號反饋至單片機控制電路5，該信號經(jīng)過單片機控制電路5、現(xiàn)場計算機4、現(xiàn)場服務(wù)器3傳輸?shù)竭h程操作電路1，遠程操作電路I可以觀看到上位機界面實驗面板上P102 -P201，即4 4之間同樣有一條紅線將？102 -P201JPA_B連接起來。同時，整個實驗過程將被視頻監(jiān)控模塊2實時記錄，并由服務(wù)器通過Internet傳輸?shù)竭h程操作電路，包括LED點亮模擬P102 - P201,即A - B之間電路導(dǎo)通現(xiàn)場效果圖信號。
【權(quán)利要求】
1.一種增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征在于，包括:視頻監(jiān)控裝置、依次相連的遠程操作電路、現(xiàn)場服務(wù)器、現(xiàn)場計算處理器、單片機控制電路和模擬連線電路，視頻監(jiān)控裝置分別與遠程操作電路和現(xiàn)場服務(wù)器相連，繼電器電路和反饋電路分別與單片機控制電路相連，反饋電路與模擬連線電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是，所述的視頻監(jiān)控裝置為攝像頭。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是，所述的單片機控制電路包括:飛思卡爾單片機、串口電路、隔離電路、通信電路、PWM電路以及模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是，所述的繼電器電路包括:控制端口、微型繼電器、驅(qū)動電路以及狀態(tài)反饋信號端口，驅(qū)動電路通過控制端口與單片機控制電路相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是，所述的微型繼電器由若干個子繼電器組成，各個子繼電器的兩個觸點對應(yīng)于遠程操作電路的實驗連線的兩個端點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是，所述的反饋電路包括:電流采集傳感器電路以及模擬信號隔離放大器電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增強連線臨場感的網(wǎng)絡(luò)實驗裝置，其特征是，所述的模擬連線電路包括=LED燈帶、驅(qū)動電路以及電位器，該LED燈帶的兩端分別對應(yīng)遠程操作電路的點選的起點信息和終點信息。
【文檔編號】G09B19/00GK204178590SQ201420587734
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)明者】王宏武, 趙國旗, 楊根科, 楊明, 田作華 申請人:上海交通大學(xué)