技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明或者發(fā)明屬于計算機(jī)軟件領(lǐng)域，涉及一種創(chuàng)新型實驗教學(xué)系統(tǒng)，尤其是一種基于無線局域網(wǎng)和智能移動終端的交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)目的用于解決教師、學(xué)生與實驗教學(xué)系統(tǒng)之間信息斷路問題，提高實驗教學(xué)效果與效率，同時提高實驗過程中的安全性。

背景技術(shù)：
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目前，智能手機(jī)和平板電腦等智能移動終端已經(jīng)成為人們生活中重要的一部分，由于其強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能和便于攜帶的特點，極大地加快了人們獲得信息的速度，方便了生活中復(fù)雜問題的處理，改變了人與各種智能系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的交互方式。作為一種重要的便攜式的智能移動終端，智能手機(jī)和平板電腦被廣泛地運用到了工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和智能家居領(lǐng)域，并且獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著智能移動終端技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，智能移動終端也逐漸開始在院校教學(xué)領(lǐng)域廣泛使用，特別是在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)方式的運用中。智能移動終端在教學(xué)領(lǐng)域的使用，極大地提高了教學(xué)工作的質(zhì)量，使知識交互的方式更加靈活多樣。

然而，到目前為止智能移動終端主要還只是被運用在教學(xué)環(huán)節(jié)中的課程教學(xué)方面，方便了學(xué)生課前的預(yù)習(xí)和課后的作業(yè)完成，在實驗教學(xué)中的應(yīng)用還很少。在已有技術(shù)中，有利用智能手機(jī)強(qiáng)大的運算功能和個性化的界面設(shè)計，編制了基于智能移動終端的實驗數(shù)據(jù)采集與計算軟件，該款軟件可以收集實驗數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)計算，代替了人的計算工作，簡化了實驗數(shù)據(jù)處理過程，在一定程度上解決了數(shù)據(jù)處理存在的問題，但該系統(tǒng)所謂的采集也只是簡單地人工錄入，而不是實驗系統(tǒng)的實時監(jiān)控，數(shù)據(jù)的實時發(fā)放，并沒有將智能移動終端的強(qiáng)大功能發(fā)揮到最大。

發(fā)明或者

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明或者發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于無線局域網(wǎng)和移動終端的交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)，通過利用智能移動終端的強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)功能和運算功能，對一些大型、稀缺、貴重、復(fù)雜的實驗教學(xué)運行模式進(jìn)行優(yōu)化，提高了學(xué)生對該類實驗信息的個性化獲取能力，保證教學(xué)效果，提高實驗的安全性。

本發(fā)明或者發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

一種基于無線局域網(wǎng)和智能移動終端的交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)，由實驗過程控制模塊、實驗數(shù)據(jù)處理模塊、實驗過程視頻監(jiān)視模塊、交互式實驗教學(xué)管控模塊、無線局域網(wǎng)(wlan)和智能移動終端等構(gòu)成。所述實驗過程控制模塊和實驗數(shù)據(jù)處理模塊由測控計算機(jī)、相關(guān)的控制與數(shù)據(jù)處理軟件、以及各類傳感器、控制器和外圍電路組成，可與交互式實驗教學(xué)管控模塊進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換；所述實驗過程視頻監(jiān)視模塊由多個攝像頭及其控制模塊組成，能夠多角度監(jiān)控實驗進(jìn)程，并將視頻數(shù)據(jù)實時傳至交互式實驗教學(xué)管控模塊，攝像頭數(shù)量可根據(jù)需要增減；所述交互式實驗教學(xué)管控模塊由計算機(jī)(可與測控計算機(jī)共用)、相關(guān)的控制與數(shù)據(jù)處理軟件、以及無線路由器等組成；所述無線局域網(wǎng)(wlan)采用成熟可靠的wifi技術(shù)搭建；所述智能移動終端主要是安裝有專門開發(fā)的實驗教學(xué)app的智能手機(jī)和平板電腦組成，在實驗中作為教師、學(xué)生的個性化顯示單元，在實驗前后作為預(yù)習(xí)資料和數(shù)據(jù)存儲的媒介。

所述交互式實驗教學(xué)管控模塊的控制與數(shù)據(jù)處理軟件，包括：一是實施智能移動終端的互聯(lián)授權(quán)和一對多點的廣播式實驗信息分發(fā)；二是實施智能移動終端的互聯(lián)授權(quán)和一對一點的實驗控制信息交互；三是實施實驗數(shù)據(jù)的預(yù)處理；四是實施待分發(fā)實驗數(shù)據(jù)和視頻信息的整合；五是實現(xiàn)實驗教學(xué)全過程管理，包括實驗前預(yù)習(xí)資料分發(fā)、實驗中現(xiàn)場監(jiān)控、實驗后實驗報告接收等；六是實施實驗教學(xué)app的分發(fā)。交互式實驗教學(xué)管控是本發(fā)明的核心部分。

所述的智能移動終端安裝有專門開發(fā)的實驗教學(xué)app軟件，通過無線路由器wifi和互聯(lián)授權(quán)連接到交互式實驗教學(xué)管控模塊，可以實時接收實驗信息，并實現(xiàn)個性化實時顯示、存儲學(xué)生關(guān)心的信息。

所述的智能移動終端安裝有專門開發(fā)的實驗教學(xué)app軟件，通過無線路由器wifi和互聯(lián)授權(quán)連接到交互式實驗教學(xué)管控模塊，可接受交互式實驗教學(xué)管控模塊的授權(quán)指令，激活其控制界面并可通過授權(quán)后的終端發(fā)送控制指令控制實驗進(jìn)程。

基于無線局域網(wǎng)和智能移動終端的交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)是一種提高實驗教學(xué)效率與效果的創(chuàng)新型系統(tǒng)。它由交互式實驗教學(xué)管控模塊、實驗過程控制模塊、實驗數(shù)據(jù)處理模塊、實驗過程視頻監(jiān)視模塊、無線局域網(wǎng)(wlan)和智能移動終端等構(gòu)成

實驗過程視頻監(jiān)視模塊由若干個(根據(jù)具體實驗設(shè)置數(shù)量)放置在實驗現(xiàn)場的高清高速攝像頭組成，從多個角度實時地將實驗現(xiàn)場的視頻傳輸給交互式實驗教學(xué)管控模塊的主機(jī)；實驗過程控制模塊、實驗數(shù)據(jù)處理模塊由性能強(qiáng)大的工業(yè)計算機(jī)以及外圍電路構(gòu)成，主要通過相關(guān)數(shù)據(jù)采集軟件和傳感器及其外圍電路完成實驗數(shù)據(jù)的采集、調(diào)理、處理和整合，同時，可接受來自用戶端的控制指令，完成實驗狀態(tài)的人物控制；交互式實驗教學(xué)管控模塊是整個系統(tǒng)的功能核心，主要功能是完成實驗數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)和控制指令的整合，根據(jù)管理者指令對用戶端和實驗端進(jìn)行及時監(jiān)控和控制授權(quán)，同時兼顧通過無線路由器對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行廣播式分發(fā)的功能；無線局域網(wǎng)(wlan)和智能移動終端通過無線路由器將交互式實驗教學(xué)管控模塊整合的數(shù)據(jù)以廣播的形式發(fā)送給手機(jī)或者平板電腦的用戶端(20至30位)，用戶可以通過與實驗系統(tǒng)配套應(yīng)用軟件，獲取實驗數(shù)據(jù)和控制實驗的權(quán)限。

附圖說明：

圖1是交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)；

圖2是微型渦噴實驗臺攝像頭安裝位置圖；

圖3是交互式微型渦噴實驗系統(tǒng)；

圖4用戶端連接實驗無線局域網(wǎng)流程。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明或者發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1、圖2、圖3和圖4，一種基于無線局域網(wǎng)和智能移動終端的交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)，其特征在于：包括由實驗過程控制模塊、實驗數(shù)據(jù)處理模塊、實驗過程視頻監(jiān)視模塊、交互式實驗教學(xué)管控模塊、無線局域網(wǎng)和智能移動終端；所述實驗過程控制模塊和實驗數(shù)據(jù)處理模塊由測控計算機(jī)、控制與數(shù)據(jù)處理軟件、各類傳感器、控制器和外圍電路組成，可與交互式實驗教學(xué)管控模塊進(jìn)行實時數(shù)據(jù)交換；所述實驗過程視頻監(jiān)視模塊由數(shù)個攝像頭及攝像頭控制模塊組成，能夠多角度監(jiān)控實驗進(jìn)程，并將視頻數(shù)據(jù)實時傳至交互式實驗教學(xué)管控模塊；所述交互式實驗教學(xué)管控模塊由計算機(jī)、控制與數(shù)據(jù)處理軟件以及無線路由器組成；所述無線局域網(wǎng)采用成熟可靠的wifi技術(shù)搭建；所述智能移動終端是安裝有專門開發(fā)的實驗教學(xué)應(yīng)用軟件的智能手機(jī)和平板電腦，在實驗中作為教師、學(xué)生的個性化顯示單元，在實驗前后作為預(yù)習(xí)資料和數(shù)據(jù)存儲的媒介。

圖1，微型渦噴發(fā)動機(jī)實驗，由于其涉及到航空煤油的使用，且微型渦噴發(fā)動機(jī)在工作時其腔內(nèi)壓力大，工作溫度高，所以該實驗是具有非常高危險性的實驗，并且發(fā)動機(jī)在運行過程中會產(chǎn)生刺耳的噪聲，對人耳具有明顯的傷害。但作為發(fā)動機(jī)推進(jìn)原理實驗課程中不可缺少的實驗，微型渦噴發(fā)動機(jī)實驗對學(xué)員理解課堂知識具有重要的輔助作用。在傳統(tǒng)微型渦噴發(fā)動機(jī)實驗的過程中，教師主要負(fù)責(zé)實驗操作和實驗現(xiàn)場的管控，而學(xué)生只能戴上防噪聲耳機(jī)在安全范圍內(nèi)觀察，會有少部分學(xué)生參與推油門的嘗試，這樣的形式具有明顯的缺陷，一方面老師精力分散，安全性不能保證；另一方面學(xué)員觀察不夠仔細(xì)，觀察的角度也有限，而且發(fā)動機(jī)的實時狀態(tài)數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速、推力和排氣溫度等只能在一個手持式顯示器上或者電腦屏幕上顯示，不能保證每個學(xué)員都能在最佳的角度觀察實驗過程，理解各參數(shù)變化的規(guī)律；同時，學(xué)員的親身體驗感不強(qiáng)，不能保證絕大數(shù)人能體驗發(fā)動機(jī)的推油加力過程。

為了解決以上問題，制作了基于智能手機(jī)終端的微型渦噴發(fā)動機(jī)試車實驗系統(tǒng)(圖2)。首先，為了保證每個學(xué)員都可以看見完整且多角度的實驗過程，該系統(tǒng)在微型發(fā)動機(jī)試車臺安全距離內(nèi)安裝了3個攝像頭，攝像頭的位置分別包括發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣口側(cè)前方3米處，尾噴管側(cè)面后方3米處和尾噴管正后方6米處。3個攝像頭都使用高速高清攝像頭，攝像頭采集到的視頻數(shù)據(jù)通過視頻傳輸線實時送到交互式實驗管理中心的服務(wù)器終端上。

微型發(fā)動機(jī)的測控系統(tǒng)由軟件部分和硬件部分組成，硬件部分是由以符合pc104協(xié)議的系統(tǒng)主板scm9022和數(shù)據(jù)采集板adt880搭建，軟件部分是在硬件平臺上利用在windows系統(tǒng)下labview可視化編程方法實現(xiàn)的，具體是在scm9022主板上安裝了windowsxp系統(tǒng)，在該系統(tǒng)下安裝labview2012軟件，利用可視化圖形編程的方式驅(qū)動adt880采集卡工作，并編程制作的人機(jī)交互界面，實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)的快速采集、處理與顯示，以及控制指令的發(fā)送。

采集到的實驗數(shù)據(jù)通過labview搭建的虛擬儀表界面在顯示器上展現(xiàn)，主要包括微型渦噴發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、推力、尾噴管溫度、燃燒室壓力以及實驗室現(xiàn)場溫度、濕度、大氣壓力等重要參數(shù)，同時實驗數(shù)據(jù)打包后通過網(wǎng)線傳輸給交互式實驗管理中心，由交互式實驗管理中心對數(shù)據(jù)進(jìn)行再處理，并打包通過無線路由分發(fā)到各個智能移動終端。

微型發(fā)動機(jī)的測控系統(tǒng)兼顧控制功能，測控系統(tǒng)對微型渦噴發(fā)動機(jī)的控制包括啟動控制、推油控制，停車控制等，啟動控制與停車控制為閉環(huán)指令控制，由labview程序的虛擬啟動開關(guān)對啟動發(fā)動機(jī)啟動控制程序的執(zhí)行，停車控制思路相同。推油控制為開環(huán)控制，當(dāng)發(fā)動機(jī)通過啟動程序達(dá)到慢車后，自動進(jìn)入推油控制程序，由軟件或者外接的模擬油門桿來為發(fā)動機(jī)輸入油門開度信號，并由工控計算機(jī)進(jìn)行處理，控制燃油泵供油從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)速的功能。

以上傳輸?shù)牟杉瘮?shù)據(jù)與控制指令皆由工控機(jī)通過雙絞線，以tcp/ip協(xié)議方式傳輸給交互式實驗教學(xué)管控模塊的服務(wù)器，由其進(jìn)行進(jìn)一步處理，并分發(fā)給用戶端(圖3)。在交互式實驗教學(xué)管控模塊系統(tǒng)設(shè)置了綜合顯示器，主要顯示的內(nèi)容包括發(fā)動機(jī)即時狀態(tài)信息、路由器與各智能移動終端連接狀態(tài)以及各智能移動終端顯示面板監(jiān)控。參見表1。

表1微型渦噴發(fā)動機(jī)試車臺測量和控制參數(shù)表

本系統(tǒng)基于tp-link路由器建立無線局域網(wǎng)，采用socket數(shù)據(jù)包形式將微型渦噴發(fā)動機(jī)的實驗數(shù)據(jù)打包，并采用udp廣播協(xié)議的方式在智能移動終端與路由器之間建立通信，并以廣播的形式傳送數(shù)據(jù)，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)測量數(shù)據(jù)的實時傳遞。udp是一種網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議，每個數(shù)據(jù)都是一個獨立的信息，包含完整的源地址或者目標(biāo)地址，它在網(wǎng)絡(luò)上以任何可能的路徑傳往目的地，由于udp操作簡單，需要較少的維護(hù)，故被本系統(tǒng)所采用。交互式實驗管理中心可以指定無線局域網(wǎng)中的某一設(shè)備(通過ip地址區(qū)分)，與其進(jìn)行握手，并授予其實驗控制權(quán)限。接到授權(quán)的智能移動終端其app界面中的虛擬油門桿被激活，點亮，同時具備了控制油門的能力。該智能移動終端上的油門桿開度值會被實時監(jiān)測并由交互式實驗管理中心返還給實驗測控模塊。

參見圖4，當(dāng)用戶第一次連接到微型發(fā)動機(jī)實驗室系統(tǒng)的局域網(wǎng)時，首先需要用戶通過瀏覽器自動進(jìn)入，并進(jìn)行用戶認(rèn)證，認(rèn)證信息包括單位、個人信息等。認(rèn)證成功后，交互式實驗教學(xué)系統(tǒng)網(wǎng)站通過瀏覽器向用戶端推送本系統(tǒng)的智能移動終端的app軟件安裝包，該軟件基于安卓系統(tǒng)。

智能移動終端的app軟件主要包含兩個主界面：第一個界面為發(fā)動機(jī)各個主要測量數(shù)據(jù)的顯示界面，由五個水平進(jìn)度條組成分別表示轉(zhuǎn)速、推力、濕度、溫度、氣壓的實時值以及占最大量程的百分比。同時在該界面最上端會顯示本終端在局域網(wǎng)的ip地址，以便于實驗中心對該終端進(jìn)行某些特定功能的授權(quán)。

第二個界面為模擬油門搖桿界面，通過該界面，用戶可對發(fā)動機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)節(jié)。初始狀態(tài)下，該界面默認(rèn)為失活狀態(tài)。當(dāng)實驗中心對本終端進(jìn)行該功能的授權(quán)后，該界面被激活，用戶便可以對發(fā)動機(jī)油門進(jìn)行控制。

系統(tǒng)使用基于andriod系統(tǒng)的智能手機(jī)作為用戶端，連接路由器wifi后，利用專門開發(fā)的app進(jìn)行實驗操作。該app包括三大功能，實驗預(yù)習(xí)功能、實驗過程狀態(tài)監(jiān)控及數(shù)據(jù)記錄功能和實驗報告功能。實驗預(yù)習(xí)功能主要通過下載實驗課程預(yù)習(xí)ppt，完成電子試卷，提交試卷三個步驟。實驗報告功能包括實驗報告下載、實驗數(shù)據(jù)處理，實驗報告上傳三個步驟。實驗過程狀態(tài)監(jiān)控主要包括發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控界面和視頻播放界面。發(fā)動機(jī)狀態(tài)監(jiān)控界面主要顯示數(shù)控系統(tǒng)采集到的發(fā)動機(jī)的實時狀態(tài)信息，包括大氣壓力、大氣濕度、大氣溫度、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、推力、尾噴管氣流溫度、油門值。視頻播放界面主要功能是播放實驗現(xiàn)場的三個攝像頭拍到的景象，分為一個主畫面和兩個輔畫面，三者可以進(jìn)行切換。該app還有油門控制指令即軟件模擬油門桿，可以直接控制實驗室中的發(fā)動機(jī)油門，接入一個實驗的設(shè)備不止一個，所以只有被管理員賦予權(quán)限的一個智能移動終端才可以控制模擬油門桿。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明,任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員,在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的方法及技術(shù)內(nèi)容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。