一種應(yīng)用于電類專業(yè)群實(shí)驗(yàn)教學(xué)的通用智能管理平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置領(lǐng)域，涉及一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的智能(軟硬件)管理平臺，特別涉及一種基于工業(yè)控制、虛擬儀器、物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)應(yīng)用管理控制裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)+互聯(lián)網(wǎng)的智能管理平臺，為智慧實(shí)驗(yàn)教育的實(shí)現(xiàn)提供通用智能硬件條件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展以及實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和形式手段的不斷變革、豐富與完善，傳統(tǒng)形式下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式無法滿足學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力、綜合應(yīng)用、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)要求；另外在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備管理上，多數(shù)高校仍處于手工記賬管理等初級模式。隨著我們國家教育與德國、美國等西方國家教育日益加強(qiáng)交流，眾多高校逐步在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中更加注重學(xué)生的動(dòng)手能力、綜合設(shè)計(jì)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)，我們應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理上智能化、虛擬仿真演示、在線視頻互動(dòng)等更豐富的多種教學(xué)手段，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的教育信息化建設(shè)。
[0003]通過教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中應(yīng)用更多的豐富手段進(jìn)行授課和實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)，學(xué)生不僅可以熟練使用各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)采集及分析，還可以培養(yǎng)提升實(shí)際動(dòng)手操作、綜合應(yīng)用以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)等能力。因此，理工科專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)教學(xué)體系的重要性日益突出，受到了教育界(教師和學(xué)生)關(guān)注，在教學(xué)中所占的比重與要求也將越來越高。但是，目前全國高?，F(xiàn)有的多數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各自為陣，相互獨(dú)立，越來越難以滿足種類繁多、綜合性要求強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)成為了制約提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果、設(shè)備使用率和培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用及創(chuàng)新能力的關(guān)鍵因素。
[0004]目前高?，F(xiàn)有使用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，均存在功能單一、通訊孤立、沒有數(shù)據(jù)共享功能和使用限制條件多等缺陷。每種實(shí)驗(yàn)平臺只針對一門課程，同類學(xué)科間沒有交叉綜合實(shí)驗(yàn)，平臺接口相對封閉，不開放，學(xué)生很難完成綜合應(yīng)用型以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。另外還有設(shè)備管理過于復(fù)雜等問題，在授課過程中，不同實(shí)驗(yàn)課程不僅要頻繁更換不同設(shè)備、更換不同實(shí)驗(yàn)室，甚至要重復(fù)配置同樣的儀器工具，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用率低，閑置占用實(shí)驗(yàn)室房間，對教師管理人員資源和實(shí)驗(yàn)資產(chǎn)資源造成浪費(fèi)。此外，傳統(tǒng)單個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺只能對自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單觀察記錄，完成已經(jīng)設(shè)定好的驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，無法共享其他實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師更無法利用互聯(lián)網(wǎng)資源對學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理指導(dǎo)、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)共享處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于電類專業(yè)群實(shí)驗(yàn)教學(xué)的通用智能管理平臺，解決背景中實(shí)驗(yàn)平臺功能單一、通訊孤立、管理落后、數(shù)據(jù)共享性差和使用限制條件較多等問題，該通用智能管理平臺具備多種模式的信息傳輸能力，具有功能豐富、整體性能優(yōu)越、可進(jìn)行在線管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)共享等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種應(yīng)用于電類專業(yè)群實(shí)驗(yàn)教學(xué)的通用智能管理平臺，包括:由若干個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺組成的實(shí)驗(yàn)平臺群；
[0008]與所述若干個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)端一一對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)智能管理模塊，所述實(shí)驗(yàn)智能管理模塊用于獲取實(shí)驗(yàn)平臺的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)智能管理模塊可以作為有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)wifi或者zigbee物聯(lián)網(wǎng)中的一個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)與其他的實(shí)驗(yàn)智能管理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。
[0009]通過與所述實(shí)驗(yàn)智能管理模塊通信連接的教學(xué)服務(wù)器，教學(xué)服務(wù)器定時(shí)、不間斷地從各個(gè)實(shí)驗(yàn)智能管理模塊獲取和存儲實(shí)時(shí)和歷史實(shí)驗(yàn)平臺數(shù)據(jù)。
[0010]教學(xué)服務(wù)器通過有線網(wǎng)絡(luò)通信連接的教師管理機(jī)，所述教師管理機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控所有學(xué)生實(shí)驗(yàn)端，查詢調(diào)取所述教學(xué)服務(wù)器中的實(shí)時(shí)和歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，主動(dòng)或者在收到實(shí)驗(yàn)智能管理模塊發(fā)送的實(shí)驗(yàn)異常報(bào)警信號后，對相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)平臺進(jìn)行緊急制動(dòng)(關(guān)閉電源停止操作)，并通過手機(jī)模塊發(fā)送短信到指定管理老師的手機(jī)上，可以實(shí)現(xiàn)即時(shí)短信提醒功能。
[0011]所述實(shí)驗(yàn)智能管理模塊還能應(yīng)用于教師管理機(jī)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)端和整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程控制包括電源管理，數(shù)據(jù)獲取、視頻監(jiān)控等。
[0012]所述學(xué)生實(shí)驗(yàn)端上配備有實(shí)驗(yàn)智能管理模塊、虛擬儀器模塊及帶其他遠(yuǎn)程控制功能的傳感器，比如可以電流、電壓、頻率、波形、圖像、溫度、紅外傳感器等，以及相應(yīng)的反饋驅(qū)動(dòng)裝置，由實(shí)驗(yàn)智能管理模塊進(jìn)行控制。學(xué)生實(shí)驗(yàn)端通過實(shí)驗(yàn)智能管理模塊無線網(wǎng)絡(luò)或有線網(wǎng)絡(luò)，將實(shí)驗(yàn)操作指令發(fā)送至教學(xué)服務(wù)器，教學(xué)服務(wù)器通過有線或無線網(wǎng)絡(luò)，轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)驗(yàn)操作指令至學(xué)生實(shí)驗(yàn)端的實(shí)驗(yàn)智能管理模塊，控制相關(guān)傳感器的反饋驅(qū)動(dòng)裝置并獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺的遠(yuǎn)程管理。
[0013]所述學(xué)生實(shí)驗(yàn)端采用箱盒式或立架式兩種結(jié)構(gòu)，并對相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)單元進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一通信接口和數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，在平臺上安裝有多種傳感器，還有虛擬儀器模塊或數(shù)據(jù)采集模塊等進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集；學(xué)生實(shí)驗(yàn)端上還可以安裝實(shí)驗(yàn)跟蹤攝像頭裝置，實(shí)時(shí)獲取每個(gè)實(shí)驗(yàn)端的操作圖像。
[0014]所述實(shí)驗(yàn)智能管理模塊，對多個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)端的各種電壓、電流、波形、頻率、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集建模分析，當(dāng)分析結(jié)果超出網(wǎng)管軟件預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)規(guī)定范圍，進(jìn)行聲音或燈光報(bào)警；實(shí)驗(yàn)智能管理模塊實(shí)時(shí)檢測并更新多種傳感器及數(shù)據(jù)采集裝置的測量值和狀態(tài)值，作為此動(dòng)態(tài)模型的輸入量，然后基于不同實(shí)驗(yàn)要求對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分類、計(jì)算和融合，得到該模型的理論輸出量，并據(jù)此對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及操作指令進(jìn)行實(shí)驗(yàn)合理性及安全性分析，在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏離理論值過大或?qū)嶒?yàn)操作危險(xiǎn)系數(shù)過大時(shí)，進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警操作。
[0015]所述實(shí)驗(yàn)智能管理模塊通過有線網(wǎng)絡(luò)或無線網(wǎng)絡(luò)，向教學(xué)服務(wù)器發(fā)送注冊信息，申請連入教學(xué)服務(wù)器；教學(xué)服務(wù)器安裝的網(wǎng)管軟件采用定時(shí)排隊(duì)輪詢機(jī)制，為所有實(shí)驗(yàn)智能管理模塊自動(dòng)分配獨(dú)立IP，并按照一定時(shí)間間隔不斷獲取、存儲和校驗(yàn)實(shí)驗(yàn)智能管理模塊的實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)狀態(tài)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺模型收集數(shù)據(jù)，并將去冗余和融合過后的有效數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)至教師管理機(jī)，同時(shí)存儲到SD卡的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中進(jìn)行備份。
[0016]所述教師管理機(jī)將所獲取的實(shí)時(shí)和歷史實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳至教學(xué)服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理，并對多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評分和比較，得到分析報(bào)告。
[0017]所述教師管理機(jī)對學(xué)生實(shí)驗(yàn)端的控制操作，可以設(shè)置不同的事務(wù)優(yōu)先級并采取某一優(yōu)先級事務(wù)調(diào)度策略。調(diào)度策略為某一學(xué)生實(shí)驗(yàn)端發(fā)出操作的事務(wù)優(yōu)先級最高，可以獲得服務(wù)器的優(yōu)先處理權(quán)；某一學(xué)生實(shí)驗(yàn)端發(fā)出申請操作的事務(wù)優(yōu)先級較低，可以被優(yōu)先級較高的事務(wù)中斷或取消。通過設(shè)置教師管理機(jī)中的事務(wù)優(yōu)先級列表，將所有事務(wù)操作規(guī)定為不同的優(yōu)先級，從而實(shí)現(xiàn)教師讀一整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺所有的操作進(jìn)行合理、有序調(diào)度。
[0018]所述實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺配套的網(wǎng)管軟件模塊(HLC)，可以實(shí)現(xiàn)多人聯(lián)機(jī)操作，統(tǒng)一管理學(xué)生聯(lián)機(jī)請求，并可以做到自動(dòng)預(yù)約，自動(dòng)分配時(shí)段，自動(dòng)切換，自動(dòng)數(shù)據(jù)清理等功能，極大地方便了教師對實(shí)驗(yàn)課程的管理，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用的時(shí)間和成本。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采取了軟硬件相結(jié)合的設(shè)計(jì)思想，采用“校園網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)-三網(wǎng)互聯(lián)”的實(shí)現(xiàn)方法，從網(wǎng)上自主預(yù)約實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)自動(dòng)安排實(shí)驗(yàn)位和實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室刷校園卡激活實(shí)驗(yàn)位，全程記錄和教師遠(yuǎn)程協(xié)助或即時(shí)更改，數(shù)據(jù)的手動(dòng)或自動(dòng)采集打包傳送，手動(dòng)或自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)報(bào)告和評分。平臺與平臺間的數(shù)據(jù)傳輸，將多種實(shí)驗(yàn)平臺裝置、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備和信息處理裝置集成為一個(gè)系統(tǒng)性能優(yōu)越、信息交互性能較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)平臺的