增强连线临场感的网络实验装置制造方法
【专利摘要】一种模拟模型领域的增强连线临场感的网络实验装置，包括：视频监控装置、依次相连的远程操作电路、现场服务器、现场计算处理器、单片机控制电路和模拟连线电路，视频监控装置分别与远程操作电路和现场服务器相连，继电器电路和反馈电路分别与单片机控制电路相连，反馈电路与模拟连线电路相连。本实用新型使用户在远端通过视频传输技术能够体会到现场实验连线的真实性与有效性。
【专利说明】增强连线临场感的网络实验装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种模拟模型领域的机构，具体是一种增强连线临场感的网络实验装置。
【背景技术】
[0002]近年来我国高校提出进一步加强大学生的工程实践教育，注重学生动手能力和分析、解决问题能力的培养，在此背景下，高等教育实验教学越来越得到重视，很多高校都在着力于实习基地和教学实验系统的建设，随着互联网和物联网技术的发展，基于远程操控的实体教学实验已经成为一个当前研究热点。
实用新型内容
[0003]本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种增强连线临场感的网络实验装置，以增强远程控制的网络实验的临场感，使得用户在远端通过视频传输技术能够体会到现场实验连线的真实性与有效性。
[0004]本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括:视频监控装置、依次相连的远程操作电路、现场服务器、现场计算处理器、单片机控制电路和模拟连线电路，视频监控装置分别与远程操作电路和现场服务器相连，继电器电路和反馈电路分别与单片机控制电路相连，反馈电路与模拟连线电路相连。
[0005]所述的视频监控装置对实验操作进行监控并产生实验现场视频图像。
[0006]所述的单片机控制电路包括:飞思卡尔单片机、串口电路、隔离电路、通信电路、PWM电路以及模数/数模转换器。
[0007]所述的继电器电路包括:控制端口、微型继电器、驱动电路以及状态反馈信号端口，驱动电路通过控制端口与单片机控制电路相连，微型继电器由若干个子继电器组成，各个子继电器的两个触点对应于远程操作电路的实验连线的两个端点，当需要连接某一条连线时，单片机控制电路对应控制某一个继电器闭合。
[0008]所述的反馈电路包括:电流采集传感器电路以及模拟信号隔离放大器电路，该反馈电路用于采集继电器电路各个继电器闭合与断开的状态，同时将该反馈信号发送至单片机控制电路，反馈信号为继电器状态信号。
[0009]所述的模拟连线电路包括:LED灯带、驱动电路以及电位器，该LED灯带的两端分别对应远程操作电路的点选的起点信息和终点信息。
[0010]本实用新型通过采用反馈的信号量，形成闭环控制，采用现场显示实验结果增强网络实验连线效果，使得远端学生用户能更加体会网络实验连线的真实性，即符合网络实验的基本要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型结构示意图；
[0012]图2为实施例1的光伏发电模型；
[0013]图3为实施例1的Buck - Boost电路模型；
[0014]图4为A - B连线槽结构示意图；
[0015]图5单片机控制模块图；
[0016]图6继电器电路图；
[0017]图7状态反馈电路图；
[0018]图8模拟连线电路图。
【具体实施方式】
[0019]下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
[0020]实施例1
[0021]如图1所示，本实施例包括:视频监控装置4、依次相连的远程操作电路1、现场服务器2、现场计算处理器3、单片机控制电路5和模拟连线电路8，视频监控装置4分别与远程操作电路I和现场服务器2相连，继电器电路6和反馈电路7分别与单片机控制电路5相连，反馈电路7与模拟连线电路8相连。
[0022]所述的视频监控装置4通过摄像头等类似装置实现，用于对实验操作进行监控并产生实验现场视频图像。
[0023]所述的现场计算处理器3通过现场服务器2分别与远程操作电路1、视频监控装置4和单片机控制电路5相连，接收视频监控装置4的实验现场视频图像和远程操作电路I的操作信息并向远程操作电路I发送设置参数和控制指令，根据操作信息向单片机控制电路5发送控制信号。
[0024]所述的单片机控制电路5分别与继电器电路6、反馈电路7和模拟连线电路8相连，并根据接收的控制信号控制继电器电路6的闭合。
[0025]所述的继电器电路6闭合后通过反馈电路7向单片机控制电路5发送反馈信号，由单片机控制电路5根据反馈信号进行计算并控制模拟连线电路8进行显示，该显示信号由反馈电路7分别通过单片机控制电路5、现场计算处理器3和现场服务器2传输至远程操作电路I。
[0026]本实施例工作时，用户于远程操作电路I进行实验操作。
[0027]如图5所示，所述的单片机控制电路5包括:飞思卡尔单片机MC9S12XS128MAA、串口电路MAX232、隔离电路ADuMXXX、通信电路、PWM电路以及模数/数模转换器，可以完成串口通信、信号采集以及I/O控制等功能。
[0028]如图6所示，所述的继电器电路6包括:控制端口、微型继电器G5V - 2、驱动电路ULN2803以及状态反馈信号端口，驱动电路ULN2803通过控制端口与单片机控制电路5相连。
[0029]所述的微型继电器G5V-2采用通用的DIL端子排列，耐高温高压，性能可靠，成本低，使用方便，其中的1A、1B、2A、2B表示为继电器两端口对应的连线节点。
[0030]如图7所示，所述的反馈电路7包括:单片机、电流采集传感器电路ACS712以及模拟信号隔离放大器电路，其中:电流采集传感器电路ACS712与单片机控制电路5相连，对整个实验过程中电流信号的采集，模拟信号隔离放大器电路与单片机控制电路5相连，对实验过程中电压信号的采集，所采集的电流电压信号经过信号处理隔离后输入单片机的AD端口，采用信号隔离方式主要是为了保护控制信号与实验过程中的信号不相互干扰，保护主控芯片以及整个系统的安全。
[0031]如图8所示，所述的模拟连线电路8包括:灯带LED、驱动电路以及电位器RP。
[0032]所述的驱动电路内置集成芯片，该集成芯片ULN2803为达林顿八路NPN达林顿连接晶体管阵系列特别适用于低逻辑电平数字电路(诸如TTL，CM0S或PM0S/NM0S)和较高的电流/电压要求之间的接口，用于驱动LED灯带电路，LED灯带根据I/O端口信号，实现点亮与熄灭，可以通过电位器RP调节LED灯带的亮度。
[0033]所述的远程操作电路I上位机界面所有网络实验连线的端点都采用统一编码标识，该编码在系统下位机中对应于一个数据字符，每两个数据字符组成一个字符串，对一个具体的实体网络实验系统而言，由于存在多个连线端点因此会形成多个数据字符串的组合，在系统下位机中，本装置可以根据网络实验连线要求进行编程，定义有效组合，从而可以实现防止远程操控中的误连或无效操作。
[0034]所述的远程操作电路I进入网络实验系统连线环节后，其默认为连线状态。
[0035]在连线状态下，系统默认第一次选择为起点。此时，系统会提示用户选择起点，用户根据实验指导，点击选择一个连线起点，系统根据远程操作电路I上位机界面上的编码标识，自动保持其相对应的数据字符作为字符串前半段。
[0036]在点击选择起点后,系统将提示用户点击选择终点，此时用户点击选择的上位机界面上的编码标识，系统根据其编码标识其相对应的数据字符，作为字符串后半段，从而实现一个完整的数据字符串，以此作为终点判断。
[0037]所述的现场计算处理器3进行如下处理:
[0038]I)当连线操作中，该端点数据字符串找不到对应的连线相匹配，说明它是无效字符串，系统会提示:“无效操作”。同时，计算机会根据实验类型判断起点或终点的有效性:当起点或终点有一个为有效点，此时系统将该有效的点重新定义为起点，系统将显示“请重新选择终点”；当起点与终点均无效点，那么系统将提示:“无效连线，请重新选择起点与终点”。
[0039]2)当该数据字符串有相对应的实验连线，那么该数据字符串为有效数据字符串，即有效连线。系统根据该有效数据字符串触发事件中断，在中断程序中，系统将根据实验类型判断该有效连线是否属于该实验类型中的连线。当不属于该实验类型中的连线，用户可根据实系统提示重新选择实验类型、起点、终点；当属于该实验类型中的连线，现场计算机通过RS232串口，采用modbus协议将该字符串转换成相应的控制指令发送至控制模块5。
[0040]本实施例选择升降压实验，如图2-图4所示该实验用到光伏发电模型与Buck - Boost电路模型。
[0041]当学生用户在上位机界面点击其他地方，S卩非有效连线点，那么界面上将弹出提示窗口，提示学生用户请选择有效连线点。实验者点击起点P101，即A点后，网络实验连线系统将会把PlOl，即A点作为连线起点存储起来，以便用于与终点形成一条有效连线。
[0042]同时，远程操作电路I上位机界面会弹出提示窗口，提示用户请选择连线终点。
[0043]根据提示与实验指导，用户点击终点P201，即B点，若点击错误，为非有效点，那么网络实验连线系统将提示为非有效点，提示重新选择。
[0044]在成功点击终点P201，即B点后，网络实验连线系统将会把P102，即B点作为终点进行保存，与起点P101，即A点进行组合，系统程序处理成一个有效字符串，从而形成一条有效连线PlOl - P201,即A - B。
[0045]当用户选择其他连线点，如图2中P103，那么系统程序根据组合原理，将处理成一个字符串PlOl - P103，根据基本电路原理在程序中进行判断，可以得出PlOl - P103属于非有效连线的结论，网络实验连线系统将弹出提示窗口，如:此为非有效连线。在此情况下，网络实验系统会提示选择重新连线或者选择重新点击终点。当选择重新连线，那么就是从起点A重新开始选择连线；当选择重新点击终点，那么就是从点击终点继续实验。
[0046]如图2和图3所示，假设用户在远程操作电路I选择好了有效的连线PlOl -P201，即A - B，远程操作电路通过Internet传输相应的信号到现场服务器3，现场服务器3对信号进行整合后，发送到现场计算机4，现场计算机4通过RS232将连线PlOl - P201,即A - B控制信号发送到单片机控制电路6。
[0047]所述的单片机控制电路5根据现场计算机的控制信号，控制相应的I/O端口输出，使得连接在P102 - P201，即A - B两端的继电器电路6闭合，从而实现P102 - P201，即A - B连线电路导通。
[0048]在确保继电器电路6闭合后，继电器电路6与反馈电路7会发送反馈信号至单片机控制电路5，单片机控制电路5根据反馈信号，经过一系列运算处理确认后输出控制信号，使得实验系统平台5上的P102 -P201，即A-B之间模拟连线电路8作用，LED灯带点売。
[0049]所述的反馈电路7将LED灯带点亮信号反馈至单片机控制电路5，该信号经过单片机控制电路5、现场计算机4、现场服务器3传输到远程操作电路1，远程操作电路I可以观看到上位机界面实验面板上P102 -P201，即4 4之间同样有一条红线将？102 -P201JPA_B连接起来。同时，整个实验过程将被视频监控模块2实时记录，并由服务器通过Internet传输到远程操作电路，包括LED点亮模拟P102 - P201,即A - B之间电路导通现场效果图信号。
【权利要求】
1.一种增强连线临场感的网络实验装置，其特征在于，包括:视频监控装置、依次相连的远程操作电路、现场服务器、现场计算处理器、单片机控制电路和模拟连线电路，视频监控装置分别与远程操作电路和现场服务器相连，继电器电路和反馈电路分别与单片机控制电路相连，反馈电路与模拟连线电路相连。
2.根据权利要求1所述的增强连线临场感的网络实验装置，其特征是，所述的视频监控装置为摄像头。
3.根据权利要求1所述的增强连线临场感的网络实验装置，其特征是，所述的单片机控制电路包括:飞思卡尔单片机、串口电路、隔离电路、通信电路、PWM电路以及模数/数模转换器。
4.根据权利要求1所述的增强连线临场感的网络实验装置，其特征是，所述的继电器电路包括:控制端口、微型继电器、驱动电路以及状态反馈信号端口，驱动电路通过控制端口与单片机控制电路相连。
5.根据权利要求4所述的增强连线临场感的网络实验装置，其特征是，所述的微型继电器由若干个子继电器组成，各个子继电器的两个触点对应于远程操作电路的实验连线的两个端点。
6.根据权利要求1所述的增强连线临场感的网络实验装置，其特征是，所述的反馈电路包括:电流采集传感器电路以及模拟信号隔离放大器电路。
7.根据权利要求1所述的增强连线临场感的网络实验装置，其特征是，所述的模拟连线电路包括=LED灯带、驱动电路以及电位器，该LED灯带的两端分别对应远程操作电路的点选的起点信息和终点信息。
【文档编号】G09B19/00GK204178590SQ201420587734
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】王宏武, 赵国旗, 杨根科, 杨明, 田作华 申请人:上海交通大学