[实用新型]一种CPS技术实践教学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及CPS技术及实验教学设备领域，特别是关于一种CPS技术实践教学系统。

背景技术

信息物理系统(Cyber-Physical System，简称CPS)是通过计算、通信与控制技术的深度融合，实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的下一代智能系统，其具有重要而广泛的应用前景。未来CPS将广泛应用于重要基础设施的监测与控制、国防武器系统、环境监控、智能家居与生活辅助、航天与空间系统、智能物流系统、医疗保健和智能高速公路等诸多领域，因此CPS已成为国内外学术界和科技界研究开发的重要方向。

但CPS系统如今尚停留在基础阶段，现有基础或专用设施，包括各种生产加工机器、仪器仪表、仓储设备等物件，要实现基于Internet的过程监控、数据交换、自动报警等功能十分困难。不仅需要在各种不同的物件中实现Internet通信协议及服务，同时还要实现物件本身的控制，实施复杂度高。

另一方面，实践教学是提高人才创新培养的关键环节，目前对CPS技术的教学没有相应的实验教学系统，造成对CPS相关信息技术的人才培养过程中存在理论教学过多，实践教学不足，因此学生对CPS技术应用难以形成完整的理解和认识，也没有对感知、决策、执行、计算、网络和物理过程的完整体验。

同时，现有对CPS技术的学习是针对相关技术的分散学习，对这些技术的实际应用及创新训练不足。一种方法是将学生去企业、工厂实际的生产线学习，但现场学习只是一般的参观学习，难以深入理解相关系统，学生的创新性想法难以真正的验证。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种CPS技术实践教学系统，用于解决现有实践教学系统分散，效率低，并且在教学中学生参与少，对CPS技术在整个系统中应用不能深入理解和学习。同时本实践教学系统能够在学校实验室内开展实践教学工作。

本实用新型实施例中一种CPS技术实践教学系统，所述系统包括：

用户设备，用于产生请求信息、控制信息；

复数个物件设备，用于产生物件信息；

CPS节点设备，用于与所述复数个物件设备和所述用户设备通信，所述CPS节点设备将接收到的所述用户设备的请求信息、控制信息转换成物件设备识别的请求信息、控制信息后发送给相应的物件设备；

所述CPS节点设备还将接收到的所述复数个物件设备的物件信息转换成所述用户设备识别的物件信息后发送给所述用户设备。

其中，所述CPS节点设备还包括：第一微控制单元和第二微控制单元；所述第一微控制单元连接所述用户设备，接收所述用户设备的请求信息、控制信息并发送给所述第二微控制单元，同时接收经所述第二微控制单元转换的所述复数个物件设备的物件信息并发送给所述用户设备；

所述第二微控制单元连接所述复数个物件设备，将接收的所述复数个物件设备的物件信息转换成物件设备识别的物件信息，发送给所述第一微控制单元，同时将所述第一微控制单元发送的所述用户设备的请求信息、控制信息转换成物件设备识别的请求信息、控制信息后发送给相应的物件设备。

其中，所述CPS节点设备还包括：电可擦可编程只读存储器和随机存储器，所述电可擦可编程只读存储器用于存储系统引导程序、监控程序同时预置所述系统的工作参数，所述随机存储器包含第一环形队列和第二环形队列，所述第一环形队列用于存储所述用户设备的请求信息、控制信息，所述第二环形队列用于存储所述复数个物件设备的物件信息。

其中，所述CPS节点设备还包括：验证单元，所述验证单元中存储授权的所述用户设备的信息，当所述用户设备与所述CPS节点设备通信时，验证所述用户设备是否授权；

若验证通过，则所述用户设备与所述CPS节点设备正常通信；

若验证失败，则所述用户设备与所述CPS节点设备停止通信。

其中所述CPS节点设备至少包含以下模块之一：信号转换模块、GPS模块、GPRS模块、WiFi模块、以太网模块、显示模块、键盘、USB模块、SD卡模块；

所述信号转换模块包括：DI/DO单元和ADC/DAC单元，用于接收和发送基于数字信号、模拟信号的所述复数个物件设备的物件信息；

所述GPS模块用于提供所述CPS节点设备的位置信息；

所述GPRS模块用于接收和发送基于移动数据的所述复数个物件设备的物件信息和所述用户设备的请求信息、控制信息；

所述WiFi模块用于接收和发送基于无线数据的所述复数个物件设备的物件信息和所述用户设备的请求信息、控制信息；