[发明专利]基于闭环控制的网络实验系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种网络系统及其方法，特别是一种与自动控制、物联网、视频监控、数据处理及教学实践密切关联的网络实验系统及其实现方法。

背景技术

随着我国高等教育的普及，近年来特别强调要加强本科培养中的工程教育，很多高校正着力于实习基地和教育教学实验系统的建设，然而由于资金所限，致使不少学校常常采取用理论分析代替实际动手，用虚拟仿真代替实体实验，用课堂演示代替工程实践，其结果直接影响了教学质量的提高和学生工程实践能力的培养。在线远程教育，特别是通过网络来实现工科实验教育，已经成为一个研究热点。

经对现有技术文献的检索发现，现有的已经授权的针对真实硬件设备的网络远程实验专利大致有三种：

1)中国专利授权号CN101814248B，公告日2011.11.09，公开了一种计算机硬件系列课程的远程实验系统，以计算机硬件实验为主体，由于远程操控本来就属于计算机网络范畴，对于计算机硬件远程实验，进行网络传输，不涉及非电信号量的采集，不涉及手动接线搭建不同的实验。

2)中国专利授权号CN101237365B，公告日2010.07.21，公开了一种EDA网络实验系统及实验方法，以FPGA数字电路为主体，远程设计对应的实验电路，将设计代码通过网络传输下载到FPGA数字电路中，整个实验本身不涉及接线。

3)中国专利授权号CN100492445，公告日2009.05.27，公开了一种基于网络的远程电子电路实验方法及系统，以基本电子电路为主题，对不同的电子元器件统一编址，在远端通过对实验电路中元器件的控制，从而设计不同的实验电路。

上述技术均存在的缺点在于：通过远程计算机发送信号，对本地实验进行直接操控，属于开环控制，在远端无法得知现场搭建实验是否完成，这就导致现场真实设备的运行情况出现搭建的实验电路或者实验设备可能没有符合期望，从而造成实验失败，甚至导致现场出现意外灾害。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提出一种基于闭环控制的网络实验系统及其实现方法，在现场计算机与实体实验系统之间加入控制模块和测量模块，强化对实体实验系统的闭环控制。

本发明通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于闭环控制的网络实验系统，包括：实体实验系统、控制模块、测量模块、现场计算机、视频监控系统、现场服务器和远程客户端，其中：实体实验系统通过控制模块和测量模块与现场计算机连接，测量模块用于测量实体实验系统的参数信号，控制模块接收来自现场计算机的控制信号并对实体实验系统进行闭环控制，现场计算机和视频监控系统分别与现场服务器通过有线或无线网络连接，将实体实验系统的控制信息和显示信息传输到现场服务器，并将实验室现场视频信息传输到现场服务器，远程客户端通过Internet与现场服务器连接，使得实验的操作与显示可以实时在现场计算机和远程客户端上实现。

所述的实体实验系统包括：执行装置、数字调节器、实验显示屏、实验模块挂箱、实验台和实验桌，其中：数字调节器与控制模块相连并接收开关输出量和模拟输出量，数字调节器向执行装置发出控制电平，实验显示屏与实验模块挂箱并排安装在实验台上，实验台安装在实验桌上，执行装置用于完成实体实验。

所述的控制模块通过串口线与现场计算机连接，接收来自现场计算机的作为控制信号的开关输入量和模拟输入量，控制模块通过控制电路与实体实验系统连接，向实体实验系统发送开关输出量和模拟输出量以实现闭环控制。

所述的测量模块通过测量探头与实体实验系统连接，用于测量实体实验系统的参数信号，再将参数信号传输显示在现场计算机上。

所述的视频监控系统，包括：网络摄像机、云台和支架，其中：网络摄像机与云台通过转动电机连接，网络摄像机与云台通过紧密螺丝与支架连接，支架通过膨胀螺丝固定在实验室墙壁上。

所述的视频监控系统采集包括但不限于声音、烟雾、火灾的报警信号。

所述的现场服务器作为各种信号中转中心，接收来自远程客户端的控制信号、来自视频监控系统的视频显示信号、来自现场计算机的测量信号和硬件连接反馈信号，并且现场服务器向远程客户端发送视频显示信号、测量信号和硬件连接反馈信号、向视频监控系统发送云台控制信号、向现场计算机发送控制信号和视频显示信号。

所述的远程客户端用于实现人机交互，对实体实验系统的远程操作信号都由远程客户端发出，并接收实体实验系统的测量信号和硬件连接反馈信号及视频监控系统的视频显示信号。