基于網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制實驗室的開題報告

單片機課程設(shè)計開題報告----電子類實驗室的運動電模擬搭建的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)選題說明本設(shè)計一個虛擬的網(wǎng)絡(luò)平臺遠(yuǎn)程控制電子線路實驗箱，實現(xiàn)電子線路實驗的遠(yuǎn)程操作。工作過程如下：學(xué)生首先在客戶端以學(xué)號登錄，進(jìn)入相應(yīng)的人機交互界面，選擇相應(yīng)實驗電路，然后通過TCP/IP協(xié)議將學(xué)生輸入的相關(guān)信息傳輸?shù)椒?wù)器上，再由服務(wù)器將其解析轉(zhuǎn)換成控制實驗室試驗箱上模擬開關(guān)的指令傳遞給處理器，再最后由處理器對試驗箱上相應(yīng)的模擬開關(guān)進(jìn)行操作，完成試驗電路的搭制，并可以由外部攝像頭采集圖像獲得試驗數(shù)據(jù)。本設(shè)計成功實現(xiàn)，不僅使得學(xué)生做實驗不受空間的限制，提高了實驗資源利用率，而且避免了頻繁的插拔接線甚至誤操作對試驗箱的損傷，節(jié)約了試驗成本，同時也方便實驗教師對實驗室的遠(yuǎn)程控制，對其他試驗箱的改造也有借鑒意義。設(shè)計思想1.國內(nèi)外現(xiàn)狀近年來，隨著計算機的普及和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的成熟，國內(nèi)外已有少數(shù)大學(xué)開辟了這樣的實驗?zāi)Ｐ?。學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)登錄并訪問實驗室服務(wù)器，完成各種模型的實驗。美國TennesseeatChattanooga大學(xué)的JimHenry設(shè)計的網(wǎng)上工程實驗室提供了一系列遠(yuǎn)程控制實驗，如壓力控制、液面控制、溫度控制、速度控制實驗等。這個遠(yuǎn)程實驗系統(tǒng)是由一臺Web服務(wù)器和五臺客戶機構(gòu)成的，每臺客戶機上都運行用LabVIEW編寫的軟件，并與一套實際的實驗設(shè)備相連,當(dāng)用戶通過Interner訪問Web服務(wù)器時，首先需要選擇控制參數(shù)，然后WEb服務(wù)器把這些參數(shù)寫入文件傳送給相應(yīng)的客戶機,客戶機收到這些參數(shù)后，通過數(shù)據(jù)采集卡來控制相連的實驗設(shè)備完成實驗，并把實驗數(shù)據(jù)傳回給Web服務(wù)器!服務(wù)器根據(jù)這些數(shù)據(jù)生成實驗結(jié)果圖返回給用戶。新加坡國立大學(xué)的虛擬實驗室允許用戶通過Interner進(jìn)行遠(yuǎn)程實驗，使用B/S方式實驗，可以實現(xiàn)昂貴的實驗設(shè)備的共享.遠(yuǎn)程實驗室的服務(wù)器端使用LabVIEW虛擬儀器軟件實現(xiàn)對實驗設(shè)備的控制，服務(wù)器與實驗設(shè)備之間通過RS-232接口或IEEE188.2GPIB總線進(jìn)行連接.為了能讓用戶直觀地觀察到實驗現(xiàn)象，遠(yuǎn)程實驗室采用視頻會議技術(shù)向用戶反饋視頻和音頻信息.用戶也可以控制攝像頭的縮放和視角來獲取滿意的觀察位置.在客戶端使用支持Java的Web瀏覽器作為統(tǒng)一的用戶界面，其中嵌入的Javaappolers可以顯示各個虛擬儀器的面板和數(shù)據(jù)，并通過Internet與服務(wù)器進(jìn)行通信以傳遞用戶的控制數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果.到目前為止，這個實驗室已經(jīng)實現(xiàn)了電路、通信和控制領(lǐng)域的五個虛擬實驗.中國科技大學(xué)物理系研制了一套基于Internet的掃描探針顯微鏡(SPM)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),該系統(tǒng)分為四部分：客戶端、服務(wù)器、SPM儀器端、視頻監(jiān)視系統(tǒng).由于設(shè)備復(fù)雜、貴重，其中客戶端分為兩種類型，一類是實驗主控操作人員程序端，用于對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，采用基于TCP/IP協(xié)議的C/S結(jié)構(gòu)對SPM進(jìn)行操作運行；另一類是觀眾客戶端，這部分程序是基于HTTP協(xié)議和GGI的瀏覽器，提供給普通用戶觀看實驗過程,服務(wù)器和SPM儀器端通過自行設(shè)計的DSP控制器組成一套完整的SPM反饋系統(tǒng)，該實驗系統(tǒng)在京滬兩地試用，獲得了良好的實驗效果。大連理工大學(xué)機械工程學(xué)院研制的遠(yuǎn)程控制快速成型加工系統(tǒng)，其設(shè)備對象是數(shù)控加工機床.該系統(tǒng)采用基于Winsock的C/S編程模式,客戶端用戶輸入加工參數(shù)及各種命令，網(wǎng)絡(luò)只需負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)量不大的參數(shù)傳遞到加工服務(wù)器端，服務(wù)器端負(fù)責(zé)完成STL文件的分層參數(shù)設(shè)置和分層處理工作，并在快速成型系統(tǒng)上生成底層數(shù)控代碼,從而可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程加工及結(jié)果顯示。從而可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程加工及結(jié)果顯示。2.意義實驗是大學(xué)理工科教育的一個重要環(huán)節(jié)，對于培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和解決問題的能力至關(guān)重要。傳統(tǒng)的實驗平臺受到場地、時間、儀器數(shù)量等諸多因素的限制做不到資源的最優(yōu)化，而實驗電路的遠(yuǎn)程搭制則能夠解決實驗儀器數(shù)量的不足以及實驗場地、課時數(shù)的限制，使用戶在獲得許可的前提下可以在任何時候，從任何地點訪問實驗室，從而大大提高實驗教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性。采用MFC平臺設(shè)計的遠(yuǎn)程客戶端系統(tǒng)，不僅實現(xiàn)了硬件實驗的遠(yuǎn)程操作,而且組建靈活,功能多樣,使用、維護(hù)都很方便。實驗系統(tǒng)可以全天候在網(wǎng)上開放,學(xué)生做實驗不受時間、場地以及次數(shù)的限制。這樣不僅充分共享了教學(xué)資源,降低教學(xué)成本,而且擴大了教學(xué)面,提高了教學(xué)質(zhì)量。將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與現(xiàn)實事物鏈接在一起是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個很重要的應(yīng)用，現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的相互傳輸，這就為實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的可行性提供了條件。將現(xiàn)實中的事物通過一定的處理，然后接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中實現(xiàn)實驗資源的最大優(yōu)化就變的非常的有意義。3.具體實施方案 課題研究的電子線路實驗電路搭制的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)以FPGA作為核心處理器，可分為遠(yuǎn)程訪問部分、網(wǎng)絡(luò)傳輸部分和實時控制部分三大塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。系統(tǒng)的工作流程如下：當(dāng)學(xué)生做實驗時先用自己的用戶名和密碼登陸到客戶端，在人機交互界面中選擇要做的實驗，然后會自動生成實驗原理圖的各種不同接法，除去固定走線外會提示需要自己連線的部分，并且可以提供很多不同的方案供選擇。當(dāng)學(xué)生將這些都選擇好了之后點擊確定，這些數(shù)據(jù)將通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器上，服務(wù)器將其解析之后將數(shù)據(jù)送給核心處理器再由核心處理器來分配處理來完成這些具體的要求。本課題研究的主要內(nèi)容包括：1、Winsock標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信模型的編程。2、服務(wù)器嵌入TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。具體實施方案：網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制實驗電路的搭制系統(tǒng)大多使用的是CS（客戶端／服務(wù)端）結(jié)構(gòu)，急客戶端接收用戶輸入的信息然后將這些信息經(jīng)過相應(yīng)的處理然后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器再由服務(wù)器控制實驗箱做出具體操作。而這其中網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)和服務(wù)器識別數(shù)據(jù)變成了電子線路實驗電路搭制的網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一，研究人員對此也進(jìn)行了深入的研究，取得了豐碩的研究成果。目前實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆椒ㄓ校菏褂肔abVIEW自帶的網(wǎng)頁發(fā)布功能，直接在Web服務(wù)器端生成嵌入實驗平臺的WWW網(wǎng)頁，用戶只需使用網(wǎng)頁瀏覽器即可通過Internet訪問網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室，進(jìn)行實驗。也有通過帶有java插件的瀏覽器向服務(wù)器發(fā)送指令的方法。就是客戶端為任一帶java插件的瀏覽器，通過wab服務(wù)器傳回的HTML.JSP網(wǎng)頁，解釋執(zhí)行內(nèi)嵌的Applet程序，建立Socket鏈接，實現(xiàn)參數(shù)輸入和數(shù)據(jù)顯示。Web服務(wù)器負(fù)責(zé)用戶鑒權(quán)，發(fā)布嵌有Socket客服端的程序網(wǎng)頁。Socket服務(wù)器負(fù)責(zé)對設(shè)備的數(shù)據(jù)采樣和狀態(tài)控制，在通信方面它是socket套接口的服務(wù)端，負(fù)責(zé)監(jiān)聽客戶端的鏈接請求，接收參數(shù)輸入和采樣傳輸。然后再將監(jiān)聽得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理作用到實驗箱的物理電路上面。本項目為了