技術領域：

本發明或者發明屬于計算機軟件領域，涉及一種創新型實驗教學系統，尤其是一種基于無線局域網和智能移動終端的交互式實驗教學系統目的用于解決教師、學生與實驗教學系統之間信息斷路問題，提高實驗教學效果與效率，同時提高實驗過程中的安全性。

背景技術：
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目前，智能手機和平板電腦等智能移動終端已經成為人們生活中重要的一部分，由于其強大的網絡功能和便于攜帶的特點，極大地加快了人們獲得信息的速度，方便了生活中復雜問題的處理，改變了人與各種智能系統和網絡系統的交互方式。作為一種重要的便攜式的智能移動終端，智能手機和平板電腦被廣泛地運用到了工業領域、農業領域和智能家居領域，并且獲得了很好的經濟效益。隨著智能移動終端技術的發展和應用領域的拓展，智能移動終端也逐漸開始在院校教學領域廣泛使用，特別是在網絡教學、翻轉課堂等教學方式的運用中。智能移動終端在教學領域的使用，極大地提高了教學工作的質量，使知識交互的方式更加靈活多樣。

然而，到目前為止智能移動終端主要還只是被運用在教學環節中的課程教學方面，方便了學生課前的預習和課后的作業完成，在實驗教學中的應用還很少。在已有技術中，有利用智能手機強大的運算功能和個性化的界面設計，編制了基于智能移動終端的實驗數據采集與計算軟件，該款軟件可以收集實驗數據并進行相應計算，代替了人的計算工作，簡化了實驗數據處理過程，在一定程度上解決了數據處理存在的問題，但該系統所謂的采集也只是簡單地人工錄入，而不是實驗系統的實時監控，數據的實時發放，并沒有將智能移動終端的強大功能發揮到最大。

發明或者

技術實現要素：
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本發明或者發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種基于無線局域網和移動終端的交互式實驗教學系統，通過利用智能移動終端的強大網絡功能和運算功能，對一些大型、稀缺、貴重、復雜的實驗教學運行模式進行優化，提高了學生對該類實驗信息的個性化獲取能力，保證教學效果，提高實驗的安全性。

本發明或者發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于無線局域網和智能移動終端的交互式實驗教學系統，由實驗過程控制模塊、實驗數據處理模塊、實驗過程視頻監視模塊、交互式實驗教學管控模塊、無線局域網(wlan)和智能移動終端等構成。所述實驗過程控制模塊和實驗數據處理模塊由測控計算機、相關的控制與數據處理軟件、以及各類傳感器、控制器和外圍電路組成，可與交互式實驗教學管控模塊進行實時數據交換；所述實驗過程視頻監視模塊由多個攝像頭及其控制模塊組成，能夠多角度監控實驗進程，并將視頻數據實時傳至交互式實驗教學管控模塊，攝像頭數量可根據需要增減；所述交互式實驗教學管控模塊由計算機(可與測控計算機共用)、相關的控制與數據處理軟件、以及無線路由器等組成；所述無線局域網(wlan)采用成熟可靠的wifi技術搭建；所述智能移動終端主要是安裝有專門開發的實驗教學app的智能手機和平板電腦組成，在實驗中作為教師、學生的個性化顯示單元，在實驗前后作為預習資料和數據存儲的媒介。

所述交互式實驗教學管控模塊的控制與數據處理軟件，包括：一是實施智能移動終端的互聯授權和一對多點的廣播式實驗信息分發；二是實施智能移動終端的互聯授權和一對一點的實驗控制信息交互；三是實施實驗數據的預處理；四是實施待分發實驗數據和視頻信息的整合；五是實現實驗教學全過程管理，包括實驗前預習資料分發、實驗中現場監控、實驗后實驗報告接收等；六是實施實驗教學app的分發。交互式實驗教學管控是本發明的核心部分。

所述的智能移動終端安裝有專門開發的實驗教學app軟件，通過無線路由器wifi和互聯授權連接到交互式實驗教學管控模塊，可以實時接收實驗信息，并實現個性化實時顯示、存儲學生關心的信息。

所述的智能移動終端安裝有專門開發的實驗教學app軟件，通過無線路由器wifi和互聯授權連接到交互式實驗教學管控模塊，可接受交互式實驗教學管控模塊的授權指令，激活其控制界面并可通過授權后的終端發送控制指令控制實驗進程。

基于無線局域網和智能移動終端的交互式實驗教學系統是一種提高實驗教學效率與效果的創新型系統。它由交互式實驗教學管控模塊、實驗過程控制模塊、實驗數據處理模塊、實驗過程視頻監視模塊、無線局域網(wlan)和智能移動終端等構成

實驗過程視頻監視模塊由若干個(根據具體實驗設置數量)放置在實驗現場的高清高速攝像頭組成，從多個角度實時地將實驗現場的視頻傳輸給交互式實驗教學管控模塊的主機；實驗過程控制模塊、實驗數據處理模塊由性能強大的工業計算機以及外圍電路構成，主要通過相關數據采集軟件和傳感器及其外圍電路完成實驗數據的采集、調理、處理和整合，同時，可接受來自用戶端的控制指令，完成實驗狀態的人物控制；交互式實驗教學管控模塊是整個系統的功能核心，主要功能是完成實驗數據、視頻數據和控制指令的整合，根據管理者指令對用戶端和實驗端進行及時監控和控制授權，同時兼顧通過無線路由器對實驗數據進行廣播式分發的功能；無線局域網(wlan)和智能移動終端通過無線路由器將交互式實驗教學管控模塊整合的數據以廣播的形式發送給手機或者平板電腦的用戶端(20至30位)，用戶可以通過與實驗系統配套應用軟件，獲取實驗數據和控制實驗的權限。

附圖說明：

圖1是交互式實驗教學系統整體結構；

圖2是微型渦噴實驗臺攝像頭安裝位置圖；

圖3是交互式微型渦噴實驗系統；

圖4用戶端連接實驗無線局域網流程。

具體實施方式：

下面結合附圖對本發明或者發明做進一步詳細描述：

參見圖1、圖2、圖3和圖4，一種基于無線局域網和智能移動終端的交互式實驗教學系統，其特征在于：包括由實驗過程控制模塊、實驗數據處理模塊、實驗過程視頻監視模塊、交互式實驗教學管控模塊、無線局域網和智能移動終端；所述實驗過程控制模塊和實驗數據處理模塊由測控計算機、控制與數據處理軟件、各類傳感器、控制器和外圍電路組成，可與交互式實驗教學管控模塊進行實時數據交換；所述實驗過程視頻監視模塊由數個攝像頭及攝像頭控制模塊組成，能夠多角度監控實驗進程，并將視頻數據實時傳至交互式實驗教學管控模塊；所述交互式實驗教學管控模塊由計算機、控制與數據處理軟件以及無線路由器組成；所述無線局域網采用成熟可靠的wifi技術搭建；所述智能移動終端是安裝有專門開發的實驗教學應用軟件的智能手機和平板電腦，在實驗中作為教師、學生的個性化顯示單元，在實驗前后作為預習資料和數據存儲的媒介。

圖1，微型渦噴發動機實驗，由于其涉及到航空煤油的使用，且微型渦噴發動機在工作時其腔內壓力大，工作溫度高，所以該實驗是具有非常高危險性的實驗，并且發動機在運行過程中會產生刺耳的噪聲，對人耳具有明顯的傷害。但作為發動機推進原理實驗課程中不可缺少的實驗，微型渦噴發動機實驗對學員理解課堂知識具有重要的輔助作用。在傳統微型渦噴發動機實驗的過程中，教師主要負責實驗操作和實驗現場的管控，而學生只能戴上防噪聲耳機在安全范圍內觀察，會有少部分學生參與推油門的嘗試，這樣的形式具有明顯的缺陷，一方面老師精力分散，安全性不能保證；另一方面學員觀察不夠仔細，觀察的角度也有限，而且發動機的實時狀態數據，如轉速、推力和排氣溫度等只能在一個手持式顯示器上或者電腦屏幕上顯示，不能保證每個學員都能在最佳的角度觀察實驗過程，理解各參數變化的規律；同時，學員的親身體驗感不強，不能保證絕大數人能體驗發動機的推油加力過程。

為了解決以上問題，制作了基于智能手機終端的微型渦噴發動機試車實驗系統(圖2)。首先，為了保證每個學員都可以看見完整且多角度的實驗過程，該系統在微型發動機試車臺安全距離內安裝了3個攝像頭，攝像頭的位置分別包括發動機的進氣口側前方3米處，尾噴管側面后方3米處和尾噴管正后方6米處。3個攝像頭都使用高速高清攝像頭，攝像頭采集到的視頻數據通過視頻傳輸線實時送到交互式實驗管理中心的服務器終端上。

微型發動機的測控系統由軟件部分和硬件部分組成，硬件部分是由以符合pc104協議的系統主板scm9022和數據采集板adt880搭建，軟件部分是在硬件平臺上利用在windows系統下labview可視化編程方法實現的，具體是在scm9022主板上安裝了windowsxp系統，在該系統下安裝labview2012軟件，利用可視化圖形編程的方式驅動adt880采集卡工作，并編程制作的人機交互界面，實現實驗數據的快速采集、處理與顯示，以及控制指令的發送。

采集到的實驗數據通過labview搭建的虛擬儀表界面在顯示器上展現，主要包括微型渦噴發動機轉速、推力、尾噴管溫度、燃燒室壓力以及實驗室現場溫度、濕度、大氣壓力等重要參數，同時實驗數據打包后通過網線傳輸給交互式實驗管理中心，由交互式實驗管理中心對數據進行再處理，并打包通過無線路由分發到各個智能移動終端。

微型發動機的測控系統兼顧控制功能，測控系統對微型渦噴發動機的控制包括啟動控制、推油控制，停車控制等，啟動控制與停車控制為閉環指令控制，由labview程序的虛擬啟動開關對啟動發動機啟動控制程序的執行，停車控制思路相同。推油控制為開環控制，當發動機通過啟動程序達到慢車后，自動進入推油控制程序，由軟件或者外接的模擬油門桿來為發動機輸入油門開度信號，并由工控計算機進行處理，控制燃油泵供油從而達到控制轉速的功能。

以上傳輸的采集數據與控制指令皆由工控機通過雙絞線，以tcp/ip協議方式傳輸給交互式實驗教學管控模塊的服務器，由其進行進一步處理，并分發給用戶端(圖3)。在交互式實驗教學管控模塊系統設置了綜合顯示器，主要顯示的內容包括發動機即時狀態信息、路由器與各智能移動終端連接狀態以及各智能移動終端顯示面板監控。參見表1。

表1微型渦噴發動機試車臺測量和控制參數表

本系統基于tp-link路由器建立無線局域網，采用socket數據包形式將微型渦噴發動機的實驗數據打包，并采用udp廣播協議的方式在智能移動終端與路由器之間建立通信，并以廣播的形式傳送數據，實現發動機測量數據的實時傳遞。udp是一種網絡連接協議，每個數據都是一個獨立的信息，包含完整的源地址或者目標地址，它在網絡上以任何可能的路徑傳往目的地，由于udp操作簡單，需要較少的維護，故被本系統所采用。交互式實驗管理中心可以指定無線局域網中的某一設備(通過ip地址區分)，與其進行握手，并授予其實驗控制權限。接到授權的智能移動終端其app界面中的虛擬油門桿被激活，點亮，同時具備了控制油門的能力。該智能移動終端上的油門桿開度值會被實時監測并由交互式實驗管理中心返還給實驗測控模塊。

參見圖4，當用戶第一次連接到微型發動機實驗室系統的局域網時，首先需要用戶通過瀏覽器自動進入，并進行用戶認證，認證信息包括單位、個人信息等。認證成功后，交互式實驗教學系統網站通過瀏覽器向用戶端推送本系統的智能移動終端的app軟件安裝包，該軟件基于安卓系統。

智能移動終端的app軟件主要包含兩個主界面：第一個界面為發動機各個主要測量數據的顯示界面，由五個水平進度條組成分別表示轉速、推力、濕度、溫度、氣壓的實時值以及占最大量程的百分比。同時在該界面最上端會顯示本終端在局域網的ip地址，以便于實驗中心對該終端進行某些特定功能的授權。

第二個界面為模擬油門搖桿界面，通過該界面，用戶可對發動機的工作狀態進行調節。初始狀態下，該界面默認為失活狀態。當實驗中心對本終端進行該功能的授權后，該界面被激活，用戶便可以對發動機油門進行控制。

系統使用基于andriod系統的智能手機作為用戶端，連接路由器wifi后，利用專門開發的app進行實驗操作。該app包括三大功能，實驗預習功能、實驗過程狀態監控及數據記錄功能和實驗報告功能。實驗預習功能主要通過下載實驗課程預習ppt，完成電子試卷，提交試卷三個步驟。實驗報告功能包括實驗報告下載、實驗數據處理，實驗報告上傳三個步驟。實驗過程狀態監控主要包括發動機狀態監控界面和視頻播放界面。發動機狀態監控界面主要顯示數控系統采集到的發動機的實時狀態信息，包括大氣壓力、大氣濕度、大氣溫度、發動機轉速、推力、尾噴管氣流溫度、油門值。視頻播放界面主要功能是播放實驗現場的三個攝像頭拍到的景象，分為一個主畫面和兩個輔畫面，三者可以進行切換。該app還有油門控制指令即軟件模擬油門桿，可以直接控制實驗室中的發動機油門，接入一個實驗的設備不止一個，所以只有被管理員賦予權限的一個智能移動終端才可以控制模擬油門桿。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明,任何熟悉本專業的技術人員,在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述揭示的方法及技術內容作出些許的更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，仍屬于本發明技術方案的范圍內。