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基于信息网络技术的远程实验系统

年终述职报告 时间:2022-02-13 10:09:37

当今时代,微电子、计算机、网络通信、测量控制等技术飞速发展,信息网络技术的出现以及它与其它高新科技的相互结合,为各项传统技术带来了前所未有的发展空间和机遇。以Internet为代表的计算机网络及相关技术的迅速发展和日益完善,突破了传统通信方式的时空限制和地域障碍,使更大范围内的信息交流变得十分容易。

现代远程教育是随着现代通信技术和信息技术的发展而产生的一种新型教育模式。借助于现代的通信和信息处理技术,远程教育可以有效地发挥现有的各种教育资源优势,实现教育资源的共享。

在现代教育中,实验教学占有非常重要的地位。实验教学的实践性非常强,由于其实现的特殊性和现代通信技术和信息处理技术的局限性,如何在现代远程教育中开展远程电子电路实验教学,是一个具有挑战性的课题。

本文介绍了一种基于信息网络技术的远程电子电路实验教学解决方案——WebLab远程实验系统。

现有远程教育系统的优势及特点

简单地说,远程教育(DistanceEducation)是一种师生分离的、不能面对面组织的教学模式。

远程教育作为一种新的教育模式,同目前校内教育相比较具有几个显著的不同之处。首先是教育对象不同,远程教育不仅是单独的学历教育,还包括接受终身教育的学生,他们学习的主要目的是通过这种方便快捷的学习方式来获取新的知识,他们所关注的是学习效果,以及所学到的内容能否很快地应用于生产实践。其次是教学目标不同,远程教育以通过指导完成学业为基本教学目标,更多地注重实现水平教育目标。最后,远程教育与学校教育的教育手段不同。

从教学手段上讲,远程教育有以下几个方面的优势:充分的交互性;学习的自主性;教育资源的共享性;学习的个性化。

简单地说,远程教育系统主要由三部分组成,即通信网络、终端设备和教学资源。通信网络和终端设备构成了远程教育系统的硬件支撑环境,而教学资源是远程教育的软件系统。

1)通信网络

在远程教育网中传送的信息类型不仅有文字、图形,还有动画、声音和图像,因此远程教育的网络系统必须要有足够的带宽。

2)终端设备

终端设备的主要功能是将系统中要传送的信息转换为适合于网络传输的格式,同时还要负责与通信网络进行信令交换。远程教育系统的终端设备要有处理多种信息类型的能力,即必须是多媒体终端。

3)教学资源

通信网络和多媒体终端设备仅仅是教学的手段,远程教育应该充分利用这些手段,将枯燥乏味的教学内容用多媒体的手段表现出来,将抽象的概念用生动形象的动画来表现,使学生更容易接受、更容易理解。

目前在计算机远程教育中常见的方式是,利用InternetWWW服务具有的各种功能,以浏览主页(HomePage)的形式提供远程教学服务。

基于Internet网的教学系统一般由挂接于Internet上的Web服务器和许多客户机组成。Web服务器上安装有丰富的动态交互式网络多媒体教学资源(WebPage)。客户机端采用Web浏览器软件浏览网页。

网上电子电路实验系统WEBLAB

远程教育已经在越来越大的发挥它的作用,但其仍处于发展之中。作为现代教育特别是高等教育的重要手段——实验教学如何在远程教育中实现,是一个急待解决的问题。

由北方交通大学电工电子教学基地自行研制的远程电子电路实验教学系统(WebLab系统)融合了网络技术、控制技术和数据库技术,实现了多个用户可共享实验室设备,在互联网上进行电子电路实验,是远程教育的一种新尝试。

1)WebLab系统的特点

在当今的教育和研究中,许多人使用一些仿真软件(比如PSPICE、WorkBench等),对电路功能进行仿真,从而达到“虚拟实验”的效果。但是这些仿真软件因其完全靠计算得出结果,要求使用者具备较强的技术背景。对于那些初学者学习使用这些仿真软件本身就是一件非常困难的事情,且易于对电路产生理想化的概念。

而WebLab远程实验系统的使用对象正是那些没有很强的技术背景的人,学习者利用网络终端使用此系统,可以获得与在实验室中直接操作实验仪器与实验电路相同的直观的感性认识。

2)WebLab系统的结构

整个WebLab远程实验系统可以分为三部分:客户端程序、服务器程序、服务器及所控制的硬件设备(包括实验仪器箱和可程控的示波器及信号发生器)。

WebLab远程实验系统的硬件设备包括:

A)一台服务器;

B)一台HP54645D数字示波器(服务器用仪器数字接口控制);

C)一台HP33120A信号发生器(服务器用RS232串口控制);

D)一台WebLab实验箱(与服务器采用Crfieldbus通信);

E)若干台网络终端;

WebLab远程实验系统的软件包括:服务器程序、客户机程序。

在运行WebLab远程实验系统以后,多个用户可以利用远程客户端程序通过基于TCP/IP协议的网络登录到实验室的服务器上。服务器程序对所有的用户登录信息进行管理,允许用户设置自己的用户名和登录口令。客户端程序为用户提供一套操作信号发生器、示波器、多种实验电路的界面。用户使用客户端程序,通过其提供的操作界面,对信号发生器面板、示波器面板、实验电路面板进行操作。

客户端程序将操作者对信号发生器、示波器、实验电路的操作信息转换为命令数据,并通过Internet将之发送到服务器的数据库中。服务器程序对每个用户的操作数据采用分时的方法进行处理。在当前用户的实验操作数据被服务器程序处理完之前,用户的所有操作数据均按顺序保存在服务器的数据库中。

服务器程序收到用户的操作数据,对其所控制的实验仪器和实验箱中电路进行设置,建立用户需求的实验环境。首先,服务器程序通过RS232接口控制HP33120A信号发生器,根据用户操作,设置信号发生器,产生具有用户所要求幅度、频率等特性的输出信号,并将信号输入到实验箱内;之后,服务器程序通过CRfieldbus控制WebLab实验箱,根据用户的操作数据,通过控制电子开关连接实验箱中相应的实验电路,并对相应的实验电路参数进行设置。设置好实验电路后,服务器程序通过以其数字接口控制实验室内的HP54645D数字示波器,测试实验电路的输入信号和输出信号。服务器程序在将一个用户的实验操作完成后,将实验结果保存到数据库中,然后把实验结果发送回客户端,并由客户端程序显示在客户端的信号发生器和示波器的面板上。这个用户的实验处理完后,转向对下一个用户需求的处理。在现行的系统中,1秒钟内,服务器可处理完30个用户的要求。

3)WebLab系统的基本使用方法

在现已开通的WebLab系统中,用户可在互联网上的任一台终端上下载客户端程序,并可完成已开通的25个实验。

A)登录www.eenetlab.org网站,注册用户口令,并下载客户端程序。

B)在客户端执行在客户端程序,用已注册的口令登录。

C)打开虚拟数字示波器及信号发生器并进行设置。

D)在客户端上选择具体实验电路,连接电子器件并完成电路参数设置。

E)打开虚拟实验电路面板电源,向服务器发送指令。

F)客户端上接受服务器返回信息,显示在虚拟数字示波器,用户进行读数。

G)在客户端继续调整参数或进行下一个实验。

H)结束客户端程序,实验结束。

经过两年时间的开发,这套基于信息网络技术的远程实验设备,对远程教育的发展提出了一个新的思路。它对使用者使用空间和时间上没有过多限制,达到了多人远程共享一套仪器设备,完成各自实验的效果。随着我们不断的努力,一定会使它更加完善。

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