一种应用于电类专业群实验教学的通用智能管理平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于实验教学装置领域，涉及一种实验教学系统的智能(软硬件)管理平台，特别涉及一种基于工业控制、虚拟仪器、物联网、互联网、移动互联等技术应用管理控制装置，实现实验教学+互联网的智能管理平台，为智慧实验教育的实现提供通用智能硬件条件。
【背景技术】
[0002]近年来，随着互联网技术的迅速发展以及实验教学内容和形式手段的不断变革、丰富与完善，传统形式下的实验教学模式无法满足学生学习兴趣、动手能力、综合应用、创新能力的培养要求；另外在实验教学设备管理上，多数高校仍处于手工记账管理等初级模式。随着我们国家教育与德国、美国等西方国家教育日益加强交流，众多高校逐步在实验教学中更加注重学生的动手能力、综合设计和创新能力培养，我们应用互联网等新技术在实验设备管理上智能化、虚拟仿真演示、在线视频互动等更丰富的多种教学手段，从而实现实验教学模式的教育信息化建设。
[0003]通过教师在实验教学过程中应用更多的丰富手段进行授课和实验操作指导，学生不仅可以熟练使用各种实验仪器设备，进行实验操作和数据采集及分析，还可以培养提升实际动手操作、综合应用以及创新设计等能力。因此，理工科专业实验教学在整个教学体系的重要性日益突出，受到了教育界(教师和学生)关注，在教学中所占的比重与要求也将越来越高。但是，目前全国高校现有的多数实验教学设备没有统一的行业标准，各自为阵，相互独立，越来越难以满足种类繁多、综合性要求强的实验内容，同时成为了制约提高实验教学效果、设备使用率和培养学生综合应用及创新能力的关键因素。
[0004]目前高校现有使用的实验教学设备，均存在功能单一、通讯孤立、没有数据共享功能和使用限制条件多等缺陷。每种实验平台只针对一门课程，同类学科间没有交叉综合实验，平台接口相对封闭，不开放，学生很难完成综合应用型以及创新设计型实验。另外还有设备管理过于复杂等问题，在授课过程中，不同实验课程不仅要频繁更换不同设备、更换不同实验室，甚至要重复配置同样的仪器工具，实验设备使用率低，闲置占用实验室房间，对教师管理人员资源和实验资产资源造成浪费。此外，传统单个实验平台只能对自己的实验数据进行简单观察记录，完成已经设定好的验证型实验，无法共享其他实验平台的实验数据，教师更无法利用互联网资源对学生实验进行远程管理指导、数据采集和数据共享处理。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种应用于电类专业群实验教学的通用智能管理平台，解决背景中实验平台功能单一、通讯孤立、管理落后、数据共享性差和使用限制条件较多等问题，该通用智能管理平台具备多种模式的信息传输能力，具有功能丰富、整体性能优越、可进行在线管理、远程监控、数据共享等多个优点。
[0006]为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0007]—种应用于电类专业群实验教学的通用智能管理平台，包括:由若干个实验平台组成的实验平台群；
[0008]与所述若干个学生实验端一一对应的实验智能管理模块，所述实验智能管理模块用于获取实验平台的实验数据，每个实验智能管理模块可以作为有线网络、无线网络wifi或者zigbee物联网中的一个通信节点，能实现与其他的实验智能管理模块进行数据通讯。
[0009]通过与所述实验智能管理模块通信连接的教学服务器，教学服务器定时、不间断地从各个实验智能管理模块获取和存储实时和历史实验平台数据。
[0010]教学服务器通过有线网络通信连接的教师管理机，所述教师管理机实时监控所有学生实验端，查询调取所述教学服务器中的实时和历史实验数据，主动或者在收到实验智能管理模块发送的实验异常报警信号后，对相应的实验平台进行紧急制动(关闭电源停止操作)，并通过手机模块发送短信到指定管理老师的手机上，可以实现即时短信提醒功能。
[0011]所述实验智能管理模块还能应用于教师管理机对学生实验端和整个实验室的远程控制包括电源管理，数据获取、视频监控等。
[0012]所述学生实验端上配备有实验智能管理模块、虚拟仪器模块及带其他远程控制功能的传感器，比如可以电流、电压、频率、波形、图像、温度、红外传感器等，以及相应的反馈驱动装置，由实验智能管理模块进行控制。学生实验端通过实验智能管理模块无线网络或有线网络，将实验操作指令发送至教学服务器，教学服务器通过有线或无线网络，转发实验操作指令至学生实验端的实验智能管理模块，控制相关传感器的反馈驱动装置并获取实时数据，从而实现对整个实验平台的远程管理。
[0013]所述学生实验端采用箱盒式或立架式两种结构，并对相关课程实验单元进行模块化设计，统一通信接口和数据采集点，在平台上安装有多种传感器，还有虚拟仪器模块或数据采集模块等进行实时数据采集；学生实验端上还可以安装实验跟踪摄像头装置，实时获取每个实验端的操作图像。
[0014]所述实验智能管理模块，对多个学生实验端的各种电压、电流、波形、频率、温度等数据进行采集建模分析，当分析结果超出网管软件预设的数据规定范围，进行声音或灯光报警；实验智能管理模块实时检测并更新多种传感器及数据采集装置的测量值和状态值，作为此动态模型的输入量，然后基于不同实验要求对数据进行处理、分类、计算和融合，得到该模型的理论输出量，并据此对实验数据及操作指令进行实验合理性及安全性分析，在实验数据偏离理论值过大或实验操作危险系数过大时，进行自动报警操作。
[0015]所述实验智能管理模块通过有线网络或无线网络，向教学服务器发送注册信息，申请连入教学服务器；教学服务器安装的网管软件采用定时排队轮询机制，为所有实验智能管理模块自动分配独立IP，并按照一定时间间隔不断获取、存储和校验实验智能管理模块的实时实验状态及实验数据，建立动态实验系统平台模型收集数据，并将去冗余和融合过后的有效数据，转发至教师管理机，同时存储到SD卡的数据库系统中进行备份。
[0016]所述教师管理机将所获取的实时和历史实验数据上传至教学服务器进行远程运算和数据处理，并对多组实验结果进行评分和比较，得到分析报告。
[0017]所述教师管理机对学生实验端的控制操作，可以设置不同的事务优先级并采取某一优先级事务调度策略。调度策略为某一学生实验端发出操作的事务优先级最高，可以获得服务器的优先处理权；某一学生实验端发出申请操作的事务优先级较低，可以被优先级较高的事务中断或取消。通过设置教师管理机中的事务优先级列表，将所有事务操作规定为不同的优先级，从而实现教师读一整个实验系统平台所有的操作进行合理、有序调度。
[0018]所述实验系统平台配套的网管软件模块(HLC)，可以实现多人联机操作，统一管理学生联机请求，并可以做到自动预约，自动分配时段，自动切换，自动数据清理等功能，极大地方便了教师对实验课程的管理，节约了实验设备使用的时间和成本。
[0019]与现有技术相比，本发明采取了软硬件相结合的设计思想，采用“校园网、互联网、物联网-三网互联”的实现方法，从网上自主预约实验，系统自动安排实验位和实验时间，学生进实验室刷校园卡激活实验位，全程记录和教师远程协助或即时更改，数据的手动或自动采集打包传送，手动或自动生成实验报告和评分。平台与平台间的数据传输，将多种实验平台装置、实验仪器设备和信息处理装置集成为一个系统性能优越、信息交互性能较强的实验系统平台，从而实现了实验平台的