一种分布式物联网实训系统及其工作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种实训系统，具体涉及一种分布式物联网实训系统及其工作方法。
【背景技术】
[0002] 物联网是通过射频识别（RFID)、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传 感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品 的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。通俗地说，物联网是传感网加互联网， 是互联网的延伸与扩展，把人与人之间的互联互通扩大到人与物、物与物之间的互联互通。 物联网的关键技术包括：传感器技术、互联网技术、智能处理技术。
[0003] 目前，在大力应用物联网技术的背景下，高校实训室的建设也获得了新的视角和 启迪。众多高校都开设了物联网课程，教育信息化服务提供商也都提供了物联网实训室的 解决方案，但是，各个高校的物联网实训室的建设大都处于嵌入式实训室的阶段，仅仅是以 物联网实验箱的形式来建设物联网实训室，缺乏相对来说真实的实训室来进行物联网技术 的学习，当然也不存在基于真实的物联网设备而建立起来的物联网系统，那么相关专业的 学生对于物联网的学习并不能够真正的掌握。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种分布式物联网实训系统，该物联网实训系统通过对各物 联网模块组进行布局划分解决了学生在进行物联网实训时，组网构建布局混乱的技术问 题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种分布式物联网实训系统，包括：若干个 由U型安装墙围成的实训间，且安装墙的内墙面划分为若干调试区，各调试区用于分别安 装相应物联网模块组；所述物联网模块组中各物联网模块的后端设有至少两个插头，所述 墙面分布有若干安装孔，所述插头与安装孔配合，以安装各物联网模块；所述实训间内还设 有用于放置网络服务器的机架。
[0006] 为了便于开展电容检测的相关实验课程，所述分布式物联网实训系统还包括：用 于构建电容在线检测的实验装置，该实验装置包括： 超声波传感器，用于采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级 。
[0007] 高频电流传感器，用于采集电容两端的电压向量。
[0008] 所述超声波传感器、高频电流传感器分别通过相应数据调理单元与数据处理控制 单元相连。
[0009] 所述数据处理控制单元，包括： 电容叠加电压计算模块，适于将获得的电压向量分解出基波电压％ (?)和η次谐波电压 分量％(〇,8卩，所述被测电容两端的叠加电压a? ,Β^(?) = %(?+%(?),计算该叠加电压 的有效值U，同时计算基波电压的有效值％。
[0010] 电容量计算模块，建立电容声压级数据库，该数据库中包括：各类型电容在仅有各 基波的有效值所对应的电容声压级；预设被测电容类型、额定电容量C。，根据被测电容类型 及当前基波电压的有效值Utl从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级;通过被测 电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级^ ，通过公式&= 2〇lg(·^),计算出被 测电容的实际电容量cx。
[0011] 被测电容寿命计算模块，适于根据被测电容的实际电容量Cx和叠加电压的有效值 U建立电容量预估公式，即C = CpttA ;其中，C为被测电容损坏时的极限电容值，t为电容 损坏预期时间，k为单位时间内被测电容在当前基波电压的有效值Utl下对应的电容量变化 ,IQ1-CyJ 系数，即，=丨一?^-丨.,其中，Cxl和Cx2为单位时间内被测电容的电容量初值和终值；并通 过所述电容量预估公式推导出电容损坏预期时间t的计算公式，S卩t = ￥，设定所述极 kU 限电容值C，以计算出被测电容发生损坏的预期时间。
[0012] 进一步，所述η次谐波电压分量％?中η取5。
[0013] 本发明还提供了一种分布式物联网实训系统的工作方法，其中，所述分布式物联 网实训系统还包括：用于构建电容在线检测的实验装置， 所述实验装置的工作方法包括如下步骤： 步骤一：采集被测电容两端的电压向量，并将该电压向量分解出基波电压％?和η次 谐波电压分量士?，即可得出所述被测电容两端的叠加电压《④，即= ，然 后计算该叠加电压的有效值U，基波电压的有效值Utl ; 步骤二：建立电容声压级数据库，该数据库中包括：各类型电容的与仅有各基波的有 效值分别对应的电容声压级。
[0014] 预设被测电容类型、额定电容量Ctl，根据被测电容类型及当前基波电压的有效值 Utl从所述电容声压级数据库获得相应电容声压级&0。
[0015] 采集被测电容产生的声音信号，以获得相应电容声压级'，通过公式 Ips七。=20 lg(g),计算出被测电容的实际电容量Cx。
[0016] 步骤三：根据被测电容的实际电容量Cx和叠加电压的有效值U建立电容量预 估公式，即C f=Cfs-HZt ;其中，C为被测电容损坏时的极限电容值，t为电容损坏预期时 间，k为单位时间内被测电容在当前基波电压的有效值Utl下对应的电容量变化系数，即， \Q -C I k = ].-?严1，其中，Cxl和Cx2为单位时间内被测电容的电容量初值和终值。 uO
[0017] 设定所述极限电容值C，通过所述电容量预估公式推导出电容损坏预期时间t的 η η 计算公式，即t,以计算出被测电容发生损坏的预期时间。 MJ
[0018] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1)本发明可以根据自己的 需要，相应的划定区域内开设物联网实训项目，通过各物联网模块组中的相应模块，模拟真 实的物联网场景；而且各模块可以任一扩展，且通过安装墙的安装孔与插头配合，使学生能 够很方便对需要用到的模块进行安装，即对物联网进行相应拓展，提高了实训效果；（2)本 发明通过超声波传感器采集被测电容产生的电容声压级；高频电流传感器采集电容两端的 电压值，建立电容量预估公式，利用该公式对被测电容的寿命进行预测，比传统的仅仅检测 当前电容实际电容量来判断电容寿命更加具有前瞻性，并且通过该实验装置可以开设电力 电子技术课程，对电力电容的评估具有参考价值。
【附图说明】
[0019] 为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图， 对本发明作进一步详细的说明，其中 图1为本发明的物联网实训系统中实训间的结构示意图； 图2为物联网实训系统的各模块连接框图； 图3为本发明实验装置的工作方法的流程图； 图4为本发明的实验装置的原理框图。
[0020] 其中，调试区1、物联网模块2、机架3。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合【具体实施方式】并参 照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发 明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本 发明的概念。
[0022] 实施例1 如图1所示，一种分布式物联网实训系统，包括：若干个由U型安装墙围成的实训间，且 安装墙的内墙面划分为若干调试区，各调试区用于分别安装相应物联网模块组，以进行组 网测试；所述物联网模块组中各物联网模块的后端设有至少两个插头，所述墙面分布有若 干安装孔，所述插头与安装孔配合，以安装各物联网模块；所述实训间内还设有用于放置网 络服务器的机架。
[0023] 所述物联网实训系统还包括多路输出稳压电源模块，该稳压电源模块由开关电源 构成，且输出+5V、+12V、+36V的直流电压，以提供给各物联网模块工作用。
[0024] 如图2所示，所述物联网模块组包含：门禁控制模块组、视频监控模块组、报警模 块组、智能家电控制模块组。
[0025] 所述门禁控制模块组包括：庭院门禁模块、车库门禁模块、入户门禁模块、车辆出 入识别模块、门禁信息通知模块。
[0026] 所述视频监控模块组包括：庭院监控模块、户内监控模块、网络远程监控模块、手 机远程监控模块。
[0027] 所述报警模块组包括：庭院报警模块、户内入侵报警模块、燃气探测报警模块、烟 雾探测报警模块。
[0028] 所述智能家电控制模块组包括：窗帘控制模块、窗户开关控制模块、空调智能控制 模块。
[0029] 所述各物联网模块组中的相应物联网模块分别安装有无线传感单元，且所述无线 传感单元通过ZigBee协议进行组网，组网后通过无线与所述网络服务器相连，以实现实训 间内的物联网模块组与教师机之间进行数据上传和下载。所述无线传感单元可以采用述 WSN无线传感单元。
[0030] 所述各实训间位于实训室内两侧，呈对称分布，且所述实训室可以设置6