专利名称：一种基于广域网的远程控制教学实训系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用在测控、信息、机电一体化、工业自动化等专业有关弱电 系统的远程控制教学实训系统，特别涉及一种基于广域网的远程控制教学实训系统。
技术背景目前，工业控制系统已经由分布式控制系统向现场总线控制系统转化。由于工业 控制系统本身有广域化的特征(范围大于1200米)，并随着GPRS、CDMA、3G网络及手机的普 及，工业控制系统逐渐进入广域控制系统阶段。而在对测控、信息等专业学生的教学实训方 面，虽已有现场总线的实训系统，但还缺乏广域网的实训系统，造成学生教学实训的不便。如中国专利CN2758901Y公开了一种“新型微机原理与CAN总线教学实验装置”，即 为一种基于现场总线的教学实验装置，该装置虽然实现了现场总线通信，但未实现广域网
通{曰。
实用新型内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种能实现广域网通信的 远程控制教学实训系统。本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统，包括测控仪表、通讯前置机和 当地后台机，该测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连，当地后台机通过局域网和 通讯前置机相连；该系统还包括广域网服务器和手机终端，其中手机终端通过广域网服务 器和通讯前置机通信，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中 转站。其中，该手机终端可以为智能手机。该手机终端以广域网服务器为中转，通过GPRS网络、CDMA网络或3G网络与通讯 前置机实现数据交换，以达到对各个测控仪表进行监视控制的目的，该手机终端可以以短 信或TCP/IP数据流的方式与通讯前置机实现数据交换。另外，测控仪表包括CPU单元，该CPU单元可以为51单元、80X86处理器单元或 ARM7处理器单元。当测控仪表的CPU单元为51单元时，可以烧入用户程序，或烧入M0N51 监控程序，在KEIL C平台实现在线硬仿真；当测控仪表的CPU单元为80X86处理器单元时， 上位机的仿真软件为Boland C++。本实用新型相对于现有技术，由于包括当地现场总线、局域网和广域网三层网络 结构，可以实现多个监控终端对测控仪表的监视控制。如手机终端可以以广域网服务器为 中转，通过GPRS/CDMA/3G网络和通讯前置机的数据交换实现对各个测控仪表的监视控制； 广域网服务器可以和通讯前置机通信，并通过通讯前置机监控各个测控仪表；而当地后台 机也可以通过通讯前置机监控各个测控仪表。这样，学生在本系统上实训，不仅在测控仪 表、通讯前置机上进行硬件、软件实验，还可以在当地后台机、广域网服务器和手机等硬件 上做软件设计，设计出完整的广域网测控系统，是一个全方位的实训平台，有别于一般的实 验箱或者实训系统。
图1为本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统结构图图2为本实用新型中测控仪表的功能结构图图3为本实用新型中温控试验的接线图图4为本实用新型中运动控制试验的接线图
具体实施方式
以下结合附图，具体说明本实用新型的具体实施方式
。如图1所示，为本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统结构图。该系统包括测控仪表，测控仪表应用于测控对象，测控仪表和测控对象可为一个或多个。该系统还 包括通讯前置机、当地后台机、广域网服务器和手机终端。其中测控仪表通过当地现场总线 与通讯前置机相连；通讯前置机通过局域网和当地后台机相连接；手机终端、广域网服务 器和通讯前置机通过广域网相连接，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器 之间的数据中转站。通讯前置机具有以太网接口、RS232\RS485接口、GPRS\CDMA\3G接口。 概况地说，即通讯前置机通过当地现场总线和各个测控仪表通信；而通讯前置机有以太网 接口，可以和当地后台机通信，当地后台机运行监视、控制、数据存储软件，实现监控各个测 控仪表的功能；广域网服务器通过广域网和通讯前置机相连，其运行监视、控制、数据存储 软件并和通讯前置机通信，通过通讯前置机监控各个测控仪表；而手机终端以广域网服务 器为中转，通过广域网(如GPRS网络、CDMA网络或3G网络)与通讯前置机实现数据交换， 以达到对各个测控仪表进行监视控制的目的，该手机终端可以以短信或TCP/IP数据流的 方式与通讯前置机实现数据交换。这样，就可以实现以手机、广域网服务器和当地后台机等 多种监控终端对测控仪表进行监视控制的功能。如图2所示，为本实用新型中测控仪表的功能结构图(以下各装置型号仅为列 举)。该测控仪表主要包括CPU单元和CPLD单元(型号EPM570)，二者通过双向数据线相连 接。测控仪表还包括存储单元(E2PR0M，型号24CXX)、实时时钟(型号PCF8563)和CAN通 讯部分，三者都与CPU单元双向连接。而CAN通讯部分则包含CAN控制器(型号SJA1000)、 CAN驱动器(型号82C250)和BNC接口(即同轴细缆接头)。另外，测控仪表还包括键盘、 IXD、LED等输入输出装置与CPLD单元双向连接；还包括多路输入、输出数字量通道和多路 输入、输出模拟量通道分别与CPLD单元相连接。其中输入输出数字量通道包括DI单元(即 数字量输入单元，型号74HC245)、功率DO单元(即功率数字量输出单元，型号MC1413)、DO 单元(即数字量输出单元，型号74HC574)和数字量接口，DI单元、功率DO单元、DO单元三 个单元分别与CPLD单元及数字量接口双向连接。输入模拟量通道包括AD转换器(型号 AD7718)、信号调理电路(型号0PA2134)、SMA接口(SMA接口是一种接口端子，也可以用其 它的替代型号)和恒流源(型号LM317)，模拟信号从SMA接口传输到信号调理电路，经信号 调理电路通过放大、滤波转换成标准信号后传输给AD转换器，AD转换器将传输的模拟信号 转换成数字信号后传输给CPLD单元；输出模拟量通道包括DA转换器(型号DAC8552)、信 号调理电路(型号0PA2134)、SMA接口和恒流源(型号LM317)，其中数字信号从CPLD单元 传输到DA转换器，DA转换器将传输的数字信号转换成模拟信号后传输给信号调理电路，信号调理电路经放大、滤波转换成再传输给SMA接口，通过SMA接口将模拟信号输出。另外，测控仪表的CPU单元可以为51单元(包括器件单片机型号可为89C516，锁 存器74HC573，存储器两片62256)或80X86处理器单元(包括器件80X86和2片71C18163 RAM, 29F040 Flash)或ARM7处理器单元(型号LM3S8962)。当使用测控仪表的CPU单元为 51单元时，可以烧入用户程序，或烧入M0N51监控程序，在KEIL C平台实现在线硬仿真；当 使用测控仪表的CPU单元为80X86处理器时，上位机的仿真软件为Boland C++ ；当使用测 控仪表的CPU单元为ARM7处理器时，上位机的仿真软件为IAR。本实用新型中测控仪表的内部结构与CN2758901Y揭露的测控仪表的区别在于 CN2758901Y公开的测控仪表是一个电脑插卡，需要插接到电脑上，而本实用新型的测控仪 表是用单片机实现，是一个独立的装置；而与普通的单片机实验装置的区别在于，普通的单 片机试验装置缺乏CAN通讯部分，而本实用新型的测控仪表增加了 CAN通讯部分。更主要 的是本实用新型中测控仪表是广域测控系统的一部分。本远程控制教学实训系统的测控对象可以为温控对象或顺序逻辑控制对象。当然 这只是列举，本实训系统还可以针对各种应用有其它多种变形的实训项目。如图3所示，为本实用新型中温控试验的接线图，其测控对象为温控对象。其中， 测控仪表部分包括AD转换器(型号AD7718)、SMA接口、恒流源(型号LM317)、功率DO单 元(型号MC1413)和数字量接口。温度控制对象部分包括钼电阻(型号PtlOO)、固态继电 器、加热丝。其工作原理为测控仪表内的恒流源输出电流(如10mA)，电流通过SMA接口 流过钼电阻(型号PtlOO)，钼电阻上的电压接入测控仪表的SMA接口，实现AD采集，通过钼 电阻(型号PtlOO)的分度表可以计算出测量温度。测控仪表的功率D0输出信号到数字量 接口，通过一控制线输出高低电平控制固态继电器的开、断，从而控制加热量。测控仪表还 有市电过零触发信号接到CPU的外中断脚，从而实现过零触发方式的控温，减少对市电的 干扰。利用本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统，温控的信息可以传到手机，手 机还可以设定温控点，修改控制算法的参数。如图4所示，为本实用新型中运动控制试验的接线图，其测控对象为顺序逻辑控 制对象。其中测控仪表部分包括DI单元(型号74HC245)、功率D0单元(型号MC1413)和 数字量接口 ；顺序逻辑控制对象部分包括两个限位开关，即限位开关1和限位开关2，还包 括4相5线步进电机和运动机构，其中运动机构包括丝杆和滑块。测控仪表内有7路功率 数字量从功率D0单元输出，每路驱动电流可达到100mA。用其中4路可以通过数字量接口 用四条控制线传输到4相5线步进电机，以控制4相5线步进电机，按照步进电机的控制时 序编程，可实现正转、反转和转速控制。步进电机驱动丝杆，让滑块运动，滑块运动到一定位 置触动限位开关，即限位开关1，测控仪表通过数字量接口得到这个信号，改变步进电机的 转动方向，使滑块向相反方向运动，滑块运动到另一位置，触动另一个限位开关，即限位开 关2，测控仪表通过数字量接口得到这个信号，步进电机再改变转动方向，如此周而复始，滑 块在2个限位开关往复运动。利用本实用新型基于广域网的远程控制教学实训系统，运动 的信息可以传到手机，手机还可以控制滑块的运动方向、速度。本实用新型通过广域网，使手机实现对对各个测控仪表进行监视控制。但本实用 新型并不限定于以上实施例，任何未脱离本实用新型技术方案，即仅仅对其进行本领域普 通技术人员所知悉的改进或变更，均属于本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种基于广域网的远程控制教学实训系统，包括测控仪表、通讯前置机和当地后台机，所述测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连，所述当地后台机通过局域网和通讯前置机相连，其特征在于该系统还包括广域网服务器和手机终端，其中所述手机终端通过广域网服务器和通讯前置机通信，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中转站。
2.根据权利要求1所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，所述手 机终端以广域网服务器为中转，通过GPRS网络或CDMA网络或3G网络与通讯前置机实现数 据交换。
3.根据权利要求2所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，所述手 机终端以短信或TCP/IP数据流的方式与通讯前置机实现数据交换。
4.根据权利要求1所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，所述测 控仪表包括CPU单元，所述CPU单元可以为51单元或80X86处理器单元或ARM7处理器单元。
5.根据权利要求4所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，当所述 测控仪表的CPU单元为51单元时，可以烧入用户程序，或烧入MON51监控程序，在KEIL C 平台实现在线硬仿真。
6.根据权利要求4所述的基于广域网的远程控制教学实训系统，其特征在于，当所述 测控仪表的CPU单元为80X86处理器单元时，上位机的仿真软件为BolandC++。
专利摘要本实用新型提供一种基于广域网的远程控制教学实训系统，包括测控仪表、通讯前置机和当地后台机，该测控仪表通过当地现场总线与通讯前置机相连，当地后台机通过局域网和通讯前置机相连；该系统还包括广域网服务器和手机终端，其中手机终端通过广域网服务器和通讯前置机通信，通讯前置机为测控仪表、当地后台机和广域网服务器之间的数据中转站。本实用新型相对于现有技术，由于包括当地现场总线、局域网和广域网三层网络结构，可以实现多个监控终端，如手机、广域网服务器、当地后台机对测控仪表的监视控制。这样，学生在本系统上实训，不仅在测控仪表、通讯前置机上进行硬件、软件实验，还可以在当地后台机、广域网服务器和手机等硬件上做软件设计，设计出完整的广域网测控系统。
文档编号G09B19/00GK201576371SQ20092029754
公开日2010年9月8日 申请日期2009年12月23日 优先权日2009年12月23日
发明者靳斌 申请人:西华大学