基于硬件实验平台的远程云端实验系统的制作方法

本实用新型涉及计算机技术领域，尤其涉及计算机网络控制系统，具体来说就是一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统。

背景技术：

随着计算机网络技术的快速发展，远程实验教学逐渐成为现实，远程实验技术把虚拟实验引入到了实验教学中，虚拟实验的应用改变了传统的教育模式，使得教学方式发生了革命性变化。目前，用于实验教学的计算机虚拟实验软件非常丰富，加上高校计算机及网络资源，为虚拟实验的开设提供了必要的基础条件。通过网络虚拟实验室，能够在网络中模拟一些实验现象。它不仅会提高实验教学效果，更加重要的是对一些缺乏实验条件的学生，通过网络同样能够身临其境地观察实验现象，甚至和异地的学生合作进行实验。

目前，远程实验室的数量越来越多，如卡罗莱纳州立大学的LAAP(learn anytime anywhere physics)实验系统，该虚拟物理实验室通过Web进行访问，具体分为以下几个模块：虚拟实验设备和实验设施、相关实验课程模块、实验结果测评分析模块、与他人协作实验模块。国内的虚拟实验室也在快速发展，如由华中科技大学承担开发的虚拟实验教学环境项目，力图突破虚拟实验教学环境建设的共性关键技术。

然而，上述实验设备及实验设施都是虚拟的，虽然通过图像解析及编辑技术能够渲染、显示实验结果，但与硬件实验平台相比，仍然存在很大差异，因此，本领域技术人员亟需研发出一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统，从而让学生获得真实的实验效果。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统，解决了现有远程云端实验系统无法让学生获得真实实验效果的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的具体实施方式提供一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统，包括：多个学生终端，用于向学生提供进行远程实验的窗口；远端服务器，与所述学生终端连接，用于供所述学生终端接入从而进行远程实验；一个或多个教师终端，与所述远端服务器连接，用于向教师提供管理学生进行远程实验的窗口；多个远程硬件实验单元，与所述远端服务器连接，用于根据所述学生终端的操作指令执行相关实验。

其中，每个所述远程硬件实验单元包括多个实验板卡，每个所述实验板卡具体包括：ARM控制器，与所述远端服务器连接，用于执行所述操作指令；FPGA电路板，与所述ARM控制器连接，用于在所述ARM控制器的控制下执行相关实验。

其中，所述远程硬件实验单元还包括：显示屏，与所述实验板卡连接，用于显示所述实验板卡的操作状态。

其中，每个所述远程硬件实验单元包括7个所述实验板卡(41)。

本实用新型的另一具体实施方式中，该远程云端实验系统还包括：集线器，设置在所述远端服务器和所述远程硬件实验单元之间，用于扩展所述远端服务器的接入端口，以便所述远程硬件实验单元接入。

其中，所述接入端口为USB端口。

其中，所述学生终端为台式计算机或移动终端。

其中，所述移动终端为智能手机、平板电脑和便携式计算机中的一种。

其中，所述教师终端为台式计算机或移动终端。

其中，所述移动终端为智能手机、平板电脑和便携式计算机中的一种。

根据本实用新型的上述具体实施方式可知，基于硬件实验平台的远程云端实验系统至少具有以下有益效果：学生通过接入设备访问远端服务器，服务器与多个实验机柜连接，接入设备通过远端服务器操作实验机柜，实验机柜的执行结果通过远端服务器反馈给接入设备，从而完成预定实验，学生能够获得真实的实验结果，远程实验结果与本地实验结果完全一致，学生不必专程去实验室做实验，不仅方便了学生，又节约了学校的实验室资源，能够随时随地开展实验，提高了实验设备的使用效率，降低了实验成本；另外，教师通过接入设备接入远端服务器后，可以有效管理、指导学生进行实验，并及时了解学生的实验情况，从而更加针对性地进行教学。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的所附附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统的实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统的实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种实验板卡的结构示意图；

图4为本实用新型具体实施方式提供的ARM控制器与FPGA电路板的连接关系图。

符号说明：

1 学生终端 2 远端服务器

3 教师终端 4 远程硬件实验单元

5 集线器

41 实验板卡 42 显示屏

411 ARM控制器 412 FPGA电路板

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本实用新型所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本实用新型内容的实施例后，当可由本实用新型内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本实用新型内容的精神与范围。

本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本实用新型，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。

关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。

某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。

图1为本实用新型具体实施方式提供的一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统的实施例一的结构示意图，如图1所示，多个学生终端及一个或多个老师终端均通过网络接入远端服务器，学生通过学生终端进行远程实验，教师通过教师终端管理、监督学生进行实验；多个远程硬件实验单元与远端服务器连接，远程硬件实验单元根据学生终端的命令执行实验操作。

该附图所示的具体实施方式中，基于硬件实验平台的远程云端实验系统包括：多个学生终端1、远端服务器2、一个或多个教师终端3和多个远程硬件实验单元4。其中，多个学生终端1用于向学生提供进行远程实验的窗口；远端服务器2与所述学生终端1连接，远端服务器2用于供所述学生终端1接入从而进行远程实验；教师终端3与所述远端服务器2连接，教师终端3用于向教师提供管理学生进行远程实验的窗口；远程硬件实验单元4与所述远端服务器2连接，远程硬件实验单元4用于根据所述学生终端1的操作指令执行相关实验。本实用新型的具体实施例中，所述远端服务器2通过所述USB总线与所述远程硬件实验单元4连接；所述学生终端1为台式计算机或移动终端；所述移动终端为智能手机、平板电脑和便携式计算机中的一种；所述教师终端3为台式计算机或移动终端，所述移动终端为智能手机、平板电脑和便携式计算机中的一种；所述远端服务器2通过互联网与所述学生终端1、所述教师终端3连接。

参见图1，学生能够获得真实的实验结果，远程实验结果与本地实验结果完全一致，学生不必专程去实验室做实验，不仅方便了学生，又节约了学校的实验室资源，能够随时随地开展实验，提高了实验设备的使用效率，降低了实验成本；另外，教师通过接入设备接入远端服务器后，可以有效管理、指导学生进行实验，并及时了解学生的实验情况，从而更加针对性地进行教学。

图2为本实用新型具体实施方式提供的一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统的实施例二的结构示意图，如图2所示，远端服务器和远程硬件实验单元之间设置有集线器(HUB)，从而扩展远端服务器的接入端口。

该附图所示的具体实施方式中，远程云端实验系统还包括集线器5。其中，集线器5设置在所述远端服务器2和所述远程硬件实验单元4之间，集线器5用于扩展所述远端服务器2的接入端口，以便多个所述远程硬件实验单元4接入远端服务器2。本实用新型的具体实施例中，接入端口可以为USB(通用串行总线)端口、网络端口(IP Port)等。

参见图2，利用集线器扩展远端服务器的接入端口，从而实现多个远程硬件实验单元能够接入远端服务器，从而满足学生的各种实验需求，扩大本实用新型的使用范围。

图3为本实用新型具体实施方式提供的一种实验板卡的结构示意图，如图3所示，每个所述远程硬件实验单元包括多个实验板卡和一个显示屏，其中，每个实验板卡具体包括ARM(Advanced RISC Machines)控制器和FPGA(Field-Programmable Gate Array)电路板。

该附图所示的具体实施方式中，每个所述远程硬件实验单元4包括多个实验板卡41和一个显示屏42。每个所述实验板卡41具体包括ARM控制器411和FPGA电路板412。其中，ARM控制器411与所述远端服务器2连接，ARM控制器411用于执行所述操作指令；FPGA电路板412与所述ARM控制器411连接，FPGA电路板412用于在所述ARM控制器411的控制下执行相关实验；显示屏42与所述实验板卡41连接，显示屏42用于显示所述实验板卡41的操作状态。本实用新型的具体实施例中，每个所述远程硬件实验单元4可以包括7～14个所述实验板卡41。

参见图3，实验室管理人员可以通过显示屏观看实验板卡的操作状态，还可以通过显示屏对实验板卡进行调试；一个远程硬件实验单元包括7个以上实验板卡，节省实验室的空间，提高空间利用效率，从而可以在相同实验室内放置更多的实验板卡，允许大量同学同时进行实验。

图4为本实用新型具体实施方式提供的ARM控制器与FPGA电路板的连接关系图，如图4所示，ARM控制器411具有USB端口，ARM控制器411与FPGA电路板412的端口连接，这些端口包括I/O端口、时钟端口等，从而进行数据/地址写入，数据读取，命令、配置信息写入等操作，学生终端1的实验操作转化成控制指令，通过网络传送到远端服务器2，最终由ARM控制器411控制FPGA电路板412执行实验操作。

本实用新型提供一种基于硬件实验平台的远程云端实验系统，学生通过接入设备访问远端服务器，服务器与多个实验机柜连接，接入设备通过远端服务器操作实验机柜，实验机柜的执行结果通过远端服务器反馈给接入设备，从而完成预定实验，学生能够获得真实的实验结果，远程实验结果与本地实验结果完全一致，学生不必专程去实验室做实验，不仅方便了学生，又节约了学校的实验室资源，能够随时随地开展实验，提高了实验设备的使用效率，降低了实验成本；另外，教师通过接入设备接入远端服务器后，可以有效管理、指导学生进行实验，并及时了解学生的实验情况，从而更加针对性地进行教学。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。