远程实验管理控制系统的设计与实现

发布时间：2016-07-10 07:57

第一章 绪论

近年来由于国内高等院校不断扩招，导致高校学生数量急剧增加，对高等教育的资源和质量都带来了一系列的挑战。尤其是对于工程类学科来说，实验室问题尤为突出，比如因高校资金紧张，导致高校实验室不能及时更新实验设备，实验室场地数量少，学生做实验只能分批、分时复用实验设备等问题，导致学生的理论知识学习与实验验证难以同步进行。针对这些问题，很多高校就采用实验录像的方式，让学生分组观看，从而希望能让学生对那些昂贵的实验设备有一个初步的认识。但这些只能让学生“看”实验，而不能“做”实验的方式对学生的工程实践、动手操作能力的培养是非常不利的。很多学生的知识水平只局限于一些理论推导和孤立的课程知识点，严重缺乏创新能力及动手解决实际问题的能力。于是很多教育工作者及教育专家开始呼吁应当要尽可能地给学生多一些“理论结合实际”的实验平台，但是由于资金和场地问题，学校是很难满足大量学生对实验设备，特别是贵重仪器的批量购置需求。如何突破资金和场地瓶颈，使学生有足够的时间通过实验研究探索感兴趣的问题成为高等教育研究关注的焦点。

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第二章 系统的方案设计及技术分析

2.1  系统功能需求分析

通过对东华大学信息学院的实地调研，结合我院的实验管理制度及工作现状，分析整理出目标系统的管理功能性需求和系统的用户类型，除了系统管理员之外，最重要的就是实验课程管理员、实验课程教师以及学生等都会使用目标系统进行相关操作。由于工作内容的不同，每种用户的权限及操作的功能模块也是不同的，下面就根据用户类型来重点分析每种用户的功能需求 (1) 系统管理员的功能需求 系统管理员一般来说是目标系统中最重要的一个用户角色，拥有系统中最高的操作权限，其他用户角色的基本信息都由系统管理员来进行管理和维护，还需要对系统的所有数据进行维护和管理，及时发现系统可能存在的问题和故障，保障系统的运行安全。图 2-1 给出系统管理员工作职责所涵盖的六大功能模块。

2.2  远程实验管理控制系统方案架构设计

完成远程实验管理控制系统的功能需求分析是为了形成兼顾各方需求的总体方案及技术架构，由于系统的功能性需求内容繁多，同时系统功能的稳定性还需实时更新，将系统根据功能进行模块划分。合理的系统架构和模块划分会为系统的后期维护和功能扩展提供很大的灵活性。 本课题主要是以网络通信技术，Web 应用程序开发技术，ZigBee无线通信控制技术为基础，设计与开发了一个远程实验管理控制系统。系统包括远程Internet 访问模块（浏览器 Web 网页控制），Web 本地服务器模块，ZigBee 电源开关无线控制模块。图 2-5 给出系统整体方案架构。

第三章  Web 管理控制系统的设计与实现 .............. 22 

3.1  系统关键技术及相关算法原理 ............ 22
3.2  开发环境配置 ............... 32 
3.3 Web 管理控制界面的原型设计 ............... 36
第四章  ZigBee 电源开关无线控制系统的设计与实现....... 47 
4.1 ZigBee 技术 ............ 47 
4.2 ZigBee 电源开关无线控制系统模块设计 ............. 48
4.3 ZigBee 树路由协议改进算法的研究设计 .............. 50
第五章  系统测试 ............. 68
5.1 Web 管理系统测试 ......... 68 
5.2 Web 远程控制系统测试............ 76 
5.3  本章小结 ........... 82

第五章 系统测试

5.1 Web 管理系统测试

根据流程图和前面章节的功能需求分析，我们将测试四种不同角色用户下各功能实现。备注：本次实验测试由于条件的限制，我们将开发的 Web 应用程序挂载至阿里云服务器进行测试，来完成系统的基本功能。首先在浏览器地址栏输入打开东华大学远程实验管理控制系统登录界面，如图 5-2 所示。

5.2 Web 远程控制系统测试

若判断到点击的是电源系统开 BUTTON1 控件事件，即点击选择电源系统开按钮，命令将通过 Web 系统发送给本地服务器，服务器接收命令后将命令发送给 ZigBee 发送模块，ZigBee 通过路由找到实验装置电源处的 ZigBee 接收模块，ZigBee 接收模块终端节点控制电源开关，将开关闭合，LED 指示灯亮，实验装置进入工作状态，可以开始实验。测试结果如图 5-27 所示。若判断到点击的是电源系统关 BUTTON2 控件事件，即点击选择电源系统关按钮，命令将通过 Web 系统发送给本地服务器，服务器接收命令后将命令发送给 ZigBee 发送模块，ZigBee 通过路由找到实验装置电源处的 ZigBee 接收模块，ZigBee 接收模块终端节点控制电源开关，将开关断开，LED 指示灯灭，实验装置处于断电状态，学生无法进行实验。测试结果如图 5-28 所示。
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第六章 总结与展望 

本文通过对国内外大量的有关远程实验室文献的研究，详细地分析了远程实验室的设计方法，综合比较了 B/S 和 C/S 模式的优缺点。在此基础上，，设计并开发了远程实验管理控制系统，该系统主要是基于 Web 的远程实验管理和基于ZigBee 的远程实验电源系统开关的控制，分析了系统的需求，给出了系统的总体结构，主要包括: 首先对系统的整体方案进行分析，从不同用户角度分析系统的功能需求，给出系统的总体设计方案，并对系统的关键技术进行分析比较，选择满足系统功能需求的相关技术。其次对 Web 管理控制系统进行了设计。包含 Web 管理控制系统的功能分析，并对开发 Web 管理控制系统的技术进行阐述，并研究系统中用到的相关技术算法原理，将算法原理很好的应用于系统的开发中，然后对 Web 管理控制系统的页面进行设计并实现，最后对 Web 管理控制系统的数据库进行了设计，分析并实现了数据库中相关的数据表。

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参考文献（略）

本文编号：68305