本发明专利技术提出了一种基于物联网的理科实验教学系统，包括：物联网传感单元、物联网路由单元和物联网服务器单元；物联网传感单元用于实时测量实验过程的待测变量，将测量的数据转换为数据帧发送给物联网路由单元；物联网路由单元用于接收物联网传感单元发送的数据帧，并将数据帧转换为数据指令发送给物联网服务器单元；物联网服务器单元包括网络数据库和软件程序；网络数据库系统用于存储数据指令中的数据；软件程序用于对网络数据库中的数据进行实时查询、分析、筛选、图形化显示和实验报告的填写。本发明专利技术基于物联网技术，支持多用户访问，不受时间和地理位置局限，可弹性分配计算资源，具有测量准确、数据传输高效等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及实验教学应用领域，尤其涉及一种基于物联网的理科实验教学系统及 其工作方法。
技术介绍
物联网是利用新一代信息技术，将传感器等物品与互联网连接起来，进行信息交 换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网也被称为继计算 机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。刘佳，刘柏全，宋铁成，沈连丰在2010 年12月《电气电子教学学报》发表的论文《一种物联网教学实验系统的设计与实现》中采用 RFID标签技术设计和开发了智能物流和智能医护应用系统。刘佳等（2010)的论文中搭建 的物联网教学系统，适用于物流和医护领域，不是面向中学理科实验教学领域。2008年东北 师范大学冯国松的硕士毕业论文《"中学理科仿真实验系统"的研宄与设计》采用虚拟现实 技术设计和开发了中学理科实验仿真软件实验平台。冯国松（2008)论文中的实验系统可 以模拟中学理科的实验过程，用户只需要在电脑上操作就可以在虚拟仿真环境下完成实验 操作步骤。但此实验系统无法从真实世界采集和获取实验数据，所有操作都是在软件中完 成，也不具备物联网的架构体系，无法为学习者提供真实、有效的理科实验教学服务。
技术实现思路
本专利技术克服了现有物联网技术的应用瓶颈，面向理科实验教学领域，设计了物联 网路由器及其专有令牌通讯协议和专有物联网路由通讯协议，实现了理科实验数据的实时 采集、快速传输、网络存储、实时查询和图形化显示、实验数据分析和实验报告填写等功能， 提出了。 本专利技术提出了一种基于物联网的理科实验教学系统，包括：物联网传感单元、物联 网路由单元和物联网服务器单元；其中，所述物联网传感单元与所述物联网路由单元建立 连接，用于实时测量实验过程的待测变量，将测量的数据转换为数据帧发送给所述物联网 路由单元；所述物联网路由单元分别与所述物联网传感单元和所述物联网服务器单元建立 连接，用于接收所述物联网传感单元发送的所述数据帧，并将所述数据帧转换为数据指令 发送给所述物联网服务器单元；所述物联网服务器单元包括网络数据库和软件程序；所述 网络数据库系统用于存储所述数据指令中的数据；所述软件程序用于对所述网络数据库中 的数据进行实时查询、分析、筛选、图形化显示和实验报告的填写。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统中，所述物联网传感单元包括一个 或一个以上物联网传感器。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统中，所述物联网路由单元包括一个 或一个以上物联网路由器。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统中，所述物联网服务器单元包括一 个或一个以上物联网服务器。 本专利技术还提出了一种基于物联网的理科实验教学系统的工作方法，包括以下步 骤： 步骤一：物联网传感单元实时测量实验过程的待测变量，将测量的数据转换为数 据帧发送给物联网路由单元； 步骤二：所述物联网路由单元接收所述物联网传感单元发送的所述数据帧，并将 所述数据帧转换为数据指令发送给物联网服务器单元，所述数据帧由帧起始、数据和帧结 束组成； 步骤三：所述物联网服务器单元接收所述数据指令，并将所述数据指令中的数据 实时存储到所述物联网服务器单元的网络数据库中，所述数据指令由指令起始、数据发送 方地址码、数据和指令结束组成； 步骤四：通过所述物联网服务器单元的软件程序对所述网络数据库中的数据进行 实时查询、分析、筛选、图形化显示和实验报告的填写。本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统的工作方法中，所述物联网传感单 元接收到所述物联网路由单元发送的控制帧后，向所述物联网路由单元发送所述数据帧。本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统的工作方法中，所述控制帧由帧起 始、令牌和帧结束组成。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统的工作方法中，所述物联网路由单 元接收到所述物联网服务器单元发送的控制指令后，向所述物联网服务器单元发送所述数 据指令。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统的工作方法中，所述控制指令由指 令起始、指令接收方地址码、指令内容和指令结束组成。本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统的工作方法中，所述物联网传感单 元采用专有的令牌通讯协议接收所述物联网路由单元发送来的控制帧，并通过所述物联网 路由单元向所述物联网服务器单元传送测量数据。所述专有令牌通讯协议用于实现所述物 联网传感单元和所述物联网路由单元的控制帧和数据帧的发送与接收。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统的工作方法中，所述物联网路由单 元采用专有的物联网路由通讯协议向所述物联网服务器单元转发所述物联网传感单元测 量的数据。所述专有物联网路由通讯协议用于实现物联网路由单元和物联网服务器单元的 控制指令和数据帧的发送与接收。本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统及其工作方法中，所述物联网服务 器单元用于分配计算资源，接收所述物联网路由单元转发的测量数据，将测量数据实时存 储到所述物联网服务器单元的网络数据库系统中，通过实验软件程序实现实验数据的实时 查询、筛选、图形化显示、实验数据分析和实验报告的填写。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统及其工作方法中，所述步骤三中， 所述软件程序将所述数据以采集时间和待测变量的测量数值的数据格式存储到网络数据 库中。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统及其工作方法中，所述步骤四包括 如下步骤： 步骤a:所述软件程序的人机界面通过仪表盘的形式图形化显示所述待测变量的 测量数值； 步骤b :所述软件程序的人机界面通过数据表格的形式显示所述待测变量的测量 数值； 步骤c:所述软件程序的人机交互界面上呈现理科实验的教学知识； 步骤d:用户通过所述软件程序的人机界面填写实验报告； 步骤e:用户通过所述软件程序的人机界面提交所述实验报告，所述实验报告被 保存于所述网络数据库系统中。 本专利技术中的软件程序可以通过仪表盘的形式呈现理科实验的待测变量的测量数 据，以图形化的方式进行数据可视化，从而促进用户理解和学习相关理科实验知识。同时， 此软件程序可以填写实验报告和保存到数据库，方便任课教师批改实验报告，提高教学效 率。 本专利技术提出的基于物联网的理科实验教学系统及其工作方法，能实时采集各种理 科实验数据，具有快速传输、网络存储、实时查询和图形化显示、专有令牌通讯协议、专有物 联网路由协议、实验数据分析、实验报告填写、低功耗等优点。【附图说明】 图1为本专利技术基于物联网的理科实验教学系统的结构示意图。图2为本专利技术基于物联网的理科实验教学系统工作方法的流程图。【具体实施方式】 结合以下具体实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明。实施本专利技术的过程、 条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发 明没有特别限制内容。 图1中，1-物联网传感单元，11-物联网传感器，2-物联网路由单元，21-物联网路 由器，3-物联网服务器单元，31-物联网服务器。 如图1所示，本专利技术提出了一种基于物联网的理科实验教学系统，包括：物联网传 感单元1、物联网路由单元2和物联网服务器单元3。 其中，物联网传感单元1与物联网路由单元2建立连接，用于实时测量实验过程的 待测变量，将测量的数据转换为数据帧发送给物联网路由单元2。物联网路本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于物联网的理科实验教学系统，其特征在于，包括：物联网传感单元(1)、物联网路由单元(2)和物联网服务器单元(3)；其中，所述物联网传感单元(1)与所述物联网路由单元(2)建立连接，用于实时测量实验过程的待测变量，将测量的数据转换为数据帧发送给所述物联网路由单元(2)；所述物联网路由单元(2)分别与所述物联网传感单元(1)和所述物联网服务器单元(3)建立连接，用于接收所述物联网传感单元(1)发送的所述数据帧，并将所述数据帧转换为数据指令发送给所述物联网服务器单元(3)；所述物联网服务器单元(3)包括网络数据库和软件程序；所述网络数据库系统用于存储所述数据指令中的数据；所述软件程序用于对所述网络数据库中的数据进行实时查询、分析、筛选、图形化显示和实验报告的填写。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：薛耀锋，苏小兵，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。