用户可编程控制系统网络实验室的研究与开发

摘要

实验教学是许多学科特别是理工科教学中的重要环节之一。随着计算机技术和网络通信技术的快速发展，充分利用计算机资源的网络虚拟实验室成为解决传统实验受时间、地点、设备制约的现状，提高实验教学质量的重要选择。为此，本文在福建省教育厅——“自动控制系统网络实验平台”课题前期研究工作的基础上，开发并完善了用户可编程控制系统网络实验室。 本文首先研究分析了基于LabWindows/CVI平台的网络虚拟实验室的框架结构及其主要功能。然后，针对网络虚拟实验室的不同通信功能需求，创新性地将TCP/IP和DataSocket两种技术优势互补，综合应用，实现了网络虚拟实验室真正意义上的高效、可靠和实时运行；详细介绍了如何充分利用Microsoft Access与SQL Toolkit建立数据库管理系统，实现对每个学生的实验时间、实验记录、实验数据等的管理。 其次，选用C8051F310单片机作为系统的下位机，设计了一块通用、体积小、速度快的数据采集和控制模块并对其进行了调试。详细介绍了如何利用单片机的ISP技术，使学生可在客户端通过网络对服务器端(实验室)的单片机进行远程在系统编程，然后完成所需的控制实验。再次，本文提出了一种新的实现方案——将网络实验室的控制器设置在客户端，并对此方案存在的网络延时问题进行了分析。 最后，对课题进行了总结，并提出了一些关于实现单片机ISP技术和网络延时的改进建议。 本文深入系统地对设计方案进行了开发并投入运行，实际运行结果表明：系统硬件设计合理，软件功能完善，操作、维护方便，运行可靠，能很好地满足设计型和开放型实验教学要求，成功解决了传统实验受时间、地点、设备制约的现状。