智能数字化探究实验室系统

摘要

本发明公开的属于探究实验技术领域，具体为智能数字化探究实验室系统，包括数据采集单元、数据处理单元和云端服务单元，所述数据处理单元与数据采集单元连接用于对数据采集单元采集的数据进行处理，且数据处理单元通过互联网与云端服务单元连接实现云端交互，本发明通过数据采集单元能够对通风系统、给水系统、排水系统、电源系统、照明系统、传感器、监控系统多个系统的数据进行采集，实现多集成化，满足实验室的通用要求与特殊要求，同时在数据处理单元中设有考试管理模块、模拟动画模型库，能够实现云端巡考、考试过程检测的全方位考试记录，同时通过模拟动画模型库能够根据实验数据生成模拟动画，更好的对实验结果进行分析。

说明书

技术领域

本发明涉及探究实验技术领域，具体为智能数字化探究实验室系统。

背景技术

数字化探究实验室包括探究实验室设备和对实验室设备控制的实验室系统，通过实验室设备能够对学生完成实验教学，其本质为将计算机信息技术应用到理科实验中去的一种现代化实验平台。现有的实验室系统具有一定的局限性，针对化学或物理设计配套的实验室系统，但是系统并不具备实验室实验时的通用要求及特殊要求，实验室照明、通风条件、噪声控制、温度、供水、供电、安全措施、环保、环境、数字化、IT等，不能够起到系统与硬件设备完美整合的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供智能数字化探究实验室系统，以解决上述背景技术中提出的不具备实验室实验时的通用要求及特殊要求，不能够起到系统与硬件设备完美整合的效果的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：智能数字化探究实验室系统，包括数据采集单元、数据处理单元和云端服务单元，所述数据处理单元与数据采集单元连接用于对数据采集单元采集的数据进行处理，且数据处理单元通过互联网与云端服务单元连接实现云端交互，所述数据采集单元包括通风系统数据采集模块、电源系统数据采集模块、传感器数据采集模块、监控系统数据采集模块和采集数据库，所述数据处理单元包括数据处理分析模块、考试管理模块和模拟动画模型库。

优选的，所述数据采集单元与数据处理单元连接进行数据传输的方式包括无线网、USB线、串口线连接，且数据采集单元还具备扩展模块，所述扩展模块用于支持对手持分析仪数据的采集。

优选的，所述通风系统数据采集模块用于对实验室中通风系统的数据参数进行采集，且包括对实验室中有害气体和PM2.5浓度参数进行采集，所述电源系统数据采集模块用于对实验室中的总电源、实验室内的各个设备电源的电流电压数值进行采集，所述传感器数据采集模块用于对多个传感器的数据进行采集。

优选的，所述监控系统数据采集模块用于对监控系统的视频音频数据进行采集，且监控系统采用摄像头对实验室内实验环境图像与声音进行采集，所述数据采集单元还包括给水系统数据采集模块、排水系统数据采集模块、照明系统数据采集模块。

优选的，所述采集数据库用于对通风系统数据采集模块、给水系统数据采集模块、排水系统数据采集模块、电源系统数据采集模块、照明系统数据采集模块、传感器数据采集模块、监控系统数据采集模块和采集数据库的数据信息进行保存，且给水系统数据采集模块用于对实验室中的进水流量阀、进水端水质检测仪的数据进行采集，所述排水系统数据采集模块用于对排水流量阀、排水端水质检测仪的数据进行采集，所述照明系统数据采集模块用于对实验室中照明系统的各个灯体、开关状态数据进行采集。

优选的，所述数据处理单元还包括集成控制模块、权限管理模块、加密传输模块、日志报告生成模块，所述数据处理分析模块为MCU，且数据处理分析模块用于对数据采集单元中采集得到的数据信息进行数据处理，所述集成控制模块用于对通风系统、给水系统、排水系统、电源系统、照明系统、监控系统中各个零件设备工作状态进行控制，所述权限管理模块用于对从云端服务单元中登录进入数据处理单元中的用户权限进行管理，所述加密传输模块用于将数据处理单元中的数据加密传输至云端服务单元中。

优选的，所述考试管理模块中存储有考试题目模板，且考试管理模块启动时能够对传感器数据采集模块中与考试项目相关的传感器数据进行实时采集，所述模拟动画模型库用于存储力学动画模型，且模拟动画模型库中的力学动画模型用于根据输入的力学参数进行力学模拟演示，所述日志报告生成模块用于根据数据处理分析模块处理后的所采集的数据生成实验室日志、月志。

优选的，所述远端服务单元包括云存储模块和登入模块，所述云存储模块用于对数据处理单元加密传输的数据进行云端存储，且登入模块用于用户通过无线终端实现云端登录，所述登入模块同时具备对用户身份验证的功能，且用户通过登入模块能够对数据处理单元的数据进行查看。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过数据采集单元能够对通风系统、给水系统、排水系统、电源系统、照明系统、传感器、监控系统多个系统的数据进行采集，实现多集成化，能够适用于中小型研究实验室，满足实验室的通用要求与特殊要求，同时在数据处理单元中设有考试管理模块、模拟动画模型库，能够实现云端巡考、考试过程检测的全方位考试记录，同时通过模拟动画模型库能够根据实验数据生成模拟动画，更好的对实验结果进行分析，便于学生教学，使得学生在获得知识的过程中，促进学生掌握科学方法、科学思维的发展，培养科学精神。

附图说明

图1为本发明逻辑框图；

图2为本发明数据采集单元逻辑框图；

图3为本发明数据处理单元逻辑框图；

图4为本发明云端服务单元逻辑框图。

图中：1数据采集单元、2数据处理单元、3云端服务单元、4通风系统数据采集模块、5给水系统数据采集模块、6排水系统数据采集模块、7电源系统数据采集模块、8照明系统数据采集模块、9传感器数据采集模块、10监控系统数据采集模块、11采集数据库、12数据处理分析模块、13集成控制模块、14权限管理模块、15加密传输模块、16考试管理模块、17模拟动画模型库、18日志报告生成模块、19云存储模块、20登入模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：智能数字化探究实验室系统，包括数据采集单元1、数据处理单元2和云端服务单元3，数据处理单元2与数据采集单元1连接用于对数据采集单元1采集的数据进行处理，且数据处理单元2通过互联网与云端服务单元3连接实现云端交互，数据采集单元1包括通风系统数据采集模块4、电源系统数据采集模块7、传感器数据采集模块9、监控系统数据采集模块10和采集数据库11，数据处理单元2包括数据处理分析模块12、考试管理模块16和模拟动画模型库17。

数据采集单元1与数据处理单元2连接进行数据传输的方式包括无线网、USB线、串口线连接，且数据采集单元1还具备扩展模块，扩展模块用于支持对手持分析仪数据的采集，通过手持分析仪能够实现对室内及户外数字化探究实验，实现户外探究实验的扩展，且手持分析仪的数据能够被数据处理单元2进行处理，进行复杂、深度的数据分析和处理工作。

通风系统数据采集模块4用于对实验室中通风系统的数据参数进行采集，且包括对实验室中有害气体和PM2.5浓度参数进行采集，电源系统数据采集模块7用于对实验室中的总电源、实验室内的各个设备电源的电流电压数值进行采集，传感器数据采集模块9用于对多个传感器的数据进行采集。监控系统数据采集模块10用于对监控系统的视频音频数据进行采集，且监控系统采用摄像头对实验室内实验环境图像与声音进行采集，监控系统配合考试管理模块16使用，能够在考试的过程中实现前期考试安排、考题设定、中期考试录像、远程巡考的全方位考试记录，数据采集单元1还包括给水系统数据采集模块5、排水系统数据采集模块6、照明系统数据采集模块8。采集数据库11用于对通风系统数据采集模块4、给水系统数据采集模块5、排水系统数据采集模块6、电源系统数据采集模块7、照明系统数据采集模块8、传感器数据采集模块9、监控系统数据采集模块10和采集数据库11的数据信息进行保存，且给水系统数据采集模块5用于对实验室中的进水流量阀、进水端水质检测仪的数据进行采集，排水系统数据采集模块6用于对排水流量阀、排水端水质检测仪的数据进行采集，照明系统数据采集模块8用于对实验室中照明系统的各个灯体、开关状态数据进行采集。

数据处理单元2还包括集成控制模块13、权限管理模块14、加密传输模块15、日志报告生成模块18，数据处理分析模块12为MCU，且数据处理分析模块12用于对数据采集单元1中采集得到的数据信息进行数据处理，集成控制模块13用于对通风系统、给水系统、排水系统、电源系统、照明系统、监控系统中各个零件设备工作状态进行控制，权限管理模块14用于对从云端服务单元3中登录进入数据处理单元2中的用户权限进行管理，加密传输模块15用于将数据处理单元2中的数据加密传输至云端服务单元3中。

考试管理模块16中存储有考试题目模板，且考试管理模块16启动时能够对传感器数据采集模块9中与考试项目相关的传感器数据进行实时采集，模拟动画模型库17用于存储力学动画模型，且模拟动画模型库17中的力学动画模型用于根据输入的力学参数进行力学模拟演示，模拟动画模型库17支持Flash、3D max制作的动画文件，并对动画文件进行保存，通过数据采集单元采集的实验数据，数据处理单元对数据特征提取后将数值输入动画文件中，对动画文件模板数值进行更改，生成渲染模拟实验动画，更好的对实验结果进行分析，日志报告生成模块18用于根据数据处理分析模块12处理后的所采集的数据生成实验室日志、月志。

远端服务单元3包括云存储模块19和登入模块20，云存储模块19用于对数据处理单元2加密传输的数据进行云端存储，且登入模块20用于用户通过无线终端实现云端登录，登入模块20同时具备对用户身份验证的功能，且用户通过登入模块20能够对数据处理单元2的数据进行查看。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。