用户可编程控制系统网络实验室的研究与开发

论文摘要

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。

论文目录

• 论文摘要
• ABSTRACT
• 第1 章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的现状
• 1.2.1 国内外的研究现状
• 1.2.2 本课题前期的研究现状
• 1.3 本课题研究的内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2 章 虚拟实验室的网络通信和数据库管理
• 2.1 TCP/IP 与 DataSocket 技术
• 2.1.1 TCP/IP 协议
• 2.1.2 DATASOCKET 技术
• 2.2 虚拟实验室的网络通信
• 2.2.1 网络虚拟实验室的网络通信构架
• 2.2.2 LABWINDOWS/CVI 环境下通信技术的实现
• 2.2.2.1 应用TCP/IP 技术的关键程序设计
• 2.2.2.2 应用DataSocket 技术的关键程序设计
• 2.3 网络实验室数据库的开发与应用
• 2.3.1 需求分析
• 2.3.2 数据库基本知识
• 2.3.3 LABWINDOWS/CVI SQL TOOLKIT
• 2.3.3.1 TABLE 控件
• 2.3.3.2 SQL Toolkit 操作过程
• 2.3.4 网络虚拟实验室的数据库实现
• 2.4 本章小结
• 第3 章 数据采集与控制模块的研制
• 3.1 系统硬件结构设计概述
• 3.2 模拟量输入通道与信号调理电路的设计
• 3.3 D/A 转换接口设计
• 3.3.1 PWM 式D/A 转换口器的基本原理
• 3.3.2 硬件设计分析
• 3.3.3 硬件电路设计
• 3.4 RS-232C 接口的实现
• 3.4.1 RS-232C 总线标准接口
• 3.4.2 硬件电路设计
• 3.5 键盘及显示电路设计
• 3.5.1 方案选择
• 3.5.2 电路原理及设计方案
• 3.6 抗干扰措施
• 3.7 测试软件设计
• 3.7.1 A/D 输入通道的测试
• 3.7.2 D/A 输入通道的测试
• 3.7.3 键盘及显示电路测试
• 3.7.4 串口的测试
• 3.8 本章小结
• 第4 章 系统可编程技术的应用
• 4.1 C8051F310 单片机的ISP 应用原理
• 4.2 上位机的设计
• 4.2.1 客户端程序设计
• 4.2.2 服务器端程序设计
• 4.2.3 上位机的串口通信
• 4.3 C8051F310 单片机实现ISP 技术的自动下载
• 4.3.1 通信协议设计
• 4.3.2 C8051F310 型单片机实现自动下载的ISP 技术
• 4.4 本章小结
• 第5 章 网络实验室的第二种设计方案
• 5.1 系统框图简化及 Smith 补偿
• 5.2 系统驱动方式和补偿的实现
• 5.3 缓冲技术及仿真
• 5.4 本章小结
• 第6 章 总结及展望
• 6.1 研究工作总结
• 6.2 进一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士期间参与的项目及发表的论文