呂 強(qiáng)， 高慧敏， 吳晨曦

(杭州電子科技大學(xué) 自動化學(xué)院，浙江 杭州 310018)

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基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

呂 強(qiáng)， 高慧敏， 吳晨曦

(杭州電子科技大學(xué) 自動化學(xué)院，浙江 杭州 310018)

當(dāng)前實(shí)驗(yàn)裝置的可利用數(shù)量少與所需訓(xùn)練的學(xué)生人數(shù)多的矛盾，以及實(shí)驗(yàn)裝置利用時間短與學(xué)生課余時間長的矛盾，使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際效果不理想。針對上述問題，在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了一種遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，通過遠(yuǎn)程登錄、時間片分配、虛擬仿真、模式切換、物理實(shí)驗(yàn)，實(shí)時狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等現(xiàn)代信息技術(shù)，使學(xué)生得到充分的動手訓(xùn)練，進(jìn)而解決上述問題。以“微型機(jī)器人與C51應(yīng)用”課程實(shí)驗(yàn)為例，闡述了遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)、系統(tǒng)的架構(gòu)和功能，介紹了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，給出了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用模式。

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 虛擬仿真； 物聯(lián)網(wǎng)

0 引 言

現(xiàn)代信息技術(shù)的快速發(fā)展，已經(jīng)極大地促進(jìn)了傳統(tǒng)教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變[1]。各個高校都已建成了數(shù)字化校園，并在此基礎(chǔ)上，采用各種信息技術(shù)手段提高教學(xué)效果，如：Blackboard網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺[2]，ATutor網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)管理平臺等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進(jìn)行輔助教學(xué)[3]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為現(xiàn)代教學(xué)的重要組成部分，主要目的是讓學(xué)生能夠通過實(shí)際的動手操作來更好地理解課堂上所講的知識，從而做到理論聯(lián)系實(shí)際提高教學(xué)效果[4]。但是，由于實(shí)驗(yàn)裝置的成本問題以及學(xué)生選課人數(shù)的不確定性，實(shí)驗(yàn)裝置不會購置很多，造成在規(guī)定的時間內(nèi)，大部分的同學(xué)沒有獲得充足的時間進(jìn)行操作[5]。在另一方面，由于實(shí)驗(yàn)室的封閉式管理使得實(shí)驗(yàn)裝置在課余時間處于閑置狀態(tài)，盡管學(xué)生們有很多的課后學(xué)習(xí)時間，但卻不能操作實(shí)驗(yàn)裝置，也就沒有得到充分的時間進(jìn)行動手訓(xùn)練，對于課程知識的理解仍然停留在理論階段和初淺的操作階段，使得教學(xué)效果沒有得到明顯的改善[6]。為解決實(shí)驗(yàn)教學(xué)中出現(xiàn)的問題和矛盾，現(xiàn)代信息技術(shù)和各種信息化平臺的出現(xiàn)和發(fā)展，提供了改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的機(jī)遇[7]。本文將以“微型機(jī)器人與C51應(yīng)用”課程為例，對基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行研究。

1 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目的在于通過實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生更深刻地了解課堂上所講的知識[8]。而實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)主要是通過給定實(shí)驗(yàn)任務(wù)，操作實(shí)驗(yàn)裝置，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用圖像和表格的方式展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。當(dāng)前的教學(xué)方式是教師講、學(xué)生聽，學(xué)生操作，教師監(jiān)督。教學(xué)模式是在一個固定的時間內(nèi)，將教學(xué)班級的學(xué)生分成多個小組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置的數(shù)量，通常由4或5名學(xué)生組成一個小組共用一臺實(shí)驗(yàn)裝置，如果實(shí)驗(yàn)裝置數(shù)量有限，則可能由10名左右學(xué)生組成一個小組[9]。

例如：在“微型機(jī)器人與C51應(yīng)用”這門課上，我系共有20臺微型機(jī)器人，但在2014年所選這門課程的學(xué)生人數(shù)一個班級是47人，另一個班級是70人。結(jié)果就是對于第一個班級平均2-3人共用1臺微型機(jī)器人，而另一個班級平均4人共用1臺微型機(jī)器人。每次上課為2個課時，其中一個課時為理論知識的講解，另一個課時是給定任務(wù)動手實(shí)驗(yàn)。在同樣的操作時間范圍內(nèi)，對于4人1組的班級，大部分同學(xué)沒有足夠的時間進(jìn)行練習(xí)。另外，由于訓(xùn)練時間短，很多同學(xué)沒有能夠掌握微型機(jī)器人的操作技巧，常常帶電插拔使程序下載線損壞，隨意的調(diào)節(jié)微型機(jī)器人電機(jī)的零點(diǎn)，導(dǎo)致電機(jī)損壞等等，增加了實(shí)驗(yàn)裝置的管理和維護(hù)成本[10]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在“微型機(jī)器人與C51應(yīng)用”這門課程上實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)，主要是指在校園網(wǎng)環(huán)境下，學(xué)生可以利用課余的時間，在沒有教師的監(jiān)督下，而僅僅通過信息系統(tǒng)的自動管理功能，根據(jù)學(xué)號和姓名登錄，完成微型機(jī)器人的遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)。例如：在規(guī)定的時間片內(nèi)，學(xué)生首先根據(jù)課程所講的知識，自己設(shè)定任務(wù)，完成程序的編寫，然后將所寫的任務(wù)程序與服務(wù)器端的系統(tǒng)服務(wù)通信，系統(tǒng)首先在虛擬的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測試，從而讓學(xué)生了解程序運(yùn)行的結(jié)果，查看虛擬實(shí)驗(yàn)返回的數(shù)據(jù)和圖像，驗(yàn)證虛擬實(shí)驗(yàn)是否成功。如果測試成功，得到系統(tǒng)的認(rèn)可和學(xué)生的認(rèn)可后，則系統(tǒng)能根據(jù)學(xué)生的要求切換到物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，簡單地修改程序配置文件的地址，即可平滑地將所寫程序與物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的服務(wù)通信，進(jìn)而控制微型機(jī)器人，實(shí)時觀測實(shí)驗(yàn)測試的結(jié)果，接受實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并能動態(tài)地改變參數(shù)的設(shè)置，從而可以更深刻地了解機(jī)器人的各種控制功能，也對課堂所講的機(jī)器人控制方法有了更深的理解。因此，可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并不是取代傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，而是利用信息化手段對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的有益補(bǔ)充，并具有以下特點(diǎn)：

(1)采用課內(nèi)時間與課余時間相結(jié)合的方式，使學(xué)生得到充分的訓(xùn)練。在“微型機(jī)器人與C51應(yīng)用”這門課的正常教學(xué)計劃中，每次上課2個學(xué)時，第一個學(xué)時講解所需掌握的基本知識，第二個學(xué)時由學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，完成教師指定的任務(wù)，如：軌跡跟蹤，避障，模擬交通系統(tǒng)等等。由于訓(xùn)練時間短，正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)時間不能夠滿足學(xué)生的基本要求。因此，學(xué)生可以利用自己的課余時間，采用遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，通過物聯(lián)網(wǎng)，控制微型機(jī)器人，完成課堂上的任務(wù)要求，也可以自己設(shè)定任務(wù)，觀測和記錄實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。

(2)靈活的時間安排，適應(yīng)不同選課情況下的學(xué)生。每個學(xué)生的選課安排是不同的，這也就造成了每個學(xué)生的課余時間不同。缺點(diǎn)就是不能夠統(tǒng)一安排，增加實(shí)驗(yàn)時間。但好處是，不會出現(xiàn)同一時間段，學(xué)生們大量進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生的時間安排也更加靈活。因此，也就適應(yīng)不同選課情況的學(xué)生。另外，每次學(xué)生登錄進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，僅給出45 min時間片供學(xué)生使用(在沒有后續(xù)學(xué)生等待的情況，系統(tǒng)可以自動增加實(shí)驗(yàn)時間安排)。這就促使學(xué)生需要抓緊時間，強(qiáng)化自己的訓(xùn)練，完成自己的程序操作。

(3)虛擬實(shí)驗(yàn)操作可降低實(shí)驗(yàn)裝置的維護(hù)成本。在遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)過程中，一個重要的環(huán)節(jié)是，學(xué)生編寫的程序需要在虛擬仿真環(huán)境中運(yùn)行，即在虛擬環(huán)境中控制微型機(jī)器人操作，驗(yàn)證程序的正確性。正確性主要包含2個含義：一是程序能夠正常地運(yùn)行，而不會對微型機(jī)器人產(chǎn)生損壞作用；另一個是程序能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)生自己設(shè)定的任務(wù)。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要對程序是否會對微型機(jī)器人產(chǎn)生損壞作用進(jìn)行判斷，如：機(jī)器人是否會運(yùn)動到邊界外，加載程序是否符合機(jī)器人的正常邏輯操作等等。如果程序正確性得到驗(yàn)證，則可以直接加載到真實(shí)的微型機(jī)器人上，完成給定的任務(wù)操作。因此，虛擬實(shí)驗(yàn)的方式有效地降低了實(shí)驗(yàn)裝置的維護(hù)成本。

(4)在學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)問題，尋找解決問題的方案。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作環(huán)境是在物聯(lián)網(wǎng)中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中會遇見一些控制問題，從而沒有完成設(shè)定的任務(wù)，這就促使學(xué)生思考問題產(chǎn)生的來源，通過查詢書籍或通過網(wǎng)絡(luò)尋找解決問題的方案。然后，更改自己的任務(wù)解決方案，重新開始實(shí)驗(yàn)。同時通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)操作，觀察實(shí)驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，非常利于對課堂所講知識的理解和掌握，也能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，便于參加其他科研活動，提高學(xué)生視野和對問題解決方式的見解等等。

3 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框架設(shè)計和技術(shù)實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)依托校園網(wǎng)絡(luò)，將客戶端、管理端以及實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)服務(wù)連接起來。在客戶端，學(xué)生可以登錄實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)服務(wù)器，并建立自己的服務(wù)程序。在管理端，管理人員可以設(shè)定學(xué)生的權(quán)限、設(shè)定系統(tǒng)工作的時間段以及分配學(xué)生使用的時間。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)服務(wù)器是遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的核心，主要完成虛擬仿真及微型機(jī)器人的實(shí)際控制。數(shù)據(jù)中心主要用來存儲學(xué)生的登錄信息和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。

圖1顯示的是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)備連接圖，這是遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作的核心部分，主要包括：控制節(jié)點(diǎn)和無線節(jié)點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)場地和微型機(jī)器人以及攝像機(jī)?？刂乒?jié)點(diǎn)通過無線節(jié)點(diǎn)發(fā)出運(yùn)動指令，微型機(jī)器人接受并執(zhí)行指令，由攝像機(jī)采集微型機(jī)器人運(yùn)動圖像，并傳回控制節(jié)點(diǎn)。具體來說：

(1)身份驗(yàn)證和服務(wù)提供。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)服務(wù)器首先提供遠(yuǎn)程登錄學(xué)生的身份認(rèn)證，主要采用課程學(xué)習(xí)的學(xué)生姓名和學(xué)號，如果認(rèn)證通過，則提供控制節(jié)點(diǎn)運(yùn)行地址及在該節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行的系統(tǒng)服務(wù)，包括仿真系統(tǒng)服務(wù)地址和物理系統(tǒng)服務(wù)地址，并分配用戶服務(wù)鏈接時間[11]。

圖1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備連接圖

(2)虛擬仿真和物理控制。在控制節(jié)點(diǎn)中，不但要運(yùn)行虛擬仿真服務(wù)，也要運(yùn)行實(shí)際微型機(jī)器人控制服務(wù)，由于所有服務(wù)采用的統(tǒng)一定義模型，使得用戶可以在客戶端自己編寫任務(wù)程序(服務(wù))，并用任務(wù)服務(wù)根據(jù)實(shí)驗(yàn)服務(wù)器給出的控制節(jié)點(diǎn)地址，和在該節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行的系統(tǒng)服務(wù)通信，從而實(shí)現(xiàn)客戶程序的加載。在虛擬仿真環(huán)境中，學(xué)生編寫的服務(wù)在實(shí)現(xiàn)自己的功能任務(wù)時，還需要調(diào)用控制節(jié)點(diǎn)中的圖像服務(wù)，該服務(wù)可以把仿真環(huán)境的圖像返回到客戶端，便于學(xué)生動態(tài)觀察微型機(jī)器人的仿真運(yùn)行情況，如果在仿真運(yùn)行中，故障服務(wù)沒有返回錯誤值的話，則將在控制節(jié)點(diǎn)中運(yùn)行的物理系統(tǒng)服務(wù)地址告訴學(xué)生。在物理實(shí)現(xiàn)環(huán)境中，學(xué)生編寫的服務(wù)無需更改代碼，僅在XML文件中把給出的物理系統(tǒng)服務(wù)地址替換仿真系統(tǒng)服務(wù)運(yùn)行的地址，然后就可以動態(tài)觀察實(shí)際的微型機(jī)器人的運(yùn)行情況。

(3)微型機(jī)器人的執(zhí)行和運(yùn)動監(jiān)控。微型機(jī)器人的主要控制器不具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，所以對于微型機(jī)器人主要接收簡單的控制指令，如：兩個輪子的電機(jī)控制信號。并且反饋當(dāng)前的狀態(tài)信息，如：紅外檢測距離。微型機(jī)器人的運(yùn)動速度和位置主要通過場地的監(jiān)視器獲取的運(yùn)動圖像由服務(wù)器進(jìn)行評估，此外，監(jiān)視器也將微型機(jī)器人的運(yùn)行情況報告給控制節(jié)點(diǎn)中的圖像服務(wù)，這樣就可以通過訪問圖像服務(wù)獲取微型機(jī)器人的實(shí)時運(yùn)動信息。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的管控軟件由：仿真系統(tǒng)服務(wù)模塊、物理系統(tǒng)服務(wù)模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、登錄管理模塊、以及系統(tǒng)管理模塊等5個模塊組成，如圖2所示。

圖2 管控軟件功能模塊

(1)仿真系統(tǒng)服務(wù)模塊和物理系統(tǒng)服務(wù)模塊。這兩個服務(wù)模塊都是基于Microsoft Robotics Studio 中的DSS服務(wù)體系建立的。隸屬于這兩個模塊的服務(wù)，無論是系統(tǒng)服務(wù)還是自定義的服務(wù)，都要準(zhǔn)守相同的服務(wù)結(jié)構(gòu)定義，如圖3所示。其中Service Identifier 是服務(wù)標(biāo)識符而Contract Identifier 是該服務(wù)類型具體事例的標(biāo)示符，State是服務(wù)的狀態(tài)，Main Port是服務(wù)接收事件的端口，Service Handlers是事件處理接口，Partners是能夠和該服務(wù)通信的其它服務(wù)標(biāo)識符，Notifications是該服務(wù)返回信息的端口。在仿真系統(tǒng)服務(wù)模塊和物理系統(tǒng)服務(wù)模塊都運(yùn)行在控制節(jié)點(diǎn)中，但具體的通信端口不同，因此，每個模塊運(yùn)行的具體地址也就不同，根據(jù)地址就可以確定是訪問仿真系統(tǒng)服務(wù)模塊中的服務(wù)還是物理系統(tǒng)服務(wù)模塊的服務(wù)。根據(jù)服務(wù)的定義，在客戶端可以開發(fā)的服務(wù)例子如圖4所示。在圖4左半部分，輸入系統(tǒng)給出的地址和端口，可以列出當(dāng)前系統(tǒng)中的活動服務(wù)，建立和服務(wù)活動的通信關(guān)系，就可以控制微型機(jī)器人運(yùn)動，圖4的右半部分顯示機(jī)器人的運(yùn)動軌跡。

圖3 系統(tǒng)服務(wù)結(jié)構(gòu)

圖4 具體的服務(wù)實(shí)例

(2)數(shù)據(jù)管理模塊。數(shù)據(jù)管理模塊的主要功能是維護(hù)數(shù)據(jù)庫的操作。如：上課學(xué)生的基本信息，登錄信息，實(shí)驗(yàn)時間和權(quán)限設(shè)定等等。通過數(shù)據(jù)管理模塊，管理人員可以獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從而了解系統(tǒng)的使用情況，對于制定新的管理計劃及完善遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐[12]。

(3)登錄管理模塊。登錄管理模塊的主要功能是就是根據(jù)學(xué)生登錄的信息調(diào)用數(shù)據(jù)管理模塊獲得相應(yīng)學(xué)生的數(shù)據(jù)，在匹配成功后，根據(jù)當(dāng)前控制節(jié)點(diǎn)的分配情況，給出該學(xué)生可以調(diào)用的仿真系統(tǒng)服務(wù)地址，這樣學(xué)生就可以在其自定義服務(wù)的配置文件XML中，放入仿真系統(tǒng)服務(wù)地址，然后編譯自己的服務(wù)就可以建立仿真系統(tǒng)服務(wù)模塊的通信鏈接，通過調(diào)用仿真系統(tǒng)中的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)自己設(shè)定的任務(wù)。相似的，如果自己的服務(wù)安全性得到保證，也可以同樣地調(diào)用物理系統(tǒng)中的服務(wù)，完成物理實(shí)驗(yàn)。

(4)系統(tǒng)管理模塊。系統(tǒng)管理模塊的主要功能是統(tǒng)一協(xié)調(diào)其它模塊，包括開啟仿真系統(tǒng)服務(wù)，物理系統(tǒng)服務(wù)，設(shè)定相應(yīng)工作地址，并且存入到數(shù)據(jù)庫中。調(diào)用數(shù)據(jù)管理模塊完成數(shù)據(jù)的操作，控制登錄管理模塊完成系統(tǒng)開放時間的設(shè)定等等。

4 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用模式

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用本地管理和遠(yuǎn)程登錄管理相結(jié)合的管理模式[13]。本地管理主要在于實(shí)驗(yàn)場地的維護(hù)，微型機(jī)器人系統(tǒng)的維護(hù)，服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫的維護(hù)，包括日常的系統(tǒng)初始化，設(shè)備調(diào)試、突發(fā)情況處理等等[14]。遠(yuǎn)程登錄管理主要是實(shí)驗(yàn)管理人員通過網(wǎng)絡(luò)管理終端設(shè)定學(xué)生的權(quán)限，統(tǒng)計學(xué)生使用系統(tǒng)的次數(shù)和頻率，了解系統(tǒng)的負(fù)荷并合理的設(shè)置時間片，以及根據(jù)課程的時間安排設(shè)定系統(tǒng)使用的時間段[15]。因此，實(shí)驗(yàn)室管理人員1名負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的本地管理，而任課教師負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程登錄管理[16]。應(yīng)用模式主要包括：①通過校園網(wǎng)，使用姓名和學(xué)號的方式登錄遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，這樣就可以建立服務(wù)器和客戶端的安全鏈接，容許學(xué)生編寫的程序加載到服務(wù)器中。②遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用的是Windows的CCR/DSS技術(shù)，在安全鏈接的情況下，允許學(xué)生在客戶端建立的服務(wù)(即實(shí)現(xiàn)操作的功能命令集合)，并調(diào)用系統(tǒng)服務(wù)，通過消息/事件方式，給服務(wù)器中虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的微型機(jī)器人發(fā)布控制事件。③虛擬環(huán)境中的微型機(jī)器人將根據(jù)接收到的事件，執(zhí)行任務(wù)操作，并返回消息到客戶端服務(wù)程序，告訴客戶端事件是否得到正確的執(zhí)行，同時可視化界面，也使學(xué)生能夠?qū)崟r查看自己建立的服務(wù)使用情況。④如果服務(wù)正常使用而不會使虛擬環(huán)境下的微型機(jī)器人產(chǎn)生危險動作，則系統(tǒng)授權(quán)該服務(wù)可以控制實(shí)際場地的微型機(jī)器人，虛擬模式可以切換到物理模式。⑤系統(tǒng)可以將學(xué)生建立的服務(wù)程序鏈接到真實(shí)微型機(jī)器人的控制服務(wù)節(jié)點(diǎn)中，這樣該服務(wù)就可以控制實(shí)際微型機(jī)器人運(yùn)動，客戶端也可以實(shí)時查看運(yùn)動情況，收集數(shù)據(jù)并理解課程上所講述的基本知識。⑥定期維護(hù)，由于使用量大和網(wǎng)絡(luò)的不可確定因素，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)需要在每個月末，維護(hù)一次，用來維修和處理系統(tǒng)的錯誤，統(tǒng)計學(xué)生的使用情況。

5 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是在“微型機(jī)器人與C51應(yīng)用”多年教學(xué)的基礎(chǔ)上，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生反饋，以及日益增加維護(hù)成本的壓力下研發(fā)的。該系統(tǒng)能夠利用現(xiàn)代的信息化技術(shù)，在學(xué)校已有的網(wǎng)絡(luò)和教學(xué)平臺的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，解決了當(dāng)前教學(xué)實(shí)驗(yàn)中面臨的問題。不但可使學(xué)生能夠更好地理解課堂上講授的知識，增強(qiáng)了動手能力，而且也調(diào)動了學(xué)生的積極性，對其他課程的學(xué)習(xí)也起到了重要的幫助作用，促使學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識，同時降低了實(shí)驗(yàn)裝置的維護(hù)成本。

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On Remote Experiment Systems Based on Cyber-Physical Networks

LüQiang,GAOHui-min,WUChen-xi

(School of Automation, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China)

As a format linking the theory with practice, experiment teaching is an important part of the modern teaching in the colleges and universities. Enough practice time is a precondition of the successful experiment teaching. However, on one hand, the number of experimental apparatus is smaller, but the number of students is higher. On the other hand, the time of using the experimental apparatus is limited, but the spare time of students is enough. The real effect of experiment teaching is not perfect. In order to deal with the aforementioned issues, based on the cyber-physical networks, a remote experiment system is proposed, where the modern information technologies, such as remote access, time allocation, virtual simulation, model switching, physical experiment, state monitoring, and data sampling are employed. According to the course Micro-robot and C51 application, the characteristics, structure, and functions of the proposed system are illustrated. Moreover, the main technologies in the proposed systems are described and the application format is also given.

remote experiment; experiment teaching; virtual simulation; cyber-physical networks

2015-04-05

國家自然科學(xué)基金項目(61375104)；杭州電子科技大學(xué)高教研究課題(XXYB1310)

呂 強(qiáng)(1977-)，男，遼寧撫順人，博士，副教授、研究方向?yàn)樾畔⒒虒W(xué)資源開發(fā)與應(yīng)用，多機(jī)器人合作控制。

Tel.：13819139153; E-mail：lvqiang@hdu.edu.cn

G 40-057

A

1006-7167(2016)05-0114-04