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1、(10)申请公布号 CN 102289961 A (43)申请公布日 2011.12.21 CN 102289961 A *CN102289961A* (21)申请号 201110265055.1 (22)申请日 2011.09.08 G09B 7/02(2006.01) (71)申请人 北京联合大学 地址 100101 北京市朝阳区北四环东路 97 号 (72)发明人 田文杰 (74)专利代理机构 北京驰纳智财知识产权代理 事务所 ( 普通合伙 ) 11367 代理人 谢亮 唐与芬 (54) 发明名称 实验课程考试系统 (57) 摘要 本发明涉及一种实验课程考试系统， 其中包 括教师机、 R。
2、S485 总线、 转换电路、 实验台 ； 教师机 连接转换电路， 转换电路通过 RS458 总线与实验 台连接。 本发明的实验课程考试系统操作简单、 自 动化高， 能用仪器检测出学生的动手能力和熟练 程度， 能测评每个学生的实践能力。 其不仅能使实 验课程达到较好的教学效果， 更能提高同学的动 手能力和解决问题的能力。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 2 页 CN 102289977 A1/1 页 2 1. 一种实验课程考试系统， 包括教师机、 RS485 总线、 转换电路、 实验台， 其特征在于 ：。
3、 教师机连接转换电路， 转换电路通过 RS458 总线与实验台连接。 2. 如权利要求 1 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 教师机包括主机、 键盘和显示 屏， 键盘和显示屏连接主机， 主机连接转换电路 ； 实验台包括万用表、 数字示波器、 信号发生 器、 双路直流稳压电源、 综合实验箱、 键盘、 显示器、 控制板 ； 键盘、 显示器、 数字万用表、 数字 示波器、 信号发生器和双路直流稳压电源均与控制板连接。 3. 如权利要求 2 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 综合实验箱、 数字万用表、 数 字示波器、 信号发生器和双路直流稳压电源均与 220V 交流电源连接。 4. 如。
4、权利要求 2 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 综合实验箱放置在实验台的 桌面上， 数字万用表、 数字示波器、 信号发生器、 双路直流稳压电源、 键盘和显示器镶嵌在实 验台的垂直板上， 控制板安装在垂直板的背面。 5. 如权利要求 3 或 4 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 控制板包括单片机 U2、 接线端口 J1、 RS485 接口、 拨码开关 S1、 RS232 接口、 AC/DC 电源转换电路 U1 和指示灯 D1 ； RS485 接口、 AC/DC 电源转换电路 U1、 拨码开关 S1、 指示灯 D1、 RS232 接口均与单片机 U2 连 接 ； 接线端口 J1 连。
5、接 RS485 接口。 6. 如权利要求 5 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： AC/DC 电源转换电路 U1 连接 220V 交流电源。 7. 如权利要求 6 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 优选的是， 指示灯镶嵌在实验 台的垂直板上。 8. 如权利要求 7 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 控制板包括至少两个 RS232 接口。 9. 如权利要求 8 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 数字万用表和数字示波器通 过不同的 RS232 接口与控制板连接。 10. 如权利要求 9 所述的实验课程考试系统， 其特征在于 ： 接线端口 J1 连接 RS485 总 线。
6、。 权 利 要 求 书 CN 102289961 A CN 102289977 A1/5 页 3 实验课程考试系统 技术领域 0001 本发明涉及一种实验课程考试系统。 背景技术 0002 目前很多应用型大学为了提高学生的就业率、 加强学生的动手能力， 都增加了对 实验课程的重视程度， 但目前面对的难题是如何对学生的实践能力进行测评。 实验过程中， 所有同学分布在不同的实验台做实验， 一部分同学做实验非常熟练， 很快就完成了， 另一部 分同学做的慢， 还有一些同学会浑水摸鱼， 但是根据现有的实验课的考试方式， 教师而很难 知晓每个学生的动手能力和熟练程度， 无法了解大家的真实情况， 故实验课也。
7、就无法得到 理想的实践教学效果。申请号为 CN200910039690.0 的中国发明专利公开了一种实验教学 考试系统， 其包括考试中央控制器、 学生操作模块、 教师操作模块和管理员操作模块。其中 考试中央控制器分别与学生操作模块、 教师操作模块、 管理员操作模块连接， 学生操作模 块、 教师操作模块、 管理员操作模块需通过授予的权限才能登陆到考试中央控制器进行操 作。该系统能客观量化反映学生的理论水平和实践动手能力， 且实验教学考试及阅卷系统 使教学和考试分离， 能使考试更加公正和客观。该发明虽能控制每个学生独自完成实验课 考试， 但其实验教学考试系统操作复杂， 且不能结合实验箱对学生进行实。
8、验课的考试测评。 发明内容 0003 本发明的目的是设计一种实验课程考试系统， 其操作简单、 自动化高， 能结合实验 箱用仪器检测出单个学生的动手能力和熟练程度， 并能对每个学生的实践能力进行测评， 起到较好的实践教学效果。 0004 为实现上述目的， 本发明提供一种实验课程考试系统， 包括教师机、 RS485 总线、 转 换电路、 实验台。教师机连接转换电路， 转换电路通过 RS458 总线与实验台连接。 0005 优选的是， 教师机包括主机、 键盘和显示屏， 键盘和显示屏连接主机， 主机连接转 换电路。实验台包括万用表、 数字示波器、 信号发生器、 双路直流稳压电源、 综合实验箱、 键 盘。
9、、 显示器、 控制板。 键盘、 显示器、 数字万用表、 数字示波器、 信号发生器和双路直流稳压电 源均与控制板连接。 0006 优选的是， 综合实验箱、 数字万用表、 数字示波器、 信号发生器和双路直流稳压电 源均与 220V 交流电源连接。 0007 优选的是， 综合实验箱放置在实验台的桌面上， 数字万用表、 数字示波器、 信号发 生器、 双路直流稳压电源、 键盘和显示器镶嵌在实验台的垂直板上， 控制板安装在垂直板的 背面。 0008 优选的是， 控制板包括单片机 U2、 接线端口 J1、 RS485 接口、 拨码开关 S1、 RS232 接 口、 AC/DC 电源转换电路 U1 和指示灯 。
10、D1。RS485 接口、 AC/DC 电源转换电路 U1、 拨码开关 S1、 指示灯 D1、 RS232 接口均与单片机 U2 连接。接线端口 J1 连接 RS485 接口。 0009 优选的是， AC/DC 电源转换电路 U1 连接 220V 交流电源。 说 明 书 CN 102289961 A CN 102289977 A2/5 页 4 0010 优选的是， 指示灯镶嵌在实验台的垂直板上。 0011 优选的是， 控制板包括至少两个 RS232 接口。 0012 优选的是， 数字万用表和数字示波器分别连接不同的 RS232 接口。 0013 优选的是， 接线端口 J1 连接 RS485 总线。
11、。 0014 优选的是， 转换电路、 RS485 接口、 RS232 接口和指示灯 D1 连接 5V 直流电源。 0015 优选的是， 单片机 U2 选用的型号为 MEGA1280。 0016 转换电路的功能是将 RS232 转换成 RS485， 电源转换电路 U1 的功能是将交流电转 换成直流 5V， 为单片机、 RS485 转换电路、 RS485 接口、 RS232 接口和指示灯 D1 提供电源。 220V 交流电源为综合实验箱、 数字万用表、 数字示波器、 信号发生器和双路直流稳压电源供 电。拨码开关 S1 用来为实验台设置通信地址 , 单片机 U2 采集拨码开关 S1 的地址信息， 同。
12、 时还通过 RS232 接口采集现场测量得到的电压值和波形值。单片机 U2 通过 RS485 接口和 接线端子 J1 与教师机进行通信， 接收教师机发过来的实验参数和实验名称。数字万用表和 数字示波器通过 RS232 接口与控制板连接。单片机 U2 选用的型号为 MEGA1280 型。 0017 本发明的教师机采用 VB 语言编程， 也可以用其它可视化语言编程。教师机向实验 台发送的包括多个字节的信息包 ； 信息包中的实验参数包括 5 个字节， 第一个字节的数据 表示信号发生器的频率值代码， 第二个字节的数据表示信号发生器的幅值代码， 第三个字 节的数据表示信号发生器的波形类型代码 （指三角波。
13、， 方波， 正弦波） ， 第四个字节的数据表 示第一路稳压电源的电压值代码， 第五个字节的数据表示第二路稳压电源的电压值代码。 这些实验参数是用 VB 语言的随机函数随机产生的， 所以每个学生的实验结果是不一样的， 其目的是避免有的学生抄袭其他同学的实验数据。实验台接收这个信息包后经过解析， 最 终会在显示屏上显示信息包中的实验参数和提示信息， 依次显示为信息头、 实验台地址、 实 验名称、 实验参数、 CRC 校验和信息尾。实验台接收到信息包后会向教师机发送一个反馈信 息， 教师机接收这个信息后经过解析， 会在显示屏上显示信息包中的实验参数和提示信息， 依次显示为信息头、 实验台地址、 实验。
14、名称、 返回码、 CRC校验和信息尾。 其中， 返回码为0表 示实验台接收正常， 返回码为 1 表示实验台接收异常。教师机接收到返回码， 并能在 VB 界 面上反映出这个实验台的状态。VB 界面上还有实验台选择下拉菜单、 实验名称选择下拉菜 单、 成绩查询下拉菜单、 参数下载按钮、 打印按钮和实验台状态监测框。实验名称选择下拉 菜单可以让教师从众多实验电路中选择一个进行实验。实验台选择下拉菜单， 可以选择让 教师选择某个实验台进行实验， 如果选择 1 表示选择 1 号实验台进行实验， 如果选择 2 表示 选择 2 号实验台进行实验， 以此类推， 但如果选择 0 表示选择所有实验台进行实验。完成。
15、上 面的选择以后， 教师按参数下载按钮， VB 程序就将实验参数以信息包的形式通过 RS485 总 线传到相应的实验台的综合试验箱， 对应的实验台的显示屏会显示当前的实验原理、 实验 参数以及实验步骤， 其中包含实验名称、 实验要求、 实验原理图、 电源接线提示、 信号源接线 提示和实验步骤提示等。其垂直板上的指示灯闪烁三秒钟表示实验参数下载成功， 提示学 生开始做实验。学生自己按步骤做实验， 每完成一个步骤就按确认键， 提示进行下一步操 作， 整个实验完成以后学生按上传键便可将此次实验结果通过 RS485 总线传到教师机。教 师机根据上传的答案和答题时间给出学生的成绩， 并能把成绩显示在教师。
16、机上。教师机采 用 ACCESS 数据库存储数据。学生的实验课程考试成绩被存储在数据库中。学生如果需要 查询成绩， 在成绩查询下拉菜单中使用三种方式查询 ： 按学生姓名查询， 按日期查询或按班 说 明 书 CN 102289961 A CN 102289977 A3/5 页 5 级查询。教师按打印按钮可以为打印学生的实验成绩单。教师机的实验台状态监测框里有 多个虚拟指示灯， 每个虚拟指示灯对应一个实验台， 虚拟指示灯呈绿色表示该实验台工作 正常， 呈黄色表示该实验台工作异常。 0018 本实验课程考试系统中包含的实验根据实验名称来判断， 有些是不需要直流稳压 电源作测试电源的， 有些则是需要一。
17、路或两路直流稳压电源作测试电源的 ； 有些是不需要 信号源的， 有些则是需要信号源的。 综合试验箱的测试电源由双路直流稳压电源提供、 信号 源由信号发生器提供。 学生要根据实验台收到并显示的实验名称和要求判断所做实验是否 需要测试电源和信号源。如果实验需要测试电源， 学生就要根据显示屏上显示的电源接线 提示和实验原理图将双路直流稳压电源与综合实验箱连接， 并根据显示屏上显示的实验参 数来调节双路直流稳压电源的数值 ； 如果实验需要信号源， 学生就要根据显示屏上显示的 信号源接线提示和实验原理图将信号发生器与综合实验箱连接， 并根据显示屏上显示的实 验参数来调节信号发生器的数值。 安装并调试好双。
18、路直流稳压电源和信号发生器后就可以 做实验了， 学生要根据显示屏显示的提示步骤来做。如果实验提示需要用数字万用表测量 数据， 学生就要将数字万用表的表笔接到综合实验箱的相应位置上， 然后按确认按钮， 数字 万用表测量的数据就会传到控制板里， 然后学生再接着根据提示继续做实验 ； 如果实验提 示需要用数字示波器测量数据， 学生就要将数字示波器的表笔接到综合实验箱的相应位置 上， 然后按确认按钮， 测量数据就会传到控制板里， 然后学生再接着根据提示继续做实验。 最后， 学生如果超过规定时间还没有完成实验， 系统会判定该学生实验成绩无效 ； 但是学生 如果在规定时间之前完成实验， 系统会给该学生的实。
19、验成绩加分 ； 这种方法能够自动并简 单清楚的反映出学生的动手能力。 0019 本发明的实验课程考试系统操作简单、 自动化高， 并能结合实验箱用仪器检测出 学生的动手能力和熟练程度， 测评每个学生的实践能力。它不仅能使实验课程达到较好的 教学效果， 更能提高同学的动手能力和解决问题的能力。 0020 本发明的实验课程考试系统包括上述各项特征构成的任意组合。 附图说明 0021 图 1 为本发明的实验课程考试系统的最佳实施例的框图。 0022 图 2 为本发明的实验课程考试系统的实验台的最佳实施例的电路图。 0023 图 3 为本发明的实验课程考试系统的 VB 界面的示意图。 0024 图 4 。
20、为本发明的实验课程考试系统的教师机的通信格式的示意图。 0025 图 5 为本发明的实验课程考试系统的实验台的通信格式的示意图。 具体实施方式 0026 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。 0027 如图 1 所示， 实验课程考试系统包括教师机、 RS485 总线、 转换电路、 实验台。教师 机连接转换电路， 转换电路通过 RS458 总线与实验台连接。 0028 如图 2 所示， 实验台包括一块 6 位半数字万用表、 一台数字示波器、 一台信号发生 器、 一台双路直流稳压电源、 综合实验箱 （图中未示出） 、 键盘 （图中未示出） 、 显示器 （图中未 示出） 、 控制板。。
21、键盘、 显示器、 数字万用表、 数字示波器、 信号发生器和双路直流稳压电源均 说 明 书 CN 102289961 A CN 102289977 A4/5 页 6 与控制板连接。综合实验箱、 数字万用表、 数字示波器、 信号发生器和双路直流稳压电源均 与 220V 交流电源连接。控制板包括单片机 U2、 接线端口 J1、 RS485 接口、 拨码开关 S1、 两个 RS232 接口、 AC/DC 电源转换电路 U1 和指示灯 D1。RS485 接口、 AC/DC 电源转换电路 U1、 拨 码开关 S1、 指示灯 D1、 RS232 接口均与单片机 U2 连接。接线端口 J1 连接 RS485 。
22、接口。AC/ DC 电源转换电路 U1 连接 220V 交流电源。数字万用表和数字示波器通过不同的 RS232 接口 与控制板连接。接线端口 J1 连接 RS485 总线。转换电路、 RS485 接口、 RS232 接口和指示灯 D1 连接 5V 直流电源。单片机 U2 选用的型号为 MEGA1280。指示灯镶嵌在实验台的垂直板 上， 它闪烁三秒钟表示实验参数下载成功， 提示学生开始做实验。 0029 如图 3 所示， 教师机采用 VB 语言编程。VB 界面上还有实验台选择下拉菜单、 实验 名称选择下拉菜单、 成绩查询下拉菜单、 参数下载按钮、 打印按钮和实验台状态监测框。实 验名称选择下拉菜。
23、单可以让教师从众多实验电路中选择一个进行实验。 实验台选择下拉菜 单， 可以选择让教师选择某个实验台进行实验， 如果选择 1 表示选择 1 号实验台进行实验， 如果选择 2 表示选择 2 号实验台进行实验， 以此类推， 但如果选择 0 表示选择所有实验台进 行实验。完成上面的选择以后， 教师按参数下载按钮， VB 程序就将实验参数以信息包的形 式通过 RS485 总线传到相应的实验台的综合试验箱， 对应的实验台的显示屏会显示当前的 实验原理、 实验参数以及实验步骤。学生完成整个实验后按上传键便可将此次实验结果通 过 RS485 总线传到教师机。教师机根据上传的答案和答题时间给出学生的成绩， 并。
24、能把成 绩显示在教师机上。教师机采用 ACCESS 数据库存储数据。学生的实验课程考试成绩被存 储在数据库中。 学生如果需要查询成绩， 在成绩查询下拉菜单中使用三种方式查询 ： 按学生 姓名查询， 按日期查询或按班级查询。教师按打印按钮可以为打印学生的实验成绩单。教 师机的实验台状态监测框里有多个虚拟指示灯， 每个虚拟指示灯对应一个实验台， 虚拟指 示灯呈绿色表示该实验台工作正常， 呈黄色表示该实验台工作异常。 0030 如图 4 所示， 教师机向实验台发送的包含多个字节的信息包 ； 信息包的实验参数 包括 5 个字节， 第一个字节的数据表示信号发生器的频率值代码， 第二个字节的数据表示 信号。
25、发生器的幅值代码， 第三个字节的数据表示信号发生器的波形类型代码 （指三角波， 方 波， 正弦波） ， 第四个字节的数据表示第一路稳压电源的电压值代码， 第五个字节的数据表 示第二路稳压电源的电压值代码。这些实验参数是用 VB 语言的随机函数随机产生的， 所以 每个学生的实验结果是不一样的， 其目的是避免有的学生抄袭其他同学的实验数据。经过 解析， 信息包中的实验参数和提示信息会显示在显示屏上。实验台接收这个信息包后经过 解析， 最终会在显示屏上显示信息包中的实验参数和提示信息， 依次显示为信息头、 实验台 地址、 实验名称、 实验参数、 CRC 校验和信息尾。 0031 如图 5 所示， 实。
26、验台接收到教师机发送的信息包后会发送一个反馈信息给教师 机。 教师机接收这个信息后经过解析， 会在显示屏上显示信息包中的实验参数和提示信息， 依次显示为信息头、 实验台地址、 实验名称、 返回码、 CRC 校验和信息尾。反馈信息中的返回 码为 0 时表示实验台接收正常， 返回码为 1 时表示实验台接收异常。教师机接收到这个返 回码后就会在 VB 界面上反映出这个实验台的状态。 0032 如图2至图5所示， 本实验课程考试系统中包含的实验根据实验名称来判断， 有些 是不需要直流稳压电源作测试电源的， 有些则是需要一路或两路直流稳压电源作测试电源 的 ； 有些是不需要信号源的， 有些则是需要信号源。
27、的。 综合试验箱的测试电源由双路直流稳 说 明 书 CN 102289961 A CN 102289977 A5/5 页 7 压电源提供、 信号源由信号发生器提供。学生要根据实验台收到并显示的实验名称和要求 判断所做实验是否需要测试电源和信号源。如果实验需要测试电源， 学生就要根据显示屏 上显示的电源接线提示和实验原理图将双路直流稳压电源与综合实验箱连接， 并根据显示 屏上显示的实验参数来调节双路直流稳压电源的数值 ； 如果实验需要信号源， 学生就要根 据显示屏上显示的信号源接线提示和实验原理图将信号发生器与综合实验箱连接， 并根据 显示屏上显示的实验参数来调节信号发生器的数值。 安装并调试好。
28、双路直流稳压电源和信 号发生器后就可以做实验了， 学生要根据显示屏显示的提示步骤来做。如果实验提示需要 用数字万用表测量数据， 学生就要将数字万用表的表笔接到综合实验箱的相应位置上， 然 后按确认按钮， 数字万用表测量的数据就会传到控制板里， 然后学生再接着根据提示继续 做实验 ； 如果实验提示需要用数字示波器测量数据， 学生就要将数字示波器的表笔接到综 合实验箱的相应位置上， 然后按确认按钮， 测量数据就会传到控制板里， 然后学生再接着根 据提示继续做实验。 0033 以上所述仅使本发明的最佳实施例， 并非对本发明作任何形式上的限制， 凡是依 据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改。
29、、 等同变化与修饰， 均仍属于本发 明技术方案的范围内。 0034 阅读了本说明书后， 本领域技术人员不难看出， 本发明由现有技术的结合构成， 这 些构成本发明的各部分的现有技术有些在此给予了详细描述， 有些则出于说明书简明考虑 并未事无巨细地赘述， 但本领域技术人员阅读了说明书后便知所云。而且本领域技术人员 也不难看出， 为构成本发明而对这些现有技术的结合是饱含大量创造性劳动， 是发明人多 年理论分析和大量实验的结晶。本领域技术人员同样可以从说明书中看出， 这里所披露的 每个技术方案以及各个特征的任意组合都属于本发明的一部分。 说 明 书 CN 102289961 A CN 102289977 A1/2 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 102289961 A CN 102289977 A2/2 页 9 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 102289961 A 。