一种远程实验系统及其实现方法 【技术领域】
本发明属于远程实验领域，特别是涉及一种远程实验系统及其实现方法。
背景技术
当今远程实验系统多数使用代理服务器或嵌入式服务器方案实现实验设备的远程控制。代理服务器方案使用PC机作为网络代理服务器实现多台设备的远程监控，该方案适应性较差，数据传输速率不高，远程监控的实时性弱，软硬件不可剪裁从而造成资源浪费。嵌入式服务器方案要求每台设备配有一个嵌入式Web服务器，以进行数据采集、数据存储、数据转发、设备网络连接及与远程监控主机的数据交互，令实验资源的分配和管理分散，只能实现一对一的连接，从而限制了系统的开放性和拓展性。以上方案均存在高投入、高消耗、不协调、低效率的问题。
而目前应用于远程实验系统的C/S网络结构的需要用户安装相关软件，不仅提高了教学与实验成本，还给用户带来了不必要的麻烦。此外，传统远程实验系统的Web应用采用同步交互过程，用户大量时间用于等待服务器处理用户请求，界面并不连贯。
【发明内容】
本发明的目的在于针对现有技术的缺点，提供一种成本低、协调性好、性能高、效率高且界面友好连贯的集约型远程实验系统。
本发明的另一目的在于提供该远程实验系统的实现方法。
为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：
一种远程实验系统，包括实验仪器设备、嵌入式接入终端、Web服务器、远程客户端，所述Web服务器通过互联网分别与远程客户端和嵌入式接入终端互联，所述嵌入式接入终端与实验仪器设备连接。
上述技术方案中，所述Web服务器与远程客户端间的互联采用B/S网络结构，且采用异步JavaScript和XML模式实现数据传输。
所述嵌入式接入终端将多台实验仪器设备接入系统，所述实验仪器设备为数字化设备，其设置有单片机模块，利用单片机模块的无线通信接口或有线通信接口传送控制信息以及反馈状态信息。
所述无线通信接口为蓝牙或无线路由或共享无线接入接口，所述有线通信接口为电力电源线或以太网或高速数据串行总线。
所述嵌入式接入终端设置有实现实验仪器设备与Web服务器的网络通信的ARM嵌入式模块。
为了实现发明目的二，采用的技术方案如下：
一种远程实验系统的实现方法，通过嵌入式接入终端实现实验仪器设备以独立的进程与Web服务器互通控制/数据信息，所述Web服务器将所有的实验仪器设备映射为统一的本地资源，Web服务器还利用动态网页技术实现对实验仪器设备、远程客户端数据信息与控制信息的统筹处理，从而实现实验仪器设备与用户的多对多连接；用户在远程客户端通过浏览器下载浏览页面，在浏览页面进行远程实验操作。
本发明的远程实验系统的实现还包括初始化设置步骤，所述初始化设置为管理员在Web服务器设置网络参数，完成Web服务器所内置的用户注册/登录/验证模块、实验室管理模块、实验仪器设备管理模块、实验仪器设备操作模块和观察实验现场模块的配置。
本发明的远程实验系统的实现还包括实验仪器设备的配置步骤，所述实验仪器设备的配置为仪器开发者在实验仪器设备完成通信协议配置，并将实验仪器设备接入嵌入式接入终端。
本发明的远程实验系统的实现还包括通过在Web服务器设置账号权限管理模块来实现权限管理。
本发明的远程实验系统的实现还包括设置有开发者接入模块，仪器开发者直接采用嵌入式接入终端与实验仪器设备互动，或者通过开发者接入模块实现与实验仪器设备的数字化采集和控制，并在Web服务器进行登记，将一台或者多台实验仪器设备接入系统，实现仪器的集群化。
利用了嵌入式和web集群技术，使用了嵌入式标准件、B/S结构控制经数字化改造的实验仪器设备，实现了用户与远端实验设备的数据交互。与现有技术相比，本发明以Web服务器作为系统管理和数据处理的中心，实验仪器设备遵循系统制定的通信标准。系统制定的通信标准可采用RETP协议，RETP协议是嵌入式客户端与服务器端的通信协议，工作在ISO/OSI体系的应用层，命令、数据信息嵌入在报文中。请求报文包括请求类型、URL、请求参数、版本以及通信密码等信息。响应报文包括版本、状态码和状态短语等信息。
通过嵌入式接入终端访问Web服务器实现实验仪器设备与用户多对多的连接，实现了实验仪器集群化，解决了一对一的连接限制，降低了能耗和成本。Web服务器将实验仪器设备映射为本地资源并处理系统数据，明显减少了用户端工作量。以Ajax无刷新动态网页方式向网络用户呈现一个集约型远程实验系统，减少必要网络通信流量与等待时间，用户只需通过浏览器即可的到界面连贯的远程实验环境。同时可以调用现场设置的摄像机传送过来的图像系统具备观察实验现场的调用功能。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
本发明的结构示意图如附图1所示，包括根据能以系统制定地协议进行通信的经数字化改造的实验仪器设备、用于将数字化实验仪器设备接入互联网的嵌入式接入终端、实现对系统数据与控制信息作统筹处理的Web服务器、用于发送页面请求及控制信号与反馈实验信息的远程客户端。
Web服务器通过互联网分别与远程客户端和嵌入式接入终端实现互联。Web服务器与远程客户端间使用B/S网络结构互联，并利用Ajax无刷新技术完成数据传输。
嵌入式接入终端将多台实验仪器设备接入系统。
实验仪器设备为经数字化改造的普通实验仪器，仪器内单片机模块利用接口传送的控制信息控制仪器及并将状态信息通过接口反馈。该接口可采用无线通信接口或有线通信接口，无线通信接口为蓝牙或无线路由或共享无线接入接口，有线通信接口为电力电源线或以太网或高速数据串行总线。
嵌入式接入终端以ARM嵌入式模块为核心，提取信息特征内容，与系统制定的通信标准比较，识别信息源的群内身份，判别信息发送方向。嵌入式接入终端负责将实验仪器端接入互联网，实现实验仪器端与服务器的网络通信。
Web服务器采用基于Ajax无刷新技术的ASP.NET动态网页技术设计的服务器端软件，实时统筹处理数据与控制信息。
远程客户端为可联网计算机，使用浏览器下载系统界面。
系统中嵌入式接入终端实现的本地/远程的实验仪器设备以独立的进程与Web服务器互通控制/数据信息，Web服务器将所有的实验仪器设备映射为统一的本地资源。利用动态网页技术设计服务器端软件，实现对实验仪器设备、远程客户端数据信息与控制信息的统筹处理，从而实现实验仪器设备与实验者的多对多连接；利用Ajax技术设计开源的远程客户端软件，实现远程仪器面板的客户端呈现；通过实验进一步提炼系统的通信标准，研制通用的标准件。
系统初始化需要管理员在web服务器端修改网络参数，完成用户注册/登录/验证模块、实验室管理模块、实验仪器管理模块、实验仪器操作模块和观察实验现场模块等相关配置。
仪器开发者在实验仪器设备完成按系统制定的通信协议配置仪器的工作，并将实验仪器设备接入嵌入式接入终端。嵌入式接入终端负责将实验仪器设备接入互联网，实现实验仪器设备与Web服务器的通信。
用户在远程客户端通过浏览器下载系统页面，在页面进行远程实验操作。
通过上述方案可实现远程控制多台多种实验仪器设备，实现远程客户端与实验仪器设备的多对多连接，用户能实时得到实验相关信息。管理者能在Web服务器获得权限随时获知系统内部各种情况，进行系统维护、用户管理、实验指导等管理与指导工作。
实施例2：
本实施例以普朗克系数测试仪为控制对象，即实验仪器设备采用普朗克系数测试仪。
用户需要进入系统时只需打开计算机浏览器访问Web服务器，便能在网页上看到系统服务器软件提供的实时的用户注册/登录/验证模块、实验室管理模块、实验仪器管理模块、实验仪器操作模块和观察实验现场模块。在页面内能管理账号信息，选择实验仪器，普通用户通过鼠标、键盘等工具向服务器发送页面请求和选择操作信息。登录系统进行远程实验并选择所需且空闲的普朗克系数测试仪后，Web服务器根据用户的操作信息向用户端浏览器发送普朗克系数测试仪面板页面。用户通过面板页面的控件便能实时向Web服务器发送控制信息以调节实验参数，而页面无需刷新。Web服务器利用标准化嵌入式模块，向普朗克系数测试仪发送来自用户端页面的控制信息，同时能接收普朗克系数测试仪的状态信息。当中信息的转换与处理过程由Web服务器实现。Web服务器以动态网页的形式向远程用户发送实验现象、实验数据，呈现在普朗克系数测试仪面板页面。同时用户还可以调用摄像机图像观测实验室现场情况。用户能实时控制异地的真实的普朗克系数测试仪，并读取返回的实验结果或观察现场实验效果，完成一个真实的实验过程。
实施例3：
本实施例是在实施例1上加以改良，增加了开发者接入模块与服务器端账号权限管理模块。
开发者在实验仪器设备可以直接采用系统提供的嵌入式接入终端与实验仪器相连，或者根据整个系统的通信协议和标准实现实验仪器的数字化采集和控制，并在服务器端登记，便能将一台或者多台实验仪器接入系统，实现仪器的集群化。
在Web服务端，不同的账号设有不同管理权限。管理人员可以通过不同的页面设置实验室以及设置实验仪器设备的通信密钥等，从而实现实验仪器设备的统一管理与通信安全。