本文關(guān)鍵詞：基于信息物理系統(tǒng)架構(gòu)的微機(jī)接口遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：自二十世紀(jì)九十年代以來,隨著多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)的發(fā)展,越來越多的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)在各種教學(xué)活動當(dāng)中。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn),使用戶可以通過計算機(jī)來遠(yuǎn)程控制實(shí)驗(yàn)室物理設(shè)備,完成相關(guān)教學(xué)實(shí)驗(yàn),為傳統(tǒng)教學(xué)模式帶來了突破,也使教學(xué)資源得到了最大化的利用。另一方面,隨著嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展,一些學(xué)者認(rèn)為,目前嵌入式系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)已不再是資源的有限性問題,而是嵌入式系統(tǒng)與物理過程相互作用的問題。根據(jù)這一發(fā)展?fàn)顩r,美國國家科學(xué)基金會的Helen Gill提出了信息物理系統(tǒng)(Cyber-Physical System)的概念。在信息物理系統(tǒng)中,嵌入式系統(tǒng)通過傳感器感知物理過程,將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給處理單元,處理單元對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,同時通過反饋回路對物理過程進(jìn)行控制,使物理過程與嵌入式系統(tǒng)融合,形成一個整體。本文從信息物理系統(tǒng)的角度出發(fā),以微機(jī)接口原理遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室為依托,搭建了一個基于信息物理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。系統(tǒng)選用Lab8000實(shí)驗(yàn)箱作為物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備,通過遠(yuǎn)程控制,完成微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)箱通過串口與服務(wù)器通信。用戶通過客戶端計算機(jī)與服務(wù)器建立連接,向服務(wù)器發(fā)送控制命令,控制實(shí)驗(yàn)程序的編譯、調(diào)試、燒寫以及硬件實(shí)驗(yàn)過程,并根據(jù)實(shí)驗(yàn)反饋結(jié)果和實(shí)驗(yàn)過程的視頻信息,實(shí)時與實(shí)驗(yàn)箱交互,形成反饋回路。本系統(tǒng)中,服務(wù)器支持多用戶共同控制實(shí)驗(yàn)箱,系統(tǒng)客戶端支持虛擬實(shí)驗(yàn),因此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個虛實(shí)結(jié)合的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。同時作為一個簡單的信息物理系統(tǒng),在系統(tǒng)可靠性和安全性上,采用了心跳包、加密等方法,本系統(tǒng)為進(jìn)一步研究信息物理系統(tǒng)的各種細(xì)節(jié)提供了一個平臺。本文完成的主要工作包括:(1)介紹本文的研究背景,即信息物理系統(tǒng)和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,指出基于信息物理系統(tǒng)架構(gòu)的微機(jī)接口遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研究意義。(2)研究典型信息物理系統(tǒng)及其特征,比較傳統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室與基于信息物理系統(tǒng)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。設(shè)計并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)方案:遠(yuǎn)程控制、網(wǎng)絡(luò)通信、多任務(wù)處理、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計、實(shí)驗(yàn)程序編譯的遠(yuǎn)程控制。(3)研究系統(tǒng)的功能需求,對系統(tǒng)的整體架構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計,包括客戶端和服務(wù)器結(jié)構(gòu)設(shè)計,并根據(jù)需求確定系統(tǒng)硬件選型、硬件環(huán)境搭建。(4)劃分系統(tǒng)客戶端和服務(wù)器各軟件功能模塊,對客戶端和服務(wù)器進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計和實(shí)現(xiàn),包括服務(wù)器與實(shí)驗(yàn)箱通信、網(wǎng)絡(luò)通信、多客戶端任務(wù)調(diào)度、視頻采集與接收、實(shí)驗(yàn)程序編譯遠(yuǎn)程控制、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺實(shí)現(xiàn)等軟件模塊的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。(5)設(shè)計并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn),包括實(shí)驗(yàn)原理說明,實(shí)驗(yàn)箱資源選取,實(shí)驗(yàn)連線情況,軟件程序編寫與測試。(6)對系統(tǒng)主要模塊分別進(jìn)行單元測試和集成測試,分析測試結(jié)果,驗(yàn)證系統(tǒng)是否滿足需求。
【關(guān)鍵詞】：遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 信息物理系統(tǒng) Lab8000 遠(yuǎn)程控制 虛擬實(shí)驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP334.7
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 引言11-12
• 1.2 信息物理系統(tǒng)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-13
• 1.3 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文研究目的和意義14
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容14-16
• 第2章 信息物理系統(tǒng)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室及關(guān)鍵技術(shù)16-23
• 2.1 信息物理系統(tǒng)概述16-19
• 2.1.1 典型信息物理系統(tǒng)16-18
• 2.1.2 信息物理系統(tǒng)特性18-19
• 2.2 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室概述19
• 2.3 信息物理系統(tǒng)架構(gòu)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)19-23
• 第3章 信息物理系統(tǒng)架構(gòu)的微機(jī)接口遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計23-35
• 3.1 功能需求分析23-24
• 3.2 系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計24-28
• 3.2.1 系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制方案設(shè)計24-25
• 3.2.2 網(wǎng)絡(luò)通信方案設(shè)計25-26
• 3.2.3 多任務(wù)處理方案設(shè)計26
• 3.2.4 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺方案設(shè)計26-27
• 3.2.5 實(shí)驗(yàn)程序編譯的遠(yuǎn)程控制方案設(shè)計27
• 3.2.6 視頻流處理方案設(shè)計27-28
• 3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計28-32
• 3.3.1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計28-29
• 3.3.2 系統(tǒng)服務(wù)器端結(jié)構(gòu)設(shè)計29-30
• 3.3.3 系統(tǒng)客戶端結(jié)構(gòu)設(shè)計30-32
• 3.4 系統(tǒng)開發(fā)工具32
• 3.5 系統(tǒng)軟/硬件環(huán)境搭建32-35
• 3.5.1 物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備32-33
• 3.5.2 系統(tǒng)軟件環(huán)境搭建33
• 3.5.3 系統(tǒng)基本硬件環(huán)境搭建及接線說明33-35
• 第4章 系統(tǒng)服務(wù)器端詳細(xì)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)35-49
• 4.1 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)35-41
• 4.1.1 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)設(shè)計35
• 4.1.2 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的基本方法35-36
• 4.1.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)36-41
• 4.2 服務(wù)器管理界面設(shè)計41-42
• 4.3 服務(wù)器計算機(jī)與實(shí)驗(yàn)箱通信42-44
• 4.4 視頻流采集與接收44-46
• 4.5 多任務(wù)處理模塊設(shè)計與實(shí)現(xiàn)46-49
• 第5章 系統(tǒng)客戶端詳細(xì)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)49-57
• 5.1 虛擬實(shí)驗(yàn)平臺設(shè)計49-50
• 5.2 控制命令網(wǎng)絡(luò)傳輸50-53
• 5.3 實(shí)驗(yàn)程序編譯的遠(yuǎn)程控制53-55
• 5.4 多客戶端55-57
• 第6章 系統(tǒng)集成與測試57-65
• 6.1 測試方案概述57
• 6.2 系統(tǒng)主要模塊功能測試57-63
• 6.3 系統(tǒng)集成測試63-65
• 第7章 總結(jié)與展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-69
• 作者簡介及在學(xué)期間所取得的科研成果69-70
• 致謝70

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