技术领域
[0001] 本
发明涉及智能教学技术领域，尤其涉及一种
泛在传感器网络实验教学系统及其实验教学方法。
背景技术
[0002] 传感器是测量控制系统的首要环节，对测量控制系统起着至关重要的作用。传感器种类繁多、涉及知识面广。
[0003] 传统的传感器实验由于实验场地固定、实验时间唯一、实验设备有限等
缺陷，阻碍了学生用户与学习资源之间直接交互的渠道，难以灵活创建强交互式的智能实验环境。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种泛在传感器网络实验教学系统及其实验教学方法，用以解决现有传感器实验由于实验场地固定、实验时间唯一、实验设备有限等缺陷阻碍学生用户与学习资源之间直接交互的问题，创建一种强交互式的智能实验环境。
[0005] 因此，本发明提供了一种泛在传感器网络实验教学系统，包括：多个学生用户端、音视频
服务器、实验室网关以及多个实验资源；其中，每个所述实验资源包括实验室计算机和实验室设备；所述实验室设备包括
数据采集模
块、仿真模块、视频采集模块和音频采集模块；所述数据采集模块包括
温度传感器、
湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、红外传感器以及
压力传感器；
[0006] 每个所述学生用户端，用于通过浏览器与所述实验室网关连接，并在接收所述实验室计算机的页面后远程控制所述实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程
软件进行编程；
[0007] 所述实验室网关，用于在连接所述学生用户端后，与所述实验室计算机建立临时连接，将所述浏览器上的用户命令传送至所述实验室计算机，并将所述实验室计算机的页面传送至所述浏览器；
[0008] 所述实验室计算机，用于在编程完成后，经由所述仿真模块将编译的程序下载至所述数据采集模块，控制所述数据采集模块采集实验数据，并在采集完成后，接收并显示所述数据采集模块发送的实验数据；
[0009] 所述数据采集模块，用于在下载程序后，采集实验数据，并在采集完成后，将采集的实验数据发送至所述实验室计算机；
[0010] 所述视频采集模块，用于在所述数据采集模块采集实验数据时采集实验视频，并在所述数据采集模块采集完成后将采集的实验视频发送至所述音视频服务器；
[0011] 所述音频采集模块，用于在所述数据采集模块采集实验数据时采集实验音频，并在所述数据采集模块采集完成后将采集的实验音频发送至所述音视频服务器；
[0012] 所述音视频服务器，用于将接收的实验视频和实验音频压缩后传送至所述实验室网关；
[0013] 所述实验室网关，还用于通过互联网将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至所述学生用户端。
[0014] 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，每个所述学生用户端，具体用于通过浏览器向所述实验室网关
申请访问请求，经权限认证后，与所述实验室网关连接。
[0015] 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，还包括：音视频监控服务器；
[0016] 所述实验室网关，还用于将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至所述音视频监控服务器。
[0017] 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，还包括：
数据库；
[0018] 所述数据库，用于在学生用户操作完成后，保存实验室设备执行指令的信息。
[0019] 本发明还提供了一种泛在传感器网络实验教学方法，包括如下步骤：
[0020] S1：学生用户端通过浏览器与实验室网关连接；
[0021] S2：实验室网关在连接学生用户端后与实验室计算机建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机，并将实验室计算机的页面传送至浏览器；
[0022] S3：学生用户端在接收实验室计算机的页面后远程控制实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程软件进行编程；
[0023] S4：实验室计算机在编程完成后，经由仿真模块将编译的程序下载至数据采集模块；
[0024] S5：数据采集模块在下载程序后采集实验数据，视频采集模块在数据采集模块采集实验数据时采集实验视频，音频采集模块在数据采集模块采集实验数据时采集实验音频；
[0025] S6：数据采集模块在采集完成后将采集的实验数据发送至实验室计算机，视频采集模块在数据采集模块采集完成后将采集的实验视频发送至音视频服务器，音频采集模块在数据采集模块采集完成后将采集的实验音频发送至音视频服务器；
[0026] S7：实验室计算机接收并显示数据采集模块发送的实验数据，音视频服务器将接收的实验视频和实验音频压缩后传送至实验室网关，实验室网关通过互联网将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至学生用户端，学生用户通过学生用户端查看实验室计算机显示的实验数据以及接收的实验视频和实验音频。
[0027] 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述实验教学方法中，步骤S1，学生用户端通过浏览器与实验室网关连接，具体包括：
[0028] S11：学生用户端通过浏览器向实验室网关申请访问请求，经权限认证后，与实验室网关连接。
[0029] 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述实验教学方法中，在执行步骤S7之后，还包括：
[0030] S8：实验室网关将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至所述音视频监控服务器，学生用户利用上网的方式登录远程控制软件后获取监控资源列表，选择监控的实验视频和实验音频。
[0031] 在一种可能的实现方式中，在本发明提供的上述实验教学方法中，在执行步骤S7之后，还包括：
[0032] S9：在学生用户操作完成后，将实验室设备执行指令的信息保存至数据库中。
[0033] 本发明提供的上述泛在传感器网络实验教学系统及其实验教学方法，学生用户端通过浏览器，以远程控制软件为介质访问实验室网关，进而使用实验资源，具体地，学生用户端通过浏览器与实验室网关连接，实验室网关在连接学生用户端后与实验室计算机建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机，并将实验室计算机的页面传送至浏览器以供学生用户查看以便学生用户发出下一命令，学生用户端远程控制实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程软件进行编程，即学生用户端无需安装编程软件，只需安装远程控制软件，可以使学生用户省去繁琐的软件安装过程和复杂的前期准备工作，实验室计算机需要安装远程控制软件和编程软件，实验室计算机在编程完成后经由仿真模块将编译的程序下载至数据采集模块，数据采集模块在下载程序后采集实验数据，同时视频采集模块和音频采集模块分别采集实验视频和实验音频，数据采集模块在采集完成后将采集的实验数据发送至实验室计算机，同时视频采集模块和音频采集模块将采集的实验视频和实验音频发送至音视频服务器，学生用户通过学生用户端查看实验室计算机显示的实验数据，并利用反馈的实验视频和实验音频判断实验数据是否准确，增加实验操作的临场体验，这样，利用泛在网络即可实现构建跨平台的信息共享及互联互通的传感器实验体系架构，使得分散在各地的学生用户通过浏览器页面，经由实验室网关访问实验资源进而在线实验，打破了传统实验教学模式与学生实验学习方式的壁垒，为远程实验提供了高效的平台，也较大程度地提高了实验资源的利用率，为学生用户进行
可视化的监控操作创造了便利，解决了现有传感器实验由于实验场地固定、实验时间唯一、实验设备有限等缺陷阻碍学生用户与学习资源之间直接交互的问题，创建了一种强交互式的智能实验环境。
附图说明
[0034] 图1为本发明
实施例提供的泛在传感器网络实验教学系统的结构示意图之一；
[0035] 图2为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学系统中实验资源的结构示意图；
[0036] 图3为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学系统的结构示意图之二；
[0037] 图4为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学系统的软件示意图；
[0038] 图5为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学系统的结构示意图之三；
[0039] 图6为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学方法的
流程图之一；
[0040] 图7为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学方法的流程图之二；
[0041] 图8为本发明实施例提供的泛在传感器网络实验教学方法的流程图之三。
具体实施方式
[0042] 下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本申请。
[0043] 本发明实施例提供的一种泛在传感器网络实验教学系统，如图1所示，包括：多个学生用户端1、音视频服务器2、实验室网关3以及多个实验资源4；其中，如图2所示，每个实验资源4，包括实验室计算机5和实验室设备6；实验室设备6包括数据采集模块7、仿真模块8、视频采集模块9和音频采集模块10；数据采集模块7包括温度传感器11、湿度传感器12、光照传感器13、烟雾传感器14、红外传感器15以及
压力传感器16；
[0044] 每个学生用户端1，用于通过浏览器与实验室网关3连接，并在接收实验室计算机5的页面后远程控制实验室计算机5，利用实验室计算机5上安装的编程软件进行编程；
[0045] 实验室网关3，用于在连接学生用户端1后，与实验室计算机5建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机5，并将实验室计算机5的页面传送至浏览器；
[0046] 实验室计算机5，用于在编程完成后，经由仿真模块8将编译的程序下载至数据采集模块7，控制数据采集模块7采集实验数据，并在采集完成后，接收并显示数据采集模块7发送的实验数据；
[0047] 数据采集模块7，用于在下载程序后，采集实验数据，并在采集完成后，将采集的实验数据发送至实验室计算机5；
[0048] 视频采集模块9，用于在数据采集模块7采集实验数据时采集实验视频，并在数据采集模块7采集完成后将采集的实验视频发送至音视频服务器2；
[0049] 音频采集模块10，用于在数据采集模块7采集实验数据时采集实验音频，并在数据采集模块7采集完成后将采集的实验音频发送至音视频服务器2；
[0050] 音视频服务器2，用于将接收的实验视频和实验音频压缩后传送至实验室网关3；
[0051] 实验室网关3，还用于通过互联网将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至学生用户端1。
[0052] 本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统，学生用户端通过浏览器，以远程控制软件为介质访问实验室网关，进而使用实验资源，具体地，学生用户端通过浏览器与实验室网关连接，实验室网关在连接学生用户端后与实验室计算机建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机，并将实验室计算机的页面传送至浏览器以供学生用户查看以便学生用户发出下一命令，学生用户端远程控制实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程软件进行编程，即学生用户端无需安装编程软件，只需安装远程控制软件，可以使学生用户省去繁琐的软件安装过程和复杂的前期准备工作，实验室计算机需要安装远程控制软件和编程软件，实验室计算机在编程完成后经由仿真模块将编译的程序下载至数据采集模块，数据采集模块在下载程序后采集实验数据，同时视频采集模块和音频采集模块分别采集实验视频和实验音频，数据采集模块在采集完成后将采集的实验数据发送至实验室计算机，同时视频采集模块和音频采集模块将采集的实验视频和实验音频发送至音视频服务器，学生用户通过学生用户端查看实验室计算机显示的实验数据，并利用反馈的实验视频和实验音频判断实验数据是否准确，增加实验操作的临场体验，这样，利用泛在网络即可实现构建跨平台的信息共享及互联互通的传感器实验体系架构，使得分散在各地的学生用户通过浏览器页面，经由实验室网关访问实验资源进而在线实验，打破了传统实验教学模式与学生实验学习方式的壁垒，为远程实验提供了高效的平台，也较大程度地提高了实验资源的利用率，为学生用户进行可视化的监控操作创造了便利，解决了现有传感器实验由于实验场地固定、实验时间唯一、实验设备有限等缺陷阻碍学生用户与学习资源之间直接交互的问题，创建了一种强交互式的智能实验环境。
[0053] 需要说明的是，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，学生用户端具有兼容性，
硬件支持个人计算机(Personal Computer,PC)、
平板电脑以及手机，软件支持Windows系统、Android系统以及iOS系统。
[0054] 在具体实施时，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，每个学生用户端，具体用于通过浏览器向实验室网关申请访问请求，经权限认证后，与实验室网关连接，具体地，学生用户通过学生用户端的浏览器由互联网向实验室网关申请实验操作，经权限认证后，学生用户端的浏览器网关与实验室网关建立连接。
[0055] 需要说明的是，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，包括多个学生用户端和多个实验资源。在学生用户端的数量小于或等于实验资源的数量时，可以保证不同的学生用户端能够访问不同的实验资源，从而可以避免不同的学生用户端进行在线实验时存在相互干扰的问题；在学生用户端的数量大于实验资源的数量时，可以通过学生用户端由浏览器向实验室网关申请访问请求时权限认证失败的方式，防止多于实验资源的学生用户端进行在线实验这种情况的发生。
[0056] 在具体实施时，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，如图2所示，数据采集模块7中的温度传感器11、湿度传感器12、光照传感器13、烟雾传感器14、红外传感器15以及压力传感器16，可以采集实验室环境内的温度、湿度、光照、烟雾、红外和压力特性，并在采集完成后，将采集的实验室环境内的温度、湿度、光照、烟雾、红外和压力这些实验数据发送至实验室计算机5。需要说明的是，数据采集模块中传感器的类型并非局限于此，还可以包括其他类型的传感器，在此不做限定。
[0057] 在具体实施时，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，视频采集模块具体可以为摄像机，或者，也可以为摄像头，或者，还可以为能够采集视频信息的其他装置，在此不做限定。音频采集模块具体可以为麦克
风，或者，也可以为能够采集音频信息的其他装置，在此不做限定。
[0058] 在具体实施时，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，如图3所示，还可以包括：音视频监控服务器17；实验室网关3，还用于将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至音视频监控服务器17；这样，学生用户可以利用上网的方式，登录远程控制软件获得监控资源列表，从中选择监控的视频数据和音频数据，通过视频数据和音频数据反馈实验结果。
[0059] 在具体实施时，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，图1-图3所示的泛在传感器网络实验教学系统所对应的软件示意图如图4所示。
[0060] 在具体实施时，在本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统中，如图5所示，还可以包括：数据库18；实验资源4供学生用户远程调用，实验室计算机5在接收到实验室网关3从学生用户端1发送来的指令后，控制实验室设备6开始执行该指令，在学生用户操作完成后，实验室设备6执行指令的数据信息可以保存至数据库18中，这样，学生用户在实验结束后可以向实验室网关3申请读取数据库18中保存的数据信息。
[0061] 基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种泛在传感器网络实验教学方法，如图6所示，包括如下步骤：
[0062] S1：学生用户端通过浏览器与实验室网关连接；
[0063] S2：实验室网关在连接学生用户端后与实验室计算机建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机，并将实验室计算机的页面传送至浏览器；
[0064] S3：学生用户端在接收实验室计算机的页面后远程控制实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程软件进行编程；
[0065] S4：实验室计算机在编程完成后，经由仿真模块将编译的程序下载至数据采集模块；
[0066] S5：数据采集模块在下载程序后采集实验数据，视频采集模块在数据采集模块采集实验数据时采集实验视频，音频采集模块在数据采集模块采集实验数据时采集实验音频；
[0067] S6：数据采集模块在采集完成后将采集的实验数据发送至实验室计算机，视频采集模块在数据采集模块采集完成后将采集的实验视频发送至音视频服务器，音频采集模块在数据采集模块采集完成后将采集的实验音频发送至音视频服务器；
[0068] S7：实验室计算机接收并显示数据采集模块发送的实验数据，音视频服务器将接收的实验视频和实验音频压缩后传送至实验室网关，实验室网关通过互联网将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至学生用户端，学生用户通过学生用户端查看实验室计算机显示的实验数据以及接收的实验视频和实验音频。
[0069] 本发明实施例提供的上述实验教学方法，学生用户端通过浏览器，以远程控制软件为介质访问实验室网关，进而使用实验资源，具体地，学生用户端通过浏览器与实验室网关连接，实验室网关在连接学生用户端后与实验室计算机建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机，并将实验室计算机的页面传送至浏览器以供学生用户查看以便学生用户发出下一命令，学生用户端远程控制实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程软件进行编程，即学生用户端无需安装编程软件，只需安装远程控制软件，可以使学生用户省去繁琐的软件安装过程和复杂的前期准备工作，实验室计算机需要安装远程控制软件和编程软件，实验室计算机在编程完成后经由仿真模块将编译的程序下载至数据采集模块，数据采集模块在下载程序后采集实验数据，同时视频采集模块和音频采集模块分别采集实验视频和实验音频，数据采集模块在采集完成后将采集的实验数据发送至实验室计算机，同时视频采集模块和音频采集模块将采集的实验视频和实验音频发送至音视频服务器，学生用户通过学生用户端查看实验室计算机显示的实验数据，并利用反馈的实验视频和实验音频判断实验数据是否准确，增加实验操作的临场体验，这样，利用泛在网络即可实现构建跨平台的信息共享及互联互通的传感器实验体系架构，使得分散在各地的学生用户通过浏览器页面，经由实验室网关访问实验资源进而在线实验，打破了传统实验教学模式与学生实验学习方式的壁垒，为远程实验提供了高效的平台，也较大程度地提高了实验资源的利用率，为学生用户进行可视化的监控操作创造了便利，解决了现有传感器实验由于实验场地固定、实验时间唯一、实验设备有限等缺陷阻碍学生用户与学习资源之间直接交互的问题，创建了一种强交互式的智能实验环境。
[0070] 在具体实施时，在执行本发明实施例提供的上述实验教学方法中的步骤S1，学生用户端通过浏览器与实验室网关连接时，如图7所示，具体可以包括如下步骤：
[0071] S11：学生用户端通过浏览器向实验室网关申请访问请求，经权限认证后，与实验室网关连接。具体地，学生用户通过学生用户端的浏览器由互联网向实验室网关申请实验操作，经权限认证后，学生用户端的浏览器网关与实验室网关建立连接。
[0072] 在具体实施时，在执行本发明实施例提供的上述实验教学方法中的步骤S7之后，如图8所示，还可以执行如下步骤：
[0073] S8：实验室网关将接收的压缩后的实验视频和实验音频传送至音视频监控服务器，学生用户利用上网的方式登录远程控制软件后获取监控资源列表，选择监控的实验视频和实验音频；这样，学生用户可以利用反馈的视频数据和音频数据判断实验数据是否正确，增强实验操作的临场体验。
[0074] 在具体实施时，在执行本发明实施例提供的上述实验教学方法中的步骤S7之后，如图8所示，还可以执行如下步骤：
[0075] S9：在学生用户操作完成后，将实验室设备执行指令的信息保存至数据库中；也就是说，实验资源供学生用户远程调用，实验室计算机在接收到实验室网关从学生用户端发送来的指令后，控制实验室设备开始执行该指令，在学生用户操作完成后，实验室设备执行指令的数据信息可以保存至数据库中，这样，学生用户在实验结束后可以向实验室网关申请读取数据库中保存的数据信息。
[0076] 本发明实施例提供的上述泛在传感器网络实验教学系统及其实验教学方法，学生用户端通过浏览器，以远程控制软件为介质访问实验室网关，进而使用实验资源，具体地，学生用户端通过浏览器与实验室网关连接，实验室网关在连接学生用户端后与实验室计算机建立临时连接，将浏览器上的用户命令传送至实验室计算机，并将实验室计算机的页面传送至浏览器以供学生用户查看以便学生用户发出下一命令，学生用户端远程控制实验室计算机，利用实验室计算机上安装的编程软件进行编程，即学生用户端无需安装编程软件，只需安装远程控制软件，可以使学生用户省去繁琐的软件安装过程和复杂的前期准备工作，实验室计算机需要安装远程控制软件和编程软件，实验室计算机在编程完成后经由仿真模块将编译的程序下载至数据采集模块，数据采集模块在下载程序后采集实验数据，同时视频采集模块和音频采集模块分别采集实验视频和实验音频，数据采集模块在采集完成后将采集的实验数据发送至实验室计算机，同时视频采集模块和音频采集模块将采集的实验视频和实验音频发送至音视频服务器，学生用户通过学生用户端查看实验室计算机显示的实验数据，并利用反馈的实验视频和实验音频判断实验数据是否准确，增加实验操作的临场体验，这样，利用泛在网络即可实现构建跨平台的信息共享及互联互通的传感器实验体系架构，使得分散在各地的学生用户通过浏览器页面，经由实验室网关访问实验资源进而在线实验，打破了传统实验教学模式与学生实验学习方式的壁垒，为远程实验提供了高效的平台，也较大程度地提高了实验资源的利用率，为学生用户进行可视化的监控操作创造了便利，解决了现有传感器实验由于实验场地固定、实验时间唯一、实验设备有限等缺陷阻碍学生用户与学习资源之间直接交互的问题，创建了一种强交互式的智能实验环境。
[0077] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些
修改和变型属于本发明
权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
