CN107424396A - 基于无线通信的手机虚拟实验室及其实现方法 - Google Patents

基于无线通信的手机虚拟实验室及其实现方法 Download PDF

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刘玮
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Abstract

本发明公开了一种基于无线通信的手机虚拟实验室及其实现方法，其中虚拟实验室包括虚拟实验室仪表交互界面、虚拟实验室硬件和无线通信模块；虚拟实验室仪表交互界面运行于智能移动终端，接收用户对虚拟仪表的操作命令并显示实验结果，并将用户命令和参数通过无线信号发送给无线通信模块；无线通信模块接收虚拟实验室仪表交互界面通过无线信号发送的用户命令和参数，并将用户命令和参数传送给虚拟实验室硬件；无线通信模块还将虚拟实验室硬件完成的实验结果数据发送给虚拟实验室仪表交互界面；虚拟实验室硬件产生或采集实验所需结果数据。本发明公开基于无线通信的手机虚拟实验室及其实现方法，提升了虚拟实验室的便携性，并降低了对移动终端设备的依赖。

Description

基于无线通信的手机虚拟实验室及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种虚拟实验室及其实现方法，具体为采用无线通信、在智能移动终端实现的虚拟实验室及其实现方法。
背景技术
虚拟实验室是一种开放式网络化的虚拟实验教学***，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。虚拟实验室为开设各种虚拟实验室课程提供了全新的教学环境。虚拟实验台与真实实验台类似，可供学生自己动手配置、链接、调节和使用实验仪器设备。虚拟实验室一般由虚拟实验室交互界面和用于数据采集和信号产生的虚拟实验室硬件组成。
虚拟实验室的仪表交互界面一般运行于可移动终端，它的作用类似于真实环境下的各类仪表。用户在仪表交互界面能够有使用真实仪表的体验，选择自己所需要的功能，设置实验所需要的参数，观察信号的波形，测量实验参数等。
虚拟实验室的硬件用于产生信号或者采集数据，同时可对采集的数据进行一些初步的处理，一般可以采用MCU微控制器与AD\DA芯片设计。虚拟实验室的硬件部分还包含与虚拟实验室仪表交互界面的通信部分，一般会集成用于数据传输的通信接口。
目前市场上虚拟实验室产品的仪表交互界面平台主要运行于PC机，而与硬件之间的数据传输主要通过USB协议传输。使用USB线连接很大程度上限制了虚拟实验室的便携性，而计算机的使用则是提高了虚拟实验室的硬件需求。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明公开了一种基于无线通信的手机虚拟实验室及其实现方法，提升了虚拟实验室的便携性，并降低了其对于移动终端设备的依赖。
技术方案：本发明采用如下技术方案：
首先，本发明公开了一种基于无线通信的手机虚拟实验室，包括虚拟实验室仪表交互界面、虚拟实验室硬件和无线通信模块；虚拟实验室仪表交互界面运行于智能移动终端，用于接收用户对虚拟仪表的操作命令并显示实验结果，并将用户命令和参数通过无线信号发送给无线通信模块；无线通信模块用于接收虚拟实验室仪表交互界面通过无线信号发送的用户命令和参数，并将用户命令和参数传送给虚拟实验室硬件；无线通信模块还将虚拟实验室硬件完成的实验结果数据发送给虚拟实验室仪表交互界面；虚拟实验室硬件产生或采集实验所需结果数据。
进一步地，虚拟实验室仪表交互界面通过wifi信号发送用户命令和参数。
进一步地，无线通信模块采用TI公司的CC3200R1Wifi模块。
进一步地，无线通信模块通过SPI接口与虚拟实验室连接。
其次，本发明公开了基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法，包括如下步骤：
(1)用户在运行于智能移动终端上的虚拟实验室仪表交互界面选择实验功能并输入参数；
(2)虚拟实验室仪表交互界面将用户选择的功能转换为命令，并将命令和参数通过无线信号发送给无线通信模块；
(3)无线通信模块接收到命令和参数后发送给虚拟实验室硬件；
(4)虚拟实验室硬件对命令进行解析，完成实验，并将回复指令或实验结果数据传输到无线通信模块，无线模块再次通过无线信号将指令或实验结果数据传输到虚拟实验室仪表交互界面；
(5)虚拟实验室仪表交互界面接收到来自无线通信模块的数据，并对数据进行还原，最终在虚拟实验室仪表界面显示相应的信号波形或测量数据。
进一步地，所述基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法中，虚拟实验室仪表交互界面通过wifi信号发送用户命令和参数。
进一步地，所述基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法中，无线通信模块采用TI公司的CC3200R1Wifi模块。
进一步地，所述基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法中，无线通信模块通过SPI接口与虚拟实验室连接。。
有益效果：与现有技术相比，本发明公开的虚拟实验室具有以下优点：1、虚拟实验室仪表交互界面软件可以运行于智能手机等智能移动终端，手机相较于PC机，成本较低、便携性更好且受众面更广，所以更有利于虚拟实验室教学***的建立，降低对于硬件设备的需求；2、本发明采用wifi信号进行无线通信，传输数据，相较于USB协议通信，灵活性更好，实现了“无线化”连接的虚拟实验室。
附图说明
图1是基于无线通信的手机虚拟实验室组成框图；
图2是虚拟实验室仪表交互界面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
图1是基于无线通信的手机虚拟实验室组成框图；图2是虚拟实验室仪表交互界面。
用户可在运行于智能手机端的虚拟实验室交互界面进行功能选择。例如在进行基础电路实验时，用户可以选择信号发生器功能，产生不同频率、幅度的正弦波、方波、三角波等。也可以使用示波器功能测量信号的波形，或者利用波特图仪测量***的幅频、相频特性等。在虚拟实验室交互界面的操作与实验室真实仪器的操作是相似的。
目前广泛使用的智能移动终端，如智能手机、平板电脑等均自带Wifi功能，在Android开发环境中，使用Java的scoket模型完成与硬件端无线模块的连接，虚拟实验室将用户所选功能或者信号参数对应的指令集采用TCP/IP协议进行发送。
无线通信模块负责虚拟实验室仪表交互界面与虚拟实验室硬件之间的数据传输。无线通信模块可以与虚拟实验室硬件集成在一起，本实施例中无线通信模块采用TI公司的CC3200R1Wifi模块，该模块通过SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口与虚拟实验室硬件连接，将接收到的数据传输到硬件端。
虚拟实验室硬件完成对用户命令的解析，并将信号的数据或者采集的数据通过SPI接口传输到无线通信模块，再次通过TCP\IP协议将数据传输到智能终端；
虚拟实验室仪表交互界面通过socket模型接收到来自无线模块的数据，按照约定数据格式进行信号还原，在虚拟实验室的交互界面上显示波形、频谱、测量值等，如图1示。
在实际使用中，该虚拟实验室能够实现信号发生器、示波器、频谱仪、波特图仪、逻辑分析仪、直流电压表功能，能够产生实验所需的正弦波、方波、三角波等，能够用示波器、频谱仪观察波形的时域、频域波形，测量***幅频相频特性、测量数字***逻辑特性，测量直流电压等，能够达成虚拟实验室的要求，灵活便携，受众面广。

Claims (8)

1.一种基于无线通信的手机虚拟实验室，其特征在于，包括虚拟实验室仪表交互界面、虚拟实验室硬件和无线通信模块；
所述虚拟实验室仪表交互界面运行于智能移动终端，用于接收用户对虚拟仪表的操作命令并显示实验结果，并将用户命令和参数通过无线信号发送给无线通信模块；
所述无线通信模块用于接收虚拟实验室仪表交互界面通过无线信号发送的用户命令和参数，并将所述用户命令和参数传送给虚拟实验室硬件；所述无线通信模块还将虚拟实验室硬件完成的实验结果数据发送给虚拟实验室仪表交互界面；
所述虚拟实验室硬件产生或采集实验所需结果数据。
2.根据权利要求1所述的基于无线通信的手机虚拟实验室，其特征在于，所述虚拟实验室仪表交互界面通过wifi信号发送用户命令和参数。
3.根据权利要求1所述的基于无线通信的手机虚拟实验室，其特征在于，所述无线通信模块采用TI公司的CC3200R1Wifi模块。
4.根据权利要求1所述的基于无线通信的手机虚拟实验室，其特征在于，所述无线通信模块通过SPI接口与虚拟实验室连接。
5.一种基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用户在运行于智能移动终端上的虚拟实验室仪表交互界面选择实验功能并输入参数；
(2)虚拟实验室仪表交互界面将用户选择的功能转换为命令，并将命令和参数通过无线信号发送给无线通信模块；
(3)无线通信模块接收到命令和参数后发送给虚拟实验室硬件；
(4)虚拟实验室硬件对命令进行解析，完成实验，并将回复指令或实验结果数据传输到无线通信模块，无线模块再次通过无线信号将指令或实验结果数据传输到虚拟实验室仪表交互界面；
(5)虚拟实验室仪表交互界面接收到来自无线通信模块的数据，并对数据进行还原，最终在虚拟实验室仪表界面显示相应的信号波形或测量数据。
6.根据权利要求5所述的基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法，其特征在于，虚拟实验室仪表交互界面通过wifi信号发送用户命令和参数。
7.根据权利要求5所述的基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法，其特征在于，所述无线通信模块采用TI公司的CC3200R1Wifi模块。
8.根据权利要求5所述的基于无线通信的手机虚拟实验室实现方法，其特征在于，所述无线通信模块通过SPI接口与虚拟实验室连接。
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