第一章 緒論

近年來由于國內(nèi)高等院校不斷擴招，導致高校學生數(shù)量急劇增加，對高等教育的資源和質(zhì)量都帶來了一系列的挑戰(zhàn)。尤其是對于工程類學科來說，實驗室問題尤為突出，比如因高校資金緊張，導致高校實驗室不能及時更新實驗設備，實驗室場地數(shù)量少，學生做實驗只能分批、分時復用實驗設備等問題，導致學生的理論知識學習與實驗驗證難以同步進行。針對這些問題，很多高校就采用實驗錄像的方式，讓學生分組觀看，從而希望能讓學生對那些昂貴的實驗設備有一個初步的認識。但這些只能讓學生“看”實驗，而不能“做”實驗的方式對學生的工程實踐、動手操作能力的培養(yǎng)是非常不利的。很多學生的知識水平只局限于一些理論推導和孤立的課程知識點，嚴重缺乏創(chuàng)新能力及動手解決實際問題的能力。于是很多教育工作者及教育專家開始呼吁應當要盡可能地給學生多一些“理論結(jié)合實際”的實驗平臺，但是由于資金和場地問題，學校是很難滿足大量學生對實驗設備，特別是貴重儀器的批量購置需求。如何突破資金和場地瓶頸，使學生有足夠的時間通過實驗研究探索感興趣的問題成為高等教育研究關(guān)注的焦點。

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第二章 系統(tǒng)的方案設計及技術(shù)分析

2.1  系統(tǒng)功能需求分析

通過對東華大學信息學院的實地調(diào)研，結(jié)合我院的實驗管理制度及工作現(xiàn)狀，分析整理出目標系統(tǒng)的管理功能性需求和系統(tǒng)的用戶類型，除了系統(tǒng)管理員之外，最重要的就是實驗課程管理員、實驗課程教師以及學生等都會使用目標系統(tǒng)進行相關(guān)操作。由于工作內(nèi)容的不同，每種用戶的權(quán)限及操作的功能模塊也是不同的，下面就根據(jù)用戶類型來重點分析每種用戶的功能需求 (1) 系統(tǒng)管理員的功能需求 系統(tǒng)管理員一般來說是目標系統(tǒng)中最重要的一個用戶角色，擁有系統(tǒng)中最高的操作權(quán)限，其他用戶角色的基本信息都由系統(tǒng)管理員來進行管理和維護，還需要對系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)進行維護和管理，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)可能存在的問題和故障，保障系統(tǒng)的運行安全。圖 2-1 給出系統(tǒng)管理員工作職責所涵蓋的六大功能模塊。

2.2  遠程實驗管理控制系統(tǒng)方案架構(gòu)設計

完成遠程實驗管理控制系統(tǒng)的功能需求分析是為了形成兼顧各方需求的總體方案及技術(shù)架構(gòu)，由于系統(tǒng)的功能性需求內(nèi)容繁多，同時系統(tǒng)功能的穩(wěn)定性還需實時更新，將系統(tǒng)根據(jù)功能進行模塊劃分。合理的系統(tǒng)架構(gòu)和模塊劃分會為系統(tǒng)的后期維護和功能擴展提供很大的靈活性。 本課題主要是以網(wǎng)絡通信技術(shù)，Web 應用程序開發(fā)技術(shù)，ZigBee無線通信控制技術(shù)為基礎，設計與開發(fā)了一個遠程實驗管理控制系統(tǒng)。系統(tǒng)包括遠程Internet 訪問模塊（瀏覽器 Web 網(wǎng)頁控制），Web 本地服務器模塊，ZigBee 電源開關(guān)無線控制模塊。圖 2-5 給出系統(tǒng)整體方案架構(gòu)。

第三章  Web 管理控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn) .............. 22 

3.1  系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及相關(guān)算法原理 ............ 22
3.2  開發(fā)環(huán)境配置 ............... 32 
3.3 Web 管理控制界面的原型設計 ............... 36
第四章  ZigBee 電源開關(guān)無線控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)....... 47 
4.1 ZigBee 技術(shù) ............ 47 
4.2 ZigBee 電源開關(guān)無線控制系統(tǒng)模塊設計 ............. 48
4.3 ZigBee 樹路由協(xié)議改進算法的研究設計 .............. 50
第五章  系統(tǒng)測試 ............. 68
5.1 Web 管理系統(tǒng)測試 ......... 68 
5.2 Web 遠程控制系統(tǒng)測試............ 76 
5.3  本章小結(jié) ........... 82

第五章 系統(tǒng)測試

5.1 Web 管理系統(tǒng)測試

根據(jù)流程圖和前面章節(jié)的功能需求分析，我們將測試四種不同角色用戶下各功能實現(xiàn)。備注：本次實驗測試由于條件的限制，我們將開發(fā)的 Web 應用程序掛載至阿里云服務器進行測試，來完成系統(tǒng)的基本功能。首先在瀏覽器地址欄輸入打開東華大學遠程實驗管理控制系統(tǒng)登錄界面，如圖 5-2 所示。

5.2 Web 遠程控制系統(tǒng)測試

若判斷到點擊的是電源系統(tǒng)開 BUTTON1 控件事件，即點擊選擇電源系統(tǒng)開按鈕，命令將通過 Web 系統(tǒng)發(fā)送給本地服務器，服務器接收命令后將命令發(fā)送給 ZigBee 發(fā)送模塊，ZigBee 通過路由找到實驗裝置電源處的 ZigBee 接收模塊，ZigBee 接收模塊終端節(jié)點控制電源開關(guān)，將開關(guān)閉合，LED 指示燈亮，實驗裝置進入工作狀態(tài)，可以開始實驗。測試結(jié)果如圖 5-27 所示。若判斷到點擊的是電源系統(tǒng)關(guān) BUTTON2 控件事件，即點擊選擇電源系統(tǒng)關(guān)按鈕，命令將通過 Web 系統(tǒng)發(fā)送給本地服務器，服務器接收命令后將命令發(fā)送給 ZigBee 發(fā)送模塊，ZigBee 通過路由找到實驗裝置電源處的 ZigBee 接收模塊，ZigBee 接收模塊終端節(jié)點控制電源開關(guān)，將開關(guān)斷開，LED 指示燈滅，實驗裝置處于斷電狀態(tài)，學生無法進行實驗。測試結(jié)果如圖 5-28 所示。
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第六章 總結(jié)與展望 

本文通過對國內(nèi)外大量的有關(guān)遠程實驗室文獻的研究，詳細地分析了遠程實驗室的設計方法，綜合比較了 B/S 和 C/S 模式的優(yōu)缺點。在此基礎上，，設計并開發(fā)了遠程實驗管理控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是基于 Web 的遠程實驗管理和基于ZigBee 的遠程實驗電源系統(tǒng)開關(guān)的控制，分析了系統(tǒng)的需求，給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，主要包括: 首先對系統(tǒng)的整體方案進行分析，從不同用戶角度分析系統(tǒng)的功能需求，給出系統(tǒng)的總體設計方案，并對系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行分析比較，選擇滿足系統(tǒng)功能需求的相關(guān)技術(shù)。其次對 Web 管理控制系統(tǒng)進行了設計。包含 Web 管理控制系統(tǒng)的功能分析，并對開發(fā) Web 管理控制系統(tǒng)的技術(shù)進行闡述，并研究系統(tǒng)中用到的相關(guān)技術(shù)算法原理，將算法原理很好的應用于系統(tǒng)的開發(fā)中，然后對 Web 管理控制系統(tǒng)的頁面進行設計并實現(xiàn)，最后對 Web 管理控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進行了設計，分析并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫中相關(guān)的數(shù)據(jù)表。

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參考文獻（略）

本文編號：68305