Inteligentní učebna a měřicí pracoviště

Transkript

1 Popis řešení modernizace AP9 (v1.1) Petr PFEIFER Liberec TENTO MATERIÁL VZNIKL ZA PODPORY EVROPSKÉHO SOCIÁLNÍHO FONDU A STÁTNÍHO ROZPOČTU ČESKÉ REPUBLIKY.

2 Obsah Úvod, motivace... 3 Nová koncepce... 6 Softwarová koncepce... 7 Závěr Citovaná literatura Seznam obrázků

3 Úvod, motivace V místnosti AP9 byla tento rok provedena modernizace pracovišť studentů ve cvičení a především přístrojového parku. Nové studenta se skládá především z: - stavebnice DOMINO, na které se zapojují jednotlivé úlohy - sady propojovacích vodičů a kabelů - několika napájecích zdrojů vč. zabudovaných - k dispozici jsou různé multimetry, voltmetry a další základní přístroje - generátor signálu - digitální osciloskop - standardní PC s displejem, myší a klávesnicí, obsahuje rovněž různá vstupně /výstupní rozhraní Následující obrázek ukazuje fotografii studenta se zapojenou úlohou. Další obrázek ukazuje základní prvky klíčového přístroje. S detaily možností osciloskopů je ale nutné se seznámit v [1]. 3

4 Obr. 1 Pracoviště studenta 4

5 Obr. 2 Detail přístroje (převzato z webu výrobce) 5

6 Nová koncepce Nové moderní typy přístrojů, včetně těch, které se podařilo zakoupit, mají mnoho pokročilých, často standardizovaných nebo kompatibilních funkcí, modulů a možností obecně. Použité typy umožňují doplnit základní model o různé moduly, včetně modulu Ethernet. Ale již v samotném základu je přístroj dodáván s možností ovládání pomocí komunikace po sériové lince RS232 nebo USB. V případě USB se jedná de facto o virtuální sériový komunikační tunel, včetně možnosti použití standardizovaných formátů příkazů, což skýtá nové možnosti a příležitost další modernizace učebny za současného významného snížení nákladů. Hardwarová koncepce Následující obrázek ukazuje základní zapojení klíčových prvků. Předpokládá se pouze spojení osciloskopu pomocí USB kabelu s PC u každého. Toto PC je samozřejmě již propojeno do sítě pomocí Ethernet twist kabelu. Obr. 3 Základní zapojení klíčových prvků 6

7 Softwarová koncepce Těžištěm řešení byla zvolena PC platforma, přítomná u každého studenta. Toto umožní radikální snížení nákladů na a zvýšení komfortu studentů i lektora, neboť není potřeba dokupovat samostatné moduly do přístrojů, ale především je možné libovolně doplňovat software na standardním PC. Systém nabízí široké konfigurační a monitorovací možnosti. Následující obrázek ukazuje popisovanou základní koncepci. (HTTP/S) Obr. 4 Základní koncepce SW řešení pro každé studentské 7

8 Klíčové prvky jsou následující: - osciloskop je spojen s PC pomocí USB kabelu přes virtuální COM. Na tento COM je napojen SW modul, který využívají studenti při měření úloh a ukládání dat, včetně vytváření protokolů z měření. Jedná se o aplikaci běžící v uživatelském režimu. Drivery zařízení je samozřejmě nutné nainstalovat v administrátorském režimu (typicky na začátku školního roku), tím ale nutnost administrátorských práv končí a vše ostatní je realizováno pod běžnými uživatelskými právy v profilu Student - PC pomocí SW vybavení vytváří spojení s Virtual COM a úlohami a lokálním programovým vybavením, přičemž zároveň na zvoleném TCP/IP portu umožní vytvoření zabezpečeného kanálu pro přístup do kanálu Virtual COM přes Ethernet - v současnosti velmi malý program komunikuje pomocí HTTP/S protokolu se serverem, na který se připojí student pomocí běžného webového prohlížeče (Internet Explorer, Firefox, apod.), a na kterém student realizuje zadané body dané úlohy příslušného cvičení - v konečné fázi je možné realizovat zobrazení dat, kopii obrazovky a případné dálkové ovládání osciloskopu. V prohlížeči vedoucího cvičení je tak možné na dálku zobrazit obsah obrazovky, případně zasáhnout do nastavení osciloskopu na jakémkoliv pracovišti. Samozřejmostí bude automatické dálkové nahrání potřebné konfigurace dané úlohy do všech přístrojů na začátku cvičení, nebo rovněž jednotlivě na žádost. Je evidentní, že popisovaná řešení umožní značné zefektivnit, zlevnit a realizovat výrazně interaktivní a zajímavé a moderní cvičení nejen pro studenty. Následující obrázky ukazují princip řízení pracovišť a obrazovku či program pedagoga, pomocí kterého je možné na začátku cvičení nahrát konfigurace do jednotlivých přístrojů, v průběhu cvičení pak přístroje a práci studentů kontrolovat, případně dálkově nastavit. V první fázi modernizace se používal program FreeWave, který byl ale rychle nahrazen zcela novým unikátním programem v rámci softwarového balíčku, vytvořeným a rozšiřovaným především v rámci bakalářských a diplomových prací studentů. V konečné verzi bude možné kombinovat nebo připojit rovněž řešení DOMINO, u kterého se ale nepředpokládá nasazení u všech pracovišť, především díky vysoké ceně celkového řešení. 8

9 učebna a WWW měřicí Server Vedoucí (lektor, pedagog) Obr. 5 Koncepce pracovišť (v reálném prostředí propojeno pomocí 1Gbit switche) 9

10 Obr. 6 Obrazovka hlavního programu pedagoga s kopiemi obrazovek osciloskopů jednotlivých pracovišť 10

11 Obr. 7 Obrazovka klienta na studentských PC ve speciálním režimu se zobrazením kopie obrazovky (v běžném režimu je okno zcela skryto a je dostupná pouze kopie přes server do web browseru) Závěr V tomto dokumentu jsem se pokusil ukázat koncepci a klíčové prvky řešení modernizace výuky a pracovišť studentů ve cvičení v místnosti AP9. V blízké budoucnosti tak bude možné provádět celé nastavení přístrojů pracovišť dálkově z jednotného místa počítače pedagoga pomocí unikátních řešení, vyvinutých v rámci našeho ústavu na půdě Technické univerzity v Liberci. 11

12 Citovaná literatura [ 1 ] Základní informace o přístroji dostupné na Seznam obrázků Obr. 1 Pracoviště studenta... 4 Obr. 2 Detail přístroje (převzato z webu výrobce)... 5 Obr. 3 Základní zapojení klíčových prvků... 6 Obr. 4 Základní koncepce SW řešení... 7 Obr. 5 Koncepce pracovišť (v reálném prostředí propojeno pomocí 1Gbit switche)... 9 Obr. 6 Obrazovka hlavního programu pedagoga s kopiemi obrazovek osciloskopů jednotlivých pracovišť Obr. 7 Obrazovka klienta na studentských PC ve speciálním režimu se zobrazením kopie obrazovky (v běžném režimu je okno zcela skryto a je dostupná pouze kopie přes server do web browseru) Revize Označení Datum Popis, změny Autor změn 0.x 2012 Pracovní verze Petr PFEIFER První oficiální verze Petr PFEIFER Upraven popis a přidána kopie obrazovky aktuální verze klienta Petr PFEIFER Poděkování: Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/ Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů. Formát zpracování originálu: titulní list barevně, další listy včetně příloh barevně. 12