一种双IP显微镜及基于双IP显微镜的互动实验教学系统的制作方法

本发明涉及显微镜，具体涉及一种双ip显微镜及基于双ip显微镜的互动实验教学系统。

背景技术：

1、数码显微互动实验教学系统一般是由显微镜、数码成像系统、计算机网络、教师端计算机、学生端计算机、计算机软件构成的一种显微镜实验教学系统，可以实现教师端与学生端的数据共享与教学互动，从而提升显微镜实验教学的教学效果和体验，广泛应用于生物、医学领域的教学过程中。数码显微互动实验教学大致已经经历了模拟网络、有线网络、半无线网络、全无线网络四个发展阶段，终端设备从模拟采集卡发展到pc终端以及移动终端，系统越发成熟。

2、在现有全无线显微互动系统中，图1是典型的实现方案(202211313687.5)，包括教师端显微镜(内置数码成像模块)，教师端计算机、无线ap、学生端显微镜(内置或外置数码成像模块)、学生端终端设备(计算机、手机、平板等)等组成。

3、市面上常见两种具体实现的方式，一种方式是将无线显微镜(内置无线网卡)和外部用户终端(学生端、教师端、第三方设备)均作为一种无线网络终端，通过无线ap接入同一个局域网络；另外一种方式是首先一外部用户终端(如学生端)通过usb接口等非网络有线方式连接显微镜，然后再把另外的用户终端(如教师端或第三方设备)通过无线ap接入同一个局域网络，教师端通过访问学生端间接访问显微镜获取图像。第一种方式的全部设备均要接入无线ap，在一般情况下，如果一间教室存在30个点位，就要有至少60个终端设备通过无线ap接入网络，网络压力大，数据传送量大，容易出现卡顿、掉线、误码等问题；第二种方式虽然可以减少一半的设备接入，但是无法满足多个外部用户终端同时访问一个显微镜设备的问题，缺乏灵活性，并且外部用户终端需要更多的线缆进行供电和图像传输，对终端设备的性能要求也更高。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的上述缺陷，提供一种双ip显微镜及基于双ip显微镜的互动实验教学系统，通过端口映射完成显微镜第一ip地址和第二ip地址之间的数据交换，降低了无线传输的网络压力，保证了传输图像的质量，且能够满足多个外部用户终端(学生端、教师端)同时访问一个显微镜的需求。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一方面，一种双ip显微镜，包括摄像装置；还包括数据线接口转有线网卡模块、无线网卡和嵌入式操作系统；所述数据线接口转有线网卡模块中配置有第一ip地址；所述无线网卡配置有第二ip地址；所述第一ip地址和第二ip地址处于不同的局域网中；

4、所述嵌入式操作系统与数据线接口转有线网卡模块和无线网卡分别相连接以实现第一ip地址和第二ip地址之间的端口映射；所述数据线接口转有线网卡模块和无线网卡分别与摄像装置相连接以传输图像数据。

5、优选的，所述数据线接口转有线网卡模块为typec转有线网卡模块。

6、优选的，所述typec转有线网卡模块包括依次连接的typec接口、typec设备控制器、第一fifo存储控制单元、第一网络mac地址管理单元和第一网络接口；所述typec接口与typec数据线相连接；所述第一网络接口与网线相连接；

7、所述typec转有线网卡模块还包括第一电源控制单元，所述第一电源控制单元与typec设备控制器相连接以控制typec接口作为供电接口对外供电。

8、优选的，所述数据线接口转有线网卡模块为usb转有线网卡模块。

9、优选的，所述usb转有线网卡模块包括依次连接的usb接口、usb设备控制器、第二fifo存储控制单元、第二网络mac地址管理单元和第二网络接口；所述usb接口与usb数据线相连接；所述第二网络接口与网线相连接；

10、所述usb转有线网卡模块还包括第二电源控制单元，所述第二电源控制单元usb设备控制器相连接以控制usb接口作为供电接口。

11、优选的，所述嵌入式操作系统包括ipfilter内核，通过ipfilter内核进行端口映射。

12、优选的，所述摄像装置集成在双ip显微镜的镜体内部或设置在双ip显微镜的镜体外部；所述摄像装置设置在双ip显微镜的镜体外部时，通过三头目或目镜转接与显微镜连接。

13、另一方面，一种基于双ip显微镜的互动实验教学系统，包括所述的双ip显微镜；还包括：分别与所述双ip显微镜相连接的教师端和学生端；所述学生端通过数据线与数据线接口转有线网卡模块相连接以进行通信；所述教师端通过无线ap与无线网卡相连接以进行通信；所述学生端的ip地址与第一ip地址处于相同的局域网中；所述教师端的ip地址与第二ip地址处于相同的局域网中。

14、优选的，学生端、教师端和双ip显微镜的互动方法如下：

15、学生端访问双ip显微镜时，访问数据依次经过数据线和数据线接口转有线网卡模块发送至双ip显微镜，所述双ip显微镜返回摄像装置采集的图像数据，图像数据依次经过所述数据线接口转有线网卡模块和所述数据线返回给学生端；

16、教师端访问双ip显微镜时，访问数据依次经过无线ap和无线网卡发送至显微镜后，所述双ip显微镜返回摄像装置采集的图像数据，图像数据依次经过所述无线网卡和所述无线ap返回教师端；

17、教师端访问学生端时，访问数据依次经过无线ap和无线网卡发送至显微镜，所述嵌入式操作系统通过端口映射将教师端的访问数据转发到数据线接口转有线网卡模块，经过数据线到达学生端；学生端返回的数据依次经过数据线和数据线接口转有线网卡模块到达显微镜，所述嵌入式操作系统通过端口映射将返回数据转发到无线网卡，再经无线ap到达教师端；学生端访问教师端时，学生访问数据依次经过数据线和数据线接口转有线网卡模块到达显微镜后，所述嵌入式操作系统通过端口映射将学生端访问数据转发到无线网卡，再经过无线ap到达教师端；教师端的返回数据依次经过无线ap和无线网卡到达显微镜，所述嵌入式操作系统通过端口映射将教师端的返回数据转发到数据线接口转有线网卡模块，再经过数据线到达学生端。

18、优选的，所述的基于双ip显微镜的互动实验教学系统，还包括：第三方设备；所述第三方设备通过所述无线网卡访问显微镜。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

20、(1)本发明的双ip显微镜包括配置有第一ip地址的数据线接口转有线网卡模块以及配置有第二ip地址的无线网卡，通过嵌入式操作系统的ipfilter内核实现第一ip地址和第二ip地址之间的端口映射，从而实现无线网络与有线网络的互通，降低了无线传输的网络压力，保证了传输图像的质量，且能够满足多个外部用户终端(学生端、教师端)同时访问一个显微镜的需求；

21、(2)本发明的数据线接口转有线网卡模块中的数据线接口，能够同时实现有线网络通信及对外部用户终端(学生端)供电，较少了系统的线缆连接；

22、(3)学生端经由显微镜与教师端进行通信，降低了无线网络数据压力，无线ap的需求数量减少，硬件成本降低；学生端与显微镜有线连接，提升学生端图像传输效果，可实现1080p@30fps的浏览效果；允许第三方设备通过无线ap访问显微镜，保留无线通信的便捷性与扩展性。

23、根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述及其他目的、优点和特征。