基于Hadoop的云教学资源平台设计与实现

第一篇：基于Hadoop的云教学资源平台设计与实现

第34卷第16期

企业技术开发

月

TECHNOLOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE

2015年6Jun．2015 VoL34 No．16

张拥华

(湖南工业职业技术学院，湖南长沙410208)

摘要：随着教学资源的不断增加，海量的数据资源如何实现有效的管理已经成为高校研究的一个新难题。文章的研究内

容是基于Hadoop的云教学资源平台的研究和设计。目标在于经过实现基于Hadoop的云教学资源平台，提高系统的安 全 性，解决教育资源在存储方面的问题，给教学提供一个安全、稳定、方便的教育资源平台。

关键词：Hadoop；教学资源；云平台

中图分类号：TP333 文献标识码：A 文章编号：1006—8937(2015)16—0024—04

DoI：10．141650．cnki．hunansci．2015．16．008

of cloud based teaching resource platform based

Design and implementation

on Hadoop

ZHANG Yong-hua

(Hunan Industry Polytechnic，Changsha，Hunan 410208，China)

Abstract：With the continuous increase of the teaching resources，how to realize the effective management of the huge amount of data has become new research in the university difficult problem．The research content of this paper is based the research and of the cloud platform of teaching based Hadoop．Goal is through implementation based Hadoop cloud platform of design in storage，for students to provide safe，teaching resources，improve the security of the system，solve problem of educational stable and convenient platform for the of education．

Keywords：Hadoop；teaching resources；cloud platform

云计算，是当前现代信息技术领域非常前沿的一种 年2月，NDFS(Nutch分布式文件系统)和MapReduce由

于 技术，利用云计算技术可以将分布在不同地理位置的计 在Nutch项目中应用良好，所以，分离出来成为一套命 强大的计算能力，并 名 算机集成在一个平台下，实现大型的超级计算机，获得 为Hadoop的独立而完整的软件。

且可以实现对所管辖的计算机资源 Hadooop是Apache旗下的用于分布式计算的一个 开 全方位的管理和控制【11，目前，全球众多研究人员、科研

源平台[21。HDFS(Hadoop分布式文件系统)和MapReduce

(谷歌MapReduce的开源实现)是Hadoop的核心，使 机构致力于云计算的研究，并获得了不少成果。

用

利用云计算的优势，将其应用到教学领域将有利于 Hadoop的用户可以清晰地了解系统底层的分布式架构[3]。

促进学生自主学习，提升教学质量和效果，作为云计算 Hadoop的整合资源的能力可以使用户轻松构建自己的 的常用框架Hadoop，目前已经在很多应用中被广泛使用，分布式云计算平台，同时，Hadoop集群存储和计算的能 本文将利用Hadoop技术设计并实现一个云教学的资源 力，也使用户更好地处理海量的数据。平台，从而有

随着Hadoop的发展，越来越多的项目加入到这个 效的整合学校的各类教学资源，保证教师

大 和学生都能便捷的从该资源平台获取教学资源，提高教 集合中，除了HDFS和MapReduce#]"，HBase、Hive、Common、Pig、Avro等项目也已经成为其不可缺少的一部

Chukwa、学质量，提升教学效果。

分，它们之间协同工作，为用户提供更好的服务[41。Hadoop平台概述

2系统设计框架

Hadoop是在Apache Nutch的基础上发展起来 的，Nutch项目作为Lucene项目的一部分开始于2002年。2006 2．1系统需求分析 基：J：Hadoop的云教学资源平

台主要是需要为用户提

收稿日期：2015—04—27

供所需要的教学资源，因此，平台必须资源丰富、功能完

作者简介：张拥华(1977一)，女，湖南宁乡人，硕士研究生，讲师，研究 整、用户具有良好的体验，通过对笔者所在学院进行调

方向：大数据分析和云计算研究。

项目基金：湖南省教育厅科学研究项目“云计算环境下的精准营销团 研走访，可以将本系统的需求总结为以下六个方面。

购网站关键技术研究”(12C1032)①降低存储成本。教学资源随着信息技术在教育领

万方数据 基于Hadoop的云教学资源平台设计与实现

．

resources a on resources Oil on resources a resources

第34卷第16期

张拥华：基于Hadoop的云教学资源平台设计与实现

域的发展呈现爆炸式增加，传统的教学资源平台存储这

些海量数据的成本是非常高的。因此，新的系统应该严格

观地使用系统，将自己的请求发送给系统，系统接收到 请求后就会产生响应将用户所需要的东西发送给用户。

本系统主要的功能就是能够存储并管理海量的教学 控制存储成本，用比较低的成本来存储海量的教学资源。

②要保证教学资源数据以及用户信息的安全性。任 何一个系统的安全性都是非常重要的，特别是用户的个

图 人资料信息。

③要能够整合教学资源。将各种教学资源进行统一 存储，整合旧有的教学资源，并不断添新，丰富平台的教 学资源。

④在完成基本功能的基础上，要能够给用户提供个

性化的服务。比如，能够自动为用户推荐自己感兴趣的

教学资源以及要为用户提供自己的专属空间等。用户在

这个平台上应该是可以相互交流的，这样更有利于教学

资源平台的发展。

⑤这个系统应该是一个开放的系统，而不是封闭的。对象主要是教师和学生，但是对于其他

的群体也应该是来者不拒的。

停变化的，该系统要能够具备良好的扩展性，使系统上 ⑥要保证系统具有很好的扩展性。用户的需求是不

线后仍能继续增加满足用户需求的功能。

．2系统总体框架

本教学资源平台从下到上大致分为4层：数据资源

层、数据存储层业务逻辑层以及用户层。基： ＼，f’

]=Hadoop的 云教学资源果毛采的总体框架模型，如图

1所示。

I 目录管理系统管理

安全臂蓬用户管理

资源管理权限臂瑾

l㈣芋i，i

图1平台整体框架的设计

数据资源层：主要用于管理和存储大量的教学资源 数据，由多台廉价的Pc构成，属于系统的硬件资源，是 整 个系统的最底层。

数据存储层：为教学资源平台提供分布式存储和计 算，主要负责任务的分配和数据的管理，是由MapReduce

和HDFS共同组成的。

业务逻辑层：提供了系统平台的资源管理、目录管

功能，主要用于存储系统和应用

程序之间的沟通。

用户层：是整个系统的最顶层。用户可以在这一层直

万方数据

资源。该教学资源平台主要是由教学资源管理、系统平 台管理、管理员模块和用户模块4个功能模块构成，如2所示。工

角色。教辑、学生、院梭、企业、社会

基于H·d∞口的云教学

资霉平台平台管瑶l l教学资源管瑶

到国斟剧剧圉引圉 图2平台的功能模块设计l||||l圉目剖圉匡

虽然系统的服务 教学资源模块：包括教学资源的分类管理、教学资 源的上传、查询、下载和删除等功能；

平台管理模块：包括报警管理、故障管理以及服务 器管理等功能； 管理员模块：包括普通用户的权限管理、用户的日 志管理、用户管理等功能； 用户管理模块：包括用户的注册、用户的登陆、用户个人资料的编辑以及用户文件的增删改查功能。2．3系统功能设计 在基于Hadoop的云教学资源平台中，管理员和用户 都可以通过浏览器注册登录后按照自己的意愿进行一 定的操作，这些操作都是在他们各自权限允许的范围内。普通用户使用本系统时的情况，如图3所示。和普通用户

相关的功能有：文件评价、文件下载、文件上传、查看教 学资源详细信息、查看教学资源列表、登录与注册、修改 个人资料以及密码找回等。

图3用户用例图 普通用户在注册通过之后，可以通过登录本系统来 获取自己所需要的教学资源，同时也可以将自己的拥有 的教学资源共享给其他的用户。理、安全管理和设置等 在设计开发本系统的时候，我们要在实现基本功能 的基础上更多地为用户考虑。因此，我们设计了资源关 注和资源评价功能。在教学资源平台中，有很多教学资 源是持续更新的，用户可以使用系统的资源关注功能来

企业技术开发

2015年6月

关注自己喜欢的教学资源，当这些教学资源更新后，系

表2 mapred-site．mall的配置信息表 统会自动提 醒关注该教学资源的用户。另外，用户下载 Parameter Value

资源之后需要对该资源

mapred．job．tracker http：／／192．168．1．4：9001 低来对不

进行评价，系统会根据评价的高

同用户上传的相似资源进行排序。同时，其他

(要)hdfs—site．xml文件的配置。用户也可以根据资源评 价来判断某一资源是不是自己

这个文件主要的作用是设置HDFS相关的信息，该 想要的，资源评价功能的推出能让用户更快、更好地找 文件在基=J：Hadoop的云教学资源平台中的具体配置信

到最优的教学资源。

息，见表3。

表3 hdfs—site．xml的配置信息管理员使用本系统时的情况，如图4所示。与管理

Value Parameter 表 员相关的功能有：审核教学资源、管理普通用户信息、普!

坐!：堡￡！!塑！

通用户权限控制以及集群信息管理等。

core—site．xml文件的配置。

这个文件主要的作用是设置Hadoop集群的全局性

参 数，如I，O属性、日志文件以及临时目录等，该文件在

基于 Hadoop的云；教学资源平台中的具体配置信息，见表 4。

裹4 core—site．mall的配置信息表

Parameter ValRe

hadoop．tmp．dir ／usr／Hadoopltmp

fs．default．nalne hdfs：192．168．1．4：9000

图4管理员用例图

与普通用户相似，系统也只对管理员开发器权限之 3．2分布式计算模型实现 内的功能模块。管理员可以

查看和更改系统的某些配置，本文所设计的基于Hadoop云-教学资源平台的分布式

计算模型包括两部分，分别是Map和Reduce，其模型，还可以管理用户的信息和教学资源，监控系统运行的错 如

图5所 误日志信息，保证系统的正常运行，给用户带来最佳的

示。体验。

A 土 ／主＼，＼ 3系统实现(M j

f乡(U

丫 1(4：黼：v 3．1 Hadoop平台搭建

为了完成本文所设计的基=f：Hadoop的教学资源平

如n·p姆K々＼

台，首先，需要搭建Hadoop平台。Hadoop的配置文件分为 L———一一

l

Grelt喇l 只读类型的默认文件和定位设置文件两类，默认文件包

括mapred—queues．xml、mapred—default．xml、hdfs—default．xml

以及core—default．xml，定位设置文件包括mapred—queues．

xml、mapred—site．xml、hdfs—site．xmlVA及core—site．xml。我们

通常使用configuration类来读取hadoop 图5系统分布式计算模型 xml形式的的配置文件，通过

将云教学资源平台中的海量资源数据分割为M个片 resource来定位Hadoop的配置，每个resource都

包含很多的name／value对。下面对需要重点进行配置的文 段进行Map映射操作，产生键值对，然后，对k值进行

操作，产生新的元组，将这些新产生的元组分给为R个片

Group 件进行说明。

(!)Hadoop—env．sh文件的配置。段进行Reduce归约操作，将输出的数据保存到分布式 数 这个文件主要的作用是设置安装在计算机上的JDK 据库中，从而实现分布式计算模型。

的位置，还可以设置Hadoop守护进程的环境变量，该文 3．3主要模块实现流程图 件在基于Hadoop的云教学资 源平台中的具体配置信息，限于篇幅，本文主要对用户登录和注册模块、资源

推送模块的流程图进行说明。

见表l。

表1 lhdoop—env．sh的配置信息表 ①用户登录和注册模块。

Parameter ValHe

只有经过注册登录的用户才可以使用系统的功能。

java__home usr／jav叫dkl．6 用户登录注册的流程图，如图6所示。当用户在系统登录

界面输入账号的时候，系统会判断该用户名是否已经存 @)mapred—site．xml文件的配置。

在于数据库的用户信息表中，如果存在就进行用户名和 这个文件主要的作用是设置MapReduce的位置信息

密码的验证工作，否则，系统会提示用户进行注册。中和运算参数等，该文件在基于Had00p的云教学资源平台 万方数据

M，审 Kl：v

④

(毒)

“：v

KI：V蛆：y，上、KI：vl【l：v眨：7 K3．y酣：Y

Kl：VK2：v 髓：v

owttmt 牵牵({)孛牵l【3：v．T

94：v,v

K5：T 的具体配置信息，见表2。

在用户注册的时候，用户名、密码、邮箱以及性别等 第34卷第16期

张拥华：基于Hadoop的云教学资源平台设计与实现

否

古

图6用户登录注册流程图

信息都是必填的，验证注册信息的时候我们采取邮箱验

图7教学资源推送流程图 证的方式。同时，注册成功的用户在登录之后会拥有自

册登录到云教学资源平台中搜索自己所需要的教学资 己的个人空间，还可以修改自己的资料，添加和关注自

源，提高了老师科研和学生学习的效率。同时，教师和 己感兴趣的教学资源类别。

学生还可以在本系统中进行互动交流，增强师生之间的②教学资源推送模块。

关系。

教学资源推送功能就是系统智能地、主动地将用户

可能需要的教学资源推送给用户。系统记录用户平常查 参考文献：

看、下载、上传和关注的教学资源类型，然后，对这些记

【l】刘鹏．云计算【M】．北京：电子工业出版社，2010．

录进行分析，从而找出用户对那一类型的教学资源感兴

【2】饶丹鹃．多媒体教学资源云共享平台设计研究【D】．南京：趣。最后，再将云服务器中评分较高的或者是最新更新

南京师范大学，2013．的这一类型教学资源推送给用户。由于这个功能是系统

【3】闫娟，耿凯峰，刘丽．基：：J：Hadoop平台的教育资源库建设 的主动行为，因此，用户可以选择是否开启此功能。教学

【J】．河南师范大学学报(自然科学版)，2013，41(2)：161—

资源推送功能的流程图，如图7所示。

164．结语

【4]柳俊．基于Hadoop的海量教学资源存储平台的设计与研究

【J】．电脑与电信，2013，(7)：27—29，32．

本文的研究主要是为了解决海量教学资源存储的 [5】蒋宁，李文，李鸿彬．基于Hadoop的云计算辅助教学平台 问题，云教学资源平台使用了当前非常热门的云计算技

研究[J】．中国远程教育，2012，(9)：79—82．

术来进行海量数据的存储和处理。老师和学生都可以注

制出高转换率太阳能薄膜电池

据俄(STRF))科学网站近日消息，俄科学院约飞

在平行的研究中，俄研究人员致力于完善一种 物理技术研究所的研究小组研制出一种新的太阳能

新的产品，基于硅材料的薄膜太阳能电池。2012年，薄膜电池，这种基于硅材料的太阳能电池组件，其光

日本三洋公司基于晶体非晶体异质结技术的太 阳能 电转换效率理论可达27％。

电池专利到期，俄科学家借助于该专利技术，利用俄 俄(XeBen))公司通过与瑞士合作在俄设厂生产 诺贝尔奖获得者阿尔费罗夫关于光电异质化的研究 太阳 能电池，年产100兆瓦特的薄膜太阳能电池组 成果，研制出一种新的太阳能薄膜电池。这种新的太 件。瑞士的生产技术保障所产太阳能电池组件光电

阳能薄膜电池基于硅材料，生产中利用等离子化学 转换效率达到8．9％。为完善该技术并进一步提高光

沉降的方法在晶体硅表面形成一层非晶体硅的纳米 电转换率，2010年，俄(XeBen))公司在约飞物理技术

薄膜。目前该研究中心生产的基于该技术的薄 膜太 研究所建立了薄膜太阳能电池技术研究中心，该中

阳能电池组件的工业样品光电转换率已达

21％，超

心的研究人员逐渐将该种薄膜太阳能电池的光电转 过传统薄膜太阳能电池组件的近2倍。换效率提高

至10％，进而达到12％。

(来源：科技部网站)

●●●●

万方数据

第二篇：教学资源共享平台设计与实现

教学资源共享平台设计与实现

摘要

随着多媒体信息技术和计算机网络技术的日益普及，网络教学作为教育的一种形式在世界范围内得到迅猛的发展，它突破传统教育过程在空间和时间上的限制，实现了教育资源在更大范围上的共享。网络教育资源建设是影响网络教育发展，保障网络教育质量的重要因素之一。怎样有效解决资源的网络共享问题，提高教学资源的可利用率，如何实现教学资源信息化的优化管理，充分发挥网络信息共享资源在高校教学中的作用等问题便成了每个高校迫切需要解决的问题。现在许多高校已经成功的搭建了自己的网络资源共享平台，有许多的成功经验，而作为新型高等本科院校，教学资源平台的建设还往往处于起步摸索阶段，因此有必要借鉴其它高校的成功经验，加快教学资源平台的建设，改善现存的资源共享访问瓶颈，为高校科研教学提供良好的资源服务。

通过创建交互式网页应用的网页开发技术手段，数据不再和页面以及网站混粘在一起，它独立了跟着用户走。在基于数据的应用中，用户需求的数据，可以从独立于实际网页的服务端取得并且可以被动态地写入网页中。帮助用户即师生解决管理、维护、存储、分享内容，并且通过用户对资源的访问密集度来作出整个网络资源的分布调整计划，使系统网络资源平台的共享性得到充分的发挥。

[关键词] 资源共享

管理系统

存储分享系统

ABSTRACT

目录

一、前言...........................................................................................................................................4

二、需求分析.................................................................................................错误！未定义书签。

（一）、系统需求...................................................................................错误！未定义书签。

（二）、功能需求...................................................................................错误！未定义书签。

1.权限设置......................................................................................错误！未定义书签。

三、总体设计.................................................................................................错误！未定义书签。

（一）、基本设计概念和处理流程.......................................................错误！未定义书签。

（二）、系统层次模块图.......................................................................错误！未定义书签。

（三）、数据库设计...............................................................................错误！未定义书签。

1.数据库需求分析..........................................................................错误！未定义书签。

四、详细设计与设计.....................................................................................错误！未定义书签。

五、结论与体会.............................................................................................错误！未定义书签。参考文献.........................................................................................................错误！未定义书签。

教学资源共享平台设计与实现

一、前言

目前，大多数的校园网络平台是针对用户使用功能定制的，没有一个统一的校园网教学资源库的建设。教师在使用网络资源时，仍然需要到校园网以外的网上搜索资源，使得某些共享教学资源重复被搜索、下载，降低了他们的利用率。为了提高共享教学资源的利用率，建立一个规范、丰富、实用、可广泛共享的高校网络教学资源共享系统，已经成为亟待解决的问题。

第三篇：基于协同过滤的学习资源推荐平台的设计与实现

基于协同过滤的学习资源推荐平台的设计与实现

摘要：在科技日新月异的时代人们需要了解技术发展趋势并获取精准有效的学习内容。学习资源推荐平台基于协同过滤技术预估用户偏好，提供个性化推荐。系统对于用户没有给予评分的资源采用隐式评分规则，降低评分矩阵的稀疏度，从而提高资源推荐的精度和效率。

关键词：推荐系统；协同过滤；隐式评分

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）12-0074-02

1概述

随着互联网的快速发展，在线学习模式也应运而生。然而在信息爆炸的二十一世纪，“信息过载”的问题日趋显著，如何快速从纷繁众多、参差不齐的学习资源中快速发现适合自身的专业水平的高质量学习内容已成为一个普遍的难题。因此，学习资源推荐系统的出现是大势所趋。

本系统在通用的最新、最热、好评推荐之外，还试图通过用户基本信息和学习行为预测该用户的偏好，并匹配用户学习深度进行个性化推荐。如何将推荐技术为用户提供精确的、具有针对性的服务是本系统重要的研究内容。

2协同过滤算法

协同过滤技术的核心思想包括两部分：利用用户的历史评分记录计算用户之间的相似性；然后，基于相似性较高的邻居用户对项目的评分来预估目标用户对特定项目的评分。系统选取高评分的项目进行推荐。

对于协同推荐中的“冷启动”问题，本系统采用了新用户基于内容推荐策略，根据注册信息中的兴趣点来推荐对应的学习资源。而对于用户没有直接给予评分的项目，系统采用隐式评分策略，以此来解决评分矩?稀疏问题。

与基于项目的推荐相比，协同过滤方法的可以对视频类的非结构化对象进行推荐，并且突破了相似推荐的局限，可以启发用户的新兴趣点，进行更有价值的推荐。

3推荐策略和用户评分计算

3.1推荐策略

本学习资源平台支持以下四种推荐：

1）最热推荐：基于观看次数的推荐。

2）最新推荐：基于资源上线时间的推荐。

3）好评推荐：基于资源评分的推荐。

4）个性推荐：基于用户兴趣和学习行为的推荐。

其中，个性推荐仅针对系统注册用户。对于新用户，根据用户注册信息中的兴趣点，基于内容推荐。对于老用户，基于协同过滤技术预测用户评分，选取高评分的项目推荐。

此外，系统对所有类别下的学习资源进行深度级别的标记。在个性推荐时，若发现用户已经在进行高级别的学习时，不再推荐同类别下相对低级别的资源。

3.2 用户评分计算

在协同过滤推荐算法中，对相似用户的界定，依据用户对资源的已有评分情况。即两个用户对资源的评分越相近，则喜好越相似，即相似度越高。

对资源的评分，本系统分为显示评分和隐式评分两种。显示评分，即用户对资源的评分。然而某些用户没有评分习惯，则可以启动隐式评分机制。即根据用户的行为来给资源评分。系统对资源的评分采用10分制，最高10分。具体评分规则如表1，初始得分为0分。

当用户的打开视频浏览，即可评4分，当浏览时长超过3分钟，即评6分，如果用户将这个视频观看结束（可分多次），即评8分。若用户收藏该学习资源，无论浏览时长多少，直接评10分。用户取消收藏，评分不变。隐式评分仅用于用户没有显示评分的情况。

系统将根据用户对视频的评分来计算用户相似度，从而产生协同推荐。系统实现

整个系统的实现主要包括三个部分：基本的在线学习功能模块、收集用户行为模块和推荐生成模块。

系统前台提供在线学习服务，同时收集用户行为。后台启动定时任务，计算推荐资源列表。对于浏览资源少于20个的新用户，根据注册信息进行推荐。而对于老用户，根据评分矩阵计算相似用户集合，从而预估用户喜好。之后，过滤掉在同一类别下，难度级别低于当前学习级别的资源。从而生成最终的推荐列表

每次用户登录时，在首页显示个性化推荐学习资源。如图2所示。下一步工作

随着系统的用户和资源数目不断增加，计算量越来越庞大，考虑迁移到hadoop平台，借助高性能分布式计算，做到实时推荐。此当多个客户同时访问、高并发请求时系统能否承受高负载，应当从优化数据库的结构、查询语句，使用高效率的编程语言、高性能的Web容器等方面着手考虑。

推荐算法也可以在已有基础上进行优化，例如计算用户相似度时可以使用反差忽略部分用户。此外，本系统使用的推荐算法是基于用户的，同时也可以添加基于物品的推荐换个角度为用户推荐学习资源。

参考文献：

[1] 孙光浩，刘青丹，李梦云.个性化推荐算法综述[J].软件，2017（7）.[2] 胡国强.基于协同过滤算法的MOOC个性化推荐系统[J].信息技术，2017（6）.[3] 韩亚楠，曹菡，刘亮亮.基于评分矩阵填充与用户兴趣的协同过滤推荐算法[J].计算机工程，2016（1）.[4] 于洪，李俊华.一种解决新项目冷启动问题的推荐算法[J].软件学报，2015（6）.[5] 李宝，张文兰.智慧教育环境下学习资源推送服务模型的构建[J].远程教育杂志，2015（3）.[6] 王宁.学习系统中基于用户行为分析的推荐算法研究[J].Computer Era，2015（11）.[7] 叶树鑫，何聚厚.协作学习中基于协同过滤的学习资源推荐研究[J].计算机技术与发展，2014（10）.[8] 刘建国，周涛，汪秉宏.个性化推荐系统的研究进展[J].自然科学进展，2009（1）.[9] 吴颜，沈洁.协同过滤推荐系统中数据稀疏问题的解决[J].计算机应用研究，2007（6）.

第四篇：基于FTP的教学资源管理平台设计与实现（模版）

基于FTP的教学资源管理平台设计与实现

摘要：在现代教学过程中，师生之间经常需要交流大量的文件，如课件，作业等。传统的文件交流方式，如电子邮件，网站，专用软件，FTP等形式都有各自的缺点，效果不够理想。本文探讨改进基于FTP的教学资源管理平台，主要包括使用第三方软件搭建FTP服务器，使用ASP.Net编写的平台对用户帐户和发布的资源进行管理，以及使用VPN技术让校园外网用户访问校内的FTP服务。

关键字：FTP，教学资源，Serv-U

一、校园教学资源管理现状

在现代教学过程中，师生之间经常需要交流大量的教学资料：教师向学生发布的课件、教案、作业、习题、课程相关素材以及课外学习资料；而学生也需要向教师提交课堂练习、课后作业、实验报告等材料。目前，这个过程主要通过以下几种方式进行：

１、电子邮件：学生交作业时最常用。主要缺点：不易确认是否送达；容易出现重复邮件；不适合大文件传送。

２、HTTP方式：在建设精品课程时最为常见。主要缺点：需要事先准备网站并上传资源；一般只用于下载。

３、局域网内的C/S程序：各种机房教学软件一般自带作业收发功能。缺点：必需在同一机房内才能进行；容易出现数据包丢失，导致传送的文件损坏。

４、FTP方式：师生可快速上传和下载各种教学文件。而FTP的部署有很多选择，如Windows系统自带的组件、Serv-U、Home FTP Server和Gene6 FTP Server等。不足之处：需要配置大量帐户，否则管理困难。

二、部署基于FTP的教学资源站

1、选择部署FTP服务器的软件，需要满足以下要求软件：

1）可以配置足够多的用户帐户；

2）能够对各用户帐户进行配置，如主目录、文件访问权限、传输速度控制、限定用户可使用的磁盘空间大小等；

3）能够灵活地配置虚拟目录，使得当用户被隔离在自己的专用目录中的同时，还能够便捷地访问一部分存放其它文件夹中的公共资源，如教师发布的课件；

4）可以将用户分组进行管理，如：以班级为单位分组，然后统一配置权限；

5）能将用户及配置信息以数据库的形式保存和调用，方便我们对FTP站点的管理；

满足以上条件的FTP服务器软件有很多，即有收费的，也有免费的；其中，应用较为广泛，各类参考资料较多的是Rob Beckers公司开发的收费软件，Serv-U。这个软件目前的最高版本为11.x。

2、在Serv-U中创建域并配置数据库

Serv-U在安装完成后，先要添加一个域，然后为域指定侦听端口（默认21），接着是用户管理。用户相关的信息默认存放在工作目录中的配置文件里。为了方便管理和二次开发，我们在Windows中配置好使用SQL数据库的ODBC数据源，然后指定Serv-U使用这个ODBC数据源。

3、Serv-U的用户管理

创建域之后，首先应该先按照本单位的组织结构及角色分类创建相应的群组，如系部组、班级组、教师组、学生组等。其次是添加用户信息，主要有以下步骤：

1）为每个用户（学生、老师）创建一个帐户并设置“允许用户修改密码”；为了方便管理，帐户名通常为学号和工号；

2）设定用户的主目录和目录权限；通常用户在自己的主目录里有完整的权限（读、写、重命名、删除、创建子目录）；

3）设定用户的磁盘配额（可以使用的磁盘空间大小）及文件传输时的速率（上行/下载）；

4）将用户加入对应的群组，根据之前步骤创建的群组，5）设置用户密码并下发；以下是两种密码下发和管理的思路：

①Serv-U 11.X版在用户的WEB登陆界面中提供了“找回密码”功能，在配置好SMTP服务后，用户随时可通过自己的帐号和预设的邮箱重设自己的密码。

②采用Vs2008自行设计一个.net站点提供用户管理功能，使用Linq技术实现数据库的增删改查的操作。

应当注意的是，Serv-U的数据库中的用户密码是加密存储的，公式为： 存储密码＝ xy+MD5加密（xy+用户密码）

其中，xy为两个随机生成的小写字母。参考代码如下：

private string Encode(string strUserPsw){ //此方法将用户输入的密码加密为Serv-U的密码存储格式

Random R = new Random();string Head =((char)(97 + R.Next(25))).ToString()+((char)(97 + R.Next(25))).ToString();string UserPassword = System.Web.Security.FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(Head + strUserPsw, “MD5”);return Head + UserPassword;} private bool CheckPassWord(string PswFromInput, string PswFromDB){ //此方法比较用户输入的密码与数据库中记录的密码是否一致

string Head = PswFromDB.Substring(0, 2);//Head=数据库中记录的用户密码前两位

string ePawFormInput = System.Web.Security.FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(Head + PswFromInput, “MD5”);//将 Head+用户输入密码 进行MD5加密

return ePawFormInput==PswFromDB;}

4、虚拟目录和用户群组

虚拟目录是我们选择Ser-U的一个重要原因。我们的平台要求每个用户在使用前必需先登录，并锁定用户在各自独立的主目录内，这时若需要用户能够访问到一些在他们主目录之外的资源，就需要使用虚拟目录了。添加虚拟目录后，还需要对相关的用户群组设置目录权限。具体过程举例如下：

①假设整个FTP站点的工作目录为K:jtFTP；

②在站点工作目录下建立两个子目录：Teachers和Students，分别用于存放教师帐户和学生帐户对应的主目录；如教师帐户t0016对应的主目录是K:jtFTPTeachert0016；

③教师t0016需要向09软件班发布课堂练习素材时，先将文件上传到自己的FTP主目录的一个子目录（share）中，然后在当前FTP域内建立虚拟目录，主要包括：

 物理路径： K:jtFTPTeachert0016share；

 映射到： %HOME%（这是一个系统变量，指代用户的主目录）；  虚拟名称： 张老师_课堂练习_0301；

④虚拟目录建立后，给对应的用户群组（09软件班）添加share目录的读取和列表权限；如果没有指定权限，学生的主目录中不会出现上一步骤中建立的虚拟目录；

⑤此班级学生登录FTP后，将在自己的主目录中看到一个新的子目录（张老师_课堂练习_0301），目录中的内容可以下载，但无法删除和修改；

⑥当需要学生提交作业时，教师t0016在自己的主目录新建一个子目录（stuWork），并确保这个子目录内已经为每个学生建立了一个与学生帐户同名的文件夹，然后在当前FTP域内建立虚拟目录，主要包括：

 物理路径： 教师主目录stuWork20120301%user%；(%user%变量指代用户帐户，如学生s010901091访问的这个虚拟目录其物理路径为“20120301s010901091”） 映射到： %HOME%；

 虚拟名称： 交作业0301；

⑦虚拟目录建立后，给班群组添加“教师主目录 stuWork 20120301”完整文件权限；

⑧此时学生的主目录中将出现名为“交作业0301”的新文件夹，学生可以在此目录内随时提交和修改文件；同时每个学生在此虚拟目录中的操作都是相对独立的，不会互相影响。

学生登录后的虚拟目录示意图，对用户来说和普通目录没有什么区别

⑨教师可以使用FlashFxp等FTP客户端工具将位于自己主目录下的作业目录快速地复制下来。

上述教师建立虚拟目录的过程可以通过自编写WEB站点来实现。教师只需要在WEB站点中填写新建虚拟目录的名称，选择对应的班级群组和权限即可；站点界面参考如下。

三、让外网用户访问FTP服务器

校园内网通常都会部署防火墙，如果想让外网访问内网的服务，一般需要在防火墙上开放一个对应的端口。

FTP服务工作时通常使用的是Pasv模式。这个模式一般需要两个连接。一个固定的侦听端口（默认为21），一个连接用的端口。当客户端向服务器进行连接时，服务器会在预先指定的端口范围中选中一个(如4068）并打开，然后告知客户端，客户端收到消息后，向服务端的这个端口发起连接，连接成功后才可以正常使用FTP服务。因此，同时在线的用户越多，开启的新端口就越多。如果要允许用户在外网直接以FTP方式访问，则需要在防火墙上开启一系列的端口，增加安全隐患。

目前比较常用的解决方法是通过VPN进行访问：校园内网的防火墙上只开启VPN服务；外网用户首先通过VPN拨号进入内网，然后就可以像在内网中一样正常使用内网服务了。至于VPN服务的部署有很多种方式，可以使用专门的VPN服务器，在防火墙开放VPN服务相关的几个端口；也可使用自带VPN服务的防火墙，如fortigate 1000A。

另外，Serv-U 11.X版本中提供的以WEB形式访问FTP的功能为我们提供了一个新的解决方案：只需要在防火墙上开放一个WEB服务的端口，用户就可以像浏览网站一样访问FTP上的资源了。

第五篇：PLC一体化教学实验平台设计与实现

题目：

2013 PLC组态一体化教学实验平台

设计与实现

单位部室：阳煤职教中心实践教学部 专 业：机电一体化与自动控制 作 者：陈志鹏 指导教师：

年10月23日

PLC组态一体化教学实验平台设计与实现

摘要： 随着阳煤集团高产高效矿井的建设，矿井机电设备向着高电压、大功率、控制系统高科技方向发展，PLC在煤矿应用上越来越广泛，它的简化接线、性能可靠、事故率低、编程容易、控制多样等特点，为越来越多的工程师所喜欢，有着广阔的发展前景。同时PLC是一门实践性非常强的课程，实验环节至关重要。针对如何在低成本条件下进行PLC一体化教学，同时保证教学效果，提出了PLC电气控制系统设计与组态监控设计相结合的PLC一体化教学课程。实践表明，监控组态技术的应用可以大大提高学生的编程技巧和动手能力，丰富学生的工程实践经验，达到一体化教学的目的。

关键词：PLC ；一体化教学 ；教学实验平台 ；组态控制技术 PLC简介及它在煤矿生产方面的应用

PLC称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller,PLC），它主要用来代替继电器实现逻辑控制。随着技术的发展，这种采用微型计算机技术的工业控制装置的功能已经大大超过了逻辑控制的范围，因此，今天这种装置称作可编程控制器，简称PC。但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程序控制器简称PLC。PLC自1969年美国数据设备公司（DEC）研制出现，现行美国、日本、德国的可编程序控制器质量优良，功能强大。PLC主要特点有：

① 可靠性高，抗干扰能力强。② 配套齐全,功能完善,适用性强。③ 易学易用,深受工程技术人员欢迎。④ 系统的设计、建造工作量小,维护方便。⑤ 体积小,重量轻,能耗低，通用性强。

随着煤矿机械化程度的不断提升,PLC在实际生产中得到了广泛

PLC一体机 的应用。例如：主井箕斗提升就是利用了PLC控制系统实现了定量装载。地面主提升绞车均采用了双PLC加可控硅模块控制系统。煤矿井下采煤机、综掘机、主要扇风机、主排水泵等大型控制设备的核心元件均采用PLC,井下各种低压磁力启动器核心元件也逐步为PLC所代替。地面厂的数控机床等也已经采用了PLC控制,随着现代化管理水平的不断提高,PLC和组态软件的有效结合在煤矿生产领域中得到了越来越广泛的应用。

２ 组态控制技术简介及应用

组态控制技术属于计算机控制技术，利用组态控制技术构成的计算机测控系统的原理框图所示可以看出它们是由传感器、下位机、上位机等几部分组成。虽然从结构上看与一般计算机测控系统

组态控制技术框图

基本相似，但是采用组态技术的计算机控制系统从硬件设计到软件开发都具有组态性，系统的可靠性和开发速度都得到了大幅度提高。通常认为，组态技术是计算机控制技术综合发展的结果，是技术成熟化的标志。在组态概念出现之前，要用计算机实现某一控制任务，都是通过编写程序（如使用 C等）来实现的。编写程序不但工作量大、周期长、而且可靠性差。组态控制技术的出现，解决了这个问题，对于过去需要几个月的工作，通过组态几天就可以完成。

目前，国内外许多自动化设备生产厂家，如德国西门子公司、日本三菱、台湾研华、中国时利和等，生产了众多供选择的工业标准机 箱、工业级元件、总线结构过程通道板卡、工控机接口模块等，为推广硬件组态奠定了基础。在软件设计上由于采用成熟的组态软件进 行系统设计，软件开发周期大大缩短了。组态软件是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，能以灵活多样的组态方式（而不是编程方式）提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法，其予设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，并能同时支持各硬件厂家的计算机和I/O设备，与高可靠的工控计算机和网络系统结合，可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口，进行系统集成。需要指出，组态软件不仅是组态控制技术中的重要组成部分，而且由于具有远程监控、数据采集、数据分析、过程控制等强大功能，在自动化系统中占据主力军的位置，逐渐成为工业自动化系统中的灵魂。实例介绍PLC一体化教学实验平台的设计与实现 下面用西门子公司的Step7 Pro(内部包含有模拟器PLCSIM)和WINCC组态软件来仿真PLC基础实验--机械手实验。

3.1软件准备与硬件连接

首先需要一台装好了Step7 Pro和 WINCC的计算机，然后准备一台型号为S7-200（300,400）的西门子PLC。S7-200的编程口通过一条通信电缆(PC/PPI)与计算机的USB通信口连接,这样就可以在计算机上进行编程和监控了。

编程下载

仿真模拟

3.2 控制要求及I/O分配

机械手最开始处于左上端(左限位行程开关处于动作状态)。运行过程为:下将YV2--夹紧YV5--上升YV1--右移YV4--下将YV2--放松YV5上升YV1向左返回初始位置。自动控制:按下自动控制的起动按钮,机械手运行上述控制过程。按下停止时,机械手必须运行完当前周期停在初始位置。

I/O分配

梯形图

打开Step7 Pro根据控制要求进行程序的梯形图的编制，程序通过编译后下载到PLC中。下载完成后，关闭Step7 Pro，打开WINCC进行组态设计。

3.3 WINCC组态设计

利用WINCC组态软件建立监控系统,在工作台实时数据库中建立 对应的变量,都为开关型。然后设置好组态软件与PLC的串口通信方式。至此,已经将组态软件中的变量与外部PLC设备的端子进行连接,当PLC的输入、输出继电器状态发生变化时,将直接反映到组态软件的变量。最后建立监控画面模拟机械手实际工作情况。WINCC组态软件内部提供基本绘图工具,同时提供了丰富的元件库,用于画较复杂但常用的元件图形,如电机、阀门等。利用这些元件进行组态，可建立监控画面。对于各个元件对应设置相应的动画连接。监控画面中指示灯分别用颜色的变化指示机械手的工作状态,即当放下物体时,下移指示灯为绿色,否则显示红色,其它灯工作情况相似。接下来将元件的动作与变量的变化进行动画连接,即可利用监控画面控制机械手的动作情况。当没有实际装置时,通过监控画面可以让学生有实际操作的感受,从而增加工程实践的经验。

组态软件最突出的特点就是实时多任务。其用户是自动化工程设计人员，目的就是让用户迅速开发出适合自己需要的可靠的应用系统。典型应用实例如图。

I/O分配流程图

梯形图

传统PLC实训课与组态一体化教学

传统PLC实训课的被控对象多为工业设备，一般都有体积大、质量大、价格高等特点，很难在实验室配备。为了尽可能模拟被控对象，使缺乏实际知识的学生增加感性认识，许多学校在PLC实验室安装了模拟盘，如十字路口交通灯模拟盘、洗衣机模拟盘等，实验相应内容时，将PLC输入端／输出端连接到模拟盘对应的发光二极管上。这种模拟盘方法，一则限制了实验内容，二则不形象，不直观，三则连线很多，耽误时间。实践证明，教学效果并不理想。但是，即使这种模拟盘，在阳煤职教中心实践部微机控制实验室中也只有两套。从一体化教学角度上讲，这种配置远远不能满足为学生开设实验课的需要。另外，随着申办示范校工作的深入展开，PLC实验室也有扩充和更新的必要。如果仍然采用模拟盘方式，不仅占地大、花钱多，而且随着PLC实验内容的不断更新，模拟盘方式也会很快落后，最后被淘汰。

既然的PLC被控对象多为工业设备和机械，那么就给PLC实训课带来一个问题：采用真实被控对象既不现实，也不安全；没有被控对象模型，既不便学生理解实验内容，也很难激发学生的学习兴趣。将可编程控制器技术与组态软件有机结合，能为PLC的实训课教学提供一条新的途径。利用组态软件全真模拟PLC的被控对象，学生不需要实物而仅通过微机的显示器就可检验所编程序的正确与否和执行结果，这给师生双方都提供了很大方便。结束语

从教学意义上来说，用计算机组态全真模拟被控对象，不但可以

克服采用真实被控对象的缺点，而且可以用有限的设备、低廉的成本、多样化的程序，来丰富学生的实验课内容，大大增强PLC实验课的教学效果，形成理论、仿真、实践三位一体的教学模式，达到一体化教学的目的。

参考文献: [1] 林小峰.可编程控制器原理及应用[M].北京:高等教育出版社,1994.[2] 田瑞庭.可编程控制器应用技术[M].北京:机械工业出版社,1994.[3] 张万忠.可编程控制器应用技术[M].北京:化学工业出版社,2001.[4] 梁冠英,等.PLC在矿井提升信号系统中的应用[J].煤炭技术,2008.[5] 袁秀英 组态控制技术［1］ 北京：电子工业出版社。

[6] 严盈富 监控组态软件与PLC入门［1］北京：人民邮电出版社。

[7] 周美兰，周封，王岳宇 电气控制与组态设计［1］北京：科学出版社。