程雪敏

摘要：該文提出運(yùn)用LabVIEW編程語言構(gòu)建遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的概念，設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法，具有虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬儀器兩大模塊，可以完成《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》、《信號(hào)分析系統(tǒng)》等課程實(shí)驗(yàn)，建立了友好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了在局域網(wǎng)內(nèi)信息動(dòng)態(tài)、交互的管理。該系統(tǒng)操作界面簡(jiǎn)潔，使用方便。為培養(yǎng)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)、減少實(shí)驗(yàn)維修費(fèi)用、提高實(shí)驗(yàn)靈活性提供了一種有效的實(shí)現(xiàn)方案，具有一定的使用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程教學(xué)；虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)；LABVIEW

中圖分類號(hào)：TN98 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2012）34-8245-03

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的教學(xué)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代信息社會(huì)教育發(fā)展的需要?；谛碌慕虒W(xué)模式的虛擬教學(xué)突破了時(shí)間和空間的限制，使學(xué)習(xí)者可以在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間進(jìn)行學(xué)習(xí)，使教與學(xué)更加的靈活。利用虛擬實(shí)驗(yàn)室可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的缺陷，同時(shí)也使遠(yuǎn)程教育實(shí)驗(yàn)成為可能。在未來的教育技術(shù)中將會(huì)是一個(gè)重要的分支。[1]所謂“虛擬實(shí)驗(yàn)室”（Virtuallaboratory），是一種基于Web技術(shù)、VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)構(gòu)建的開放式網(wǎng)絡(luò)化的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，是現(xiàn)有各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字化和虛擬化。[2]實(shí)驗(yàn)者可以隨時(shí)進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室操作儀器，進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室不但為實(shí)驗(yàn)類課程的教學(xué)改革及遠(yuǎn)程教育提供了條件和技術(shù)支持，還可以隨時(shí)為學(xué)生提供更多、更新、更好的儀器。電子類各學(xué)科實(shí)驗(yàn)的專業(yè)性強(qiáng)、難兼容性高，儀器設(shè)備的更新快、維修費(fèi)用大，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、缺乏創(chuàng)新性等問題極大地困擾著電子專業(yè)教師的教學(xué)工作，為解決以上問題，我們提出了此研究課題。

1LabVIEW概述

LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench），是一種圖形化的計(jì)算機(jī)編程語言，它提供了用“圖標(biāo)”代替“寫程序文本”的全新編程方法。美國(guó)國(guó)家儀器公司NI（NationalInstruments）提出“軟件即是儀器”的虛擬儀器（VI）概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了“軟件即是儀器”的先河[3]。LabVIEW程序（又稱“虛擬儀器”）能夠方便地改變?cè)O(shè)置的功能，組成具備不同功能的儀器設(shè)備。虛擬儀器突破了傳統(tǒng)儀器的概念，使測(cè)量?jī)x器與計(jì)算機(jī)之間的界限消失，開創(chuàng)了測(cè)量?jī)x器的新時(shí)代。是科研、教育、開發(fā)、測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量、測(cè)控等領(lǐng)域不可多得的好工具。[4]

2遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬儀器兩大部分組成，每個(gè)模塊下含有若干子模塊，遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.1密碼登陸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)主要是防止非授權(quán)用戶的非法操作，只有注冊(cè)用戶、管理員才能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或其它一些操作，比如查看實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、修改密碼、修改用戶權(quán)限等，以增加系統(tǒng)和測(cè)試數(shù)據(jù)的安全性。密碼系統(tǒng)里面記錄了當(dāng)前用戶的用戶名、用戶密碼、用戶權(quán)限、登錄次數(shù)和最后登錄時(shí)間等信息，如圖2所示。

2.2虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)

從密碼登陸系統(tǒng)“進(jìn)入系統(tǒng)”就進(jìn)入實(shí)驗(yàn)選擇界面，虛擬實(shí)驗(yàn)室由虛擬實(shí)驗(yàn)和虛擬儀器兩部分構(gòu)成，可以直接鏈接到各子模塊，具有直接退出系統(tǒng)功能。

虛擬實(shí)驗(yàn)室中的虛擬實(shí)驗(yàn)分為數(shù)字電路、電路分析、信號(hào)分析三個(gè)子模塊，下面包含若干個(gè)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)都具有返回上級(jí)界面、停止實(shí)驗(yàn)和直接退出系統(tǒng)功能，以采樣定理演示實(shí)驗(yàn)為例，該實(shí)驗(yàn)通過設(shè)置不同的原始信號(hào)頻率、采樣頻率觀察不同采樣效果，如圖3所示。

2.3虛擬儀器設(shè)計(jì)

虛擬儀器主要實(shí)現(xiàn)了虛擬示波器、虛擬信號(hào)發(fā)生器、虛擬頻譜分析儀等儀器功能，虛擬儀器功能較傳統(tǒng)儀器強(qiáng)，且都具有返回上級(jí)界面、停止和直接退出系統(tǒng)功能，以FFT頻譜分析為例，可以進(jìn)行四通道FFT頻譜測(cè)量分析并顯示，可進(jìn)行基波頻率、諧波失真、諧波電平、最高次諧波、頻譜分析類型等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量分析，如圖4所示。

2.4網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

客戶端可在局域網(wǎng)內(nèi)遠(yuǎn)程訪問（控制或?yàn)g覽）VI面板，須安裝LabVIEWRun-Time引擎，若無該引擎第一次瀏覽時(shí)會(huì)自動(dòng)從NI網(wǎng)站下載并自動(dòng)安裝。遠(yuǎn)程訪問時(shí)服務(wù)器VI需打開，多臺(tái)訪問時(shí)只有一臺(tái)客戶端能獲得控制權(quán)。

3結(jié)束語

利用LabVIEW軟件搭建的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)除了實(shí)現(xiàn)了常用虛擬儀器功能外，還對(duì)《數(shù)字電子技術(shù)》、《模擬電子技術(shù)》、《信號(hào)分析系統(tǒng)》等課程中常用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了軟件仿真驗(yàn)證，部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了軟硬件結(jié)合的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備成本，減少了實(shí)驗(yàn)室維護(hù)費(fèi)用，又提高了理論教學(xué)效果，在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的成效。虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)既可以應(yīng)用于不同層次的學(xué)科的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室，也可以應(yīng)用于專業(yè)技術(shù)研發(fā)，在教學(xué)科研中能起很大作用，開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)室經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，學(xué)生可通過校園局域網(wǎng)自主學(xué)習(xí)訪問。實(shí)現(xiàn)了資源共享，在線學(xué)習(xí)，在很大程度上提高教學(xué)、科研的質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]苗壯，李凡長(zhǎng).遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)構(gòu)建研究[J].系統(tǒng)仿真技術(shù)，2006（10）：2-3.

[2]石范鋒.基于互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[J].工程技術(shù)與應(yīng)用，2009，6（2）：1-4.

[3]陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW8.2程序設(shè)計(jì)入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：2-3.

[4]雷振山，趙晨光，郭濤，等.LabVIEW8.2基礎(chǔ)教程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2008：4-5.