趙　騏，金　衛(wèi)

(電子科技大學　自動化工程學院，成都　611731)

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基于Web的自動測試系統(tǒng)實驗教學平臺設計

趙騏，金衛(wèi)

(電子科技大學自動化工程學院，成都611731)

通過構建網絡化的自動測試系統(tǒng)實驗教學平臺，為該課程提供一種新型的實驗教學方法。平臺基于Web三層架構，用戶可根據當前實驗資源使用情況，靈活地選擇真實儀器和虛擬儀器兩類實驗模式，完成對自動測試系統(tǒng)實驗的遠程操作；同時兼顧了教學的管理，學生可訪問平臺獲得實驗指導等學習資料，教師可在線對實驗結果進行審核評分。通過這種新型的實驗教學平臺，可以有效緩解學校不斷增長的教學需求與教學設備短缺間的矛盾，具有現實意義。

網絡化；三層架構；自動測試系統(tǒng)；遠程實驗教學

互聯(lián)網技術蓬勃發(fā)展﹑日益普及，為Web技術與虛擬儀器相結合提供了無限的可能性。而遠程自動測試實驗平臺的出現，實現了多用戶在線遠程實驗操作，提高了實驗系統(tǒng)的利用率，降低了教學成本，是對自動測試系統(tǒng)課程教學的完善與補充。

網絡化的自動測試系統(tǒng)實驗平臺是一個無墻的中心，通過互聯(lián)網的訪問，學生不受空間和時間的限制，能隨時隨地進行在線自動測試實驗，共享儀器設備，獲取實驗數據，同時得到教師的遠程指導[1]。借助該平臺的功能，能夠有效地解決教學需求與教學設備之間的矛盾。

1　實驗平臺的需求分析

可以將自動測試系統(tǒng)實驗平臺視為一個開放式教學實驗型網站，通過一臺安裝了Web瀏覽器的計算機并登錄本平臺網站即可進行遠程自動測試實驗。平臺擬實現對電子測量儀器的虛擬仿真以及對真實儀器和虛擬儀器兩種模式的自動測試系統(tǒng)實驗的遠程操作[2]；同時兼顧對教學的管理，學生可訪問平臺獲得實驗指導等學習資料，教師可在線對實驗結果進行審核評分。

本平臺用戶包括平臺管理員、教師、學生以及游客，不同的用戶對本平臺有不同的用戶需求。平臺網站主要實現功能包括:用戶注冊，用戶登錄與注銷，個人信息查詢與修改，實驗資料下載，留言板提問(學生)，實驗操作(學生)，實驗審核與評分(教師)，實驗資料上傳(管理員、教師)，留言板答疑(管理員、教師)，添加實驗(管理員)和平臺新聞發(fā)布(管理員)。

實驗平臺模塊示意圖如圖1所示。

2　實驗平臺的結構設計

基于上面的需求分析，本平臺采用Web的3層構架設計而成，根據其業(yè)務屬性，自上而下劃分為表現層﹑業(yè)務邏輯層﹑數據訪問層，與之相對應的分別是Web服務器、應用服務器、數據庫服務器，其具體構成如圖2所示。3層構架的意義在于:程序員可以只關注整個結構中的其中某一層，降低了層與層之間的依賴，有利于標準化和各層邏輯的復用[3]。

圖1　實驗平臺模塊示意圖

圖2　實驗平臺網絡結構圖

網絡化的自動測試系統(tǒng)實驗平臺的實現方式有很多種，根據不同的平臺環(huán)境會選擇不同的編程語言。本平臺選用.Net Framework 4.0體系架構，通過使用Visual Studio 2010開發(fā)工具進行網站設計，使用SQL Server軟件進行數據庫管理。

3　自動測試系統(tǒng)實驗的分類

根據自動測試系統(tǒng)課程教學的需要，本平臺自動測試系統(tǒng)實驗分為傳統(tǒng)實驗室實驗和網絡化真實儀器實驗﹑網絡化虛擬儀器實驗[4]3類，其相關的實驗說明和資料，均可以在網絡化實驗平臺中下載。3類實驗有以下區(qū)別。

1)傳統(tǒng)實驗室實驗:平臺只提供相關的實驗介紹和資料，具體實驗操作需到真實的實驗室環(huán)境中進行；

2)網絡化真實儀器實驗:通過Web技術遠程控制實驗室的電子測量儀器進行數據測量和數據交互；

3)網絡化虛擬儀器實驗:通過Web技術遠程控制應用服務器端的虛擬仿真儀器進行模擬實驗。

網絡化自動測量實驗提供虛擬系統(tǒng)和真實系統(tǒng)兩種實驗方式選擇，前者是后者在時間和空間上的補充，學生可根據當前實驗資源使用情況靈活選擇實驗方式。網絡化真實儀器實驗系統(tǒng)構成如圖3所示；網絡化虛擬儀器實驗系統(tǒng)構成如圖4所示。

圖3　網絡化真實儀器實驗系統(tǒng)構成圖

圖4　網絡化虛擬儀器實驗系統(tǒng)構成圖

真實儀器實驗系統(tǒng)和虛擬儀器實驗系統(tǒng)在Web服務器端共用一個登錄平臺，其主要區(qū)別在于程控對象的不同；前者通過TCP/IP協(xié)議，與分布在現代測試技術實驗室的測控計算機通信，再通過每臺測控機程控真實儀器進行自動測試實驗；而后者的電子測量儀器均由LabWindows/CVI程序虛擬仿真而成，平臺通過應用服務器端的虛擬儀器實驗資源管理器，為用戶分配對應的虛擬儀器與實驗程序端口號，從而開啟自動測試實驗[5]。

4　虛擬儀器實驗資源管理器的設計

基于Web的自動測試系統(tǒng)實驗平臺的用戶具有隨機流動性，并不是每一時刻都有用戶登錄實驗，而在某一時刻可能對實驗需求量一下猛增，我們稱之為蜂群流量。在網絡化虛擬儀器實驗環(huán)境中，當一個用戶進行實驗操作時，其他用戶必須等待其操作完成后才能獲得操作權限，不能滿足多用戶在線遠程實驗的要求。為了滿足多用戶同時操作需求，避免實驗資源使用的沖突，有以下兩種方式的解決方案。

1)固態(tài)虛擬儀器分配。

在應用服務器端，啟動固定數量的虛擬儀器實驗臺(包括配套的虛擬實驗程序、虛擬儀器程序)。當用戶通過Web進行遠程虛擬儀器電子實驗時，可以依次訪問虛擬儀器實驗臺，若有空閑態(tài)的虛擬儀器實驗臺則立即開始實驗，否則等待其他用戶完成操作后開始實驗。然而固態(tài)分配為了應對蜂群流量，只能增加固定的實驗臺數，對系統(tǒng)CPU資源占用較高。

2)動態(tài)虛擬儀器分配。

在應用服務器端，建立專門的虛擬實驗資源管理器。當用戶訪問平臺實驗界面時，Web服務器向應用服務器端的資源管理器發(fā)起實驗開啟請求，資源管理器建立相應的虛擬儀器實驗臺進程；當用戶結束實驗時，Web服務器再次向資源管理器發(fā)送實驗結束請求，資源管理器關閉相應的虛擬儀器實驗臺進程。從效率來分析，動態(tài)分配方式只有當用戶發(fā)送實驗請求，才開啟相應的實驗臺，且實驗一旦結束，將自動關閉實驗臺進程，避免了空閑的進程對CPU資源的占用，提高了程序運行效率。

因此在最終實現過程中，本平臺采用動態(tài)虛擬儀器分配的方式，建立專門的虛擬實驗資源管理器，對虛擬儀器實驗的資源進行分配與管理。虛擬儀器實驗資源管理器具有以下功能:

1)能夠接收Web服務器發(fā)送過來的實驗請求；

2)能夠查詢虛擬實驗程序端口占用狀態(tài)，并顯示在面板之中；

3)能夠啟動相應虛擬儀器實驗臺(包括配套的虛擬實驗程序，虛擬儀器程序)并動態(tài)分配端口號；

4)能夠向Web服務器發(fā)送虛擬實驗程序的端口號；

5)能夠根據Web服務器的要求，關閉相對應的虛擬實驗程序和虛擬儀器。

5　結束語

本平臺使用LabWindows/CVI開發(fā)工具完成了電子測量實驗以及虛擬儀器的設計[6]。其中電子測量實驗包括SCPI可程控儀器標準代碼學習、脈沖參數測量兩類實驗，目的在于幫助學生熟悉常用儀器的程控方法、掌握常用儀器的主要程控命令，旨在提高學生對電子測量專業(yè)的掌握程度。由于網絡化實驗平臺具有高效率、操作方便、組建靈活、維護成本低等特點，可以有效緩解學校不斷增長的教學需求與教學設備短缺間的矛盾。它的實際應用在理工科教學中，尤其在電工電子、醫(yī)學、建筑、生化等學科大有作為。當然本平臺還有諸多不足之處，后期的開發(fā)可以考慮從交互性、及時性以及實驗多樣性等方面入手，對自動測試實驗平臺進行改進。

[1]陳長齡.自動測試及接口技術 [M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[2]秦紅磊.自動測試系統(tǒng)—硬件及軟件技術 [M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]高揚.基于.Net 平臺的三層架構軟件框架的設計與實現 [J].計算機技術與發(fā)展，2011(2):77-80.

[4]段中興，嵇啟春.網上虛擬實驗教學系統(tǒng)的開發(fā)與應用 [J].實驗技術與管理，2008(7):84-87.

[5] 李江全.虛擬儀器設計測控應用典型實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.

[6]王建新，隋美麗.LabWindows / CVI虛擬儀器測試技術及工程應用[M].北京，化學工業(yè)出版社，2011.

Web-Based Experimental Teaching Platform Design for Automatic Test System

ZHAO Qi，JIN Wei

(School of Automation Engineering，University of Electronic Science and Technology of China ，Chengdu 611731，China)

In this paper，the author provides the course Automatic Test System with a new experimental teaching method through establishing a networked automatic test experimental platform.This platform is based on three layer web structrues.Users can flexibly choose between real instrument and virtual instrument test modes account to the current experimental resource，and long-distance operation and control to automatic test experiment.Meanwhile it also realizes the management of teaching.Students can get learning information such as experiment guidance and teachers can review score of the result of the experiment online by this platform.Through this new type of teaching platform，it can effectively alleviate the school's growing contradiction between the shortage of teaching requirements and teaching equipment，and it has a practical significance.

networked; three layers structure; automatic test system; long-distance experimental teaching

2014-11-04；修改日期: 2014-12-09

趙騏(1990-)，男，碩士生，主要從事自動測試系統(tǒng)以及虛擬儀器技術方面的研究。

TP393；G642.4

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.022