远程虚拟实验平台的设计与实现

程雪敏

摘要：该文提出运用LabVIEW编程语言构建远程实验室的概念，设计采用模块化设计方法，具有虚拟实验和虚拟仪器两大模块，可以完成《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《信号分析系统》等课程实验，建立了友好的人机界面，实现了在局域网内信息动态、交互的管理。该系统操作界面简洁，使用方便。为培养学生自主性学习、减少实验维修费用、提高实验灵活性提供了一种有效的实现方案，具有一定的使用价值和现实意义。

关键词：远程教学；虚拟实验平台；LABVIEW

中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2012）34-8245-03

随着计算机技术的发展，传统的教学模式已经远远不能满足现代信息社会教育发展的需要。基于新的教学模式的虚拟教学突破了时间和空间的限制，使学习者可以在任何地点、任何时间进行学习，使教与学更加的灵活。利用虚拟实验室可以弥补传统实验室的缺陷，同时也使远程教育实验成为可能。在未来的教育技术中将会是一个重要的分支。[1]所谓“虚拟实验室”（Virtuallaboratory），是一种基于Web技术、VR虚拟现实技术构建的开放式网络化的虚拟实验教学系统，是现有各种教学实验室的数字化和虚拟化。[2]实验者可以随时进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验。虚拟实验室不但为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持，还可以随时为学生提供更多、更新、更好的仪器。电子类各学科实验的专业性强、难兼容性高，仪器设备的更新快、维修费用大，实验内容陈旧、缺乏创新性等问题极大地困扰着电子专业教师的教学工作，为解决以上问题，我们提出了此研究课题。

1LabVIEW概述

LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench），是一种图形化的计算机编程语言，它提供了用“图标”代替“写程序文本”的全新编程方法。美国国家仪器公司NI（NationalInstruments）提出“软件即是仪器”的虚拟仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河[3]。LabVIEW程序（又称“虚拟仪器”）能够方便地改变设置的功能，组成具备不同功能的仪器设备。虚拟仪器突破了传统仪器的概念，使测量仪器与计算机之间的界限消失，开创了测量仪器的新时代。是科研、教育、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具。[4]

2远程虚拟实验平台的设计

基于LabVIEW的远程虚拟实验平台主要由虚拟实验和虚拟仪器两大部分组成，每个模块下含有若干子模块，远程虚拟实验平台结构图如图1所示。

2.1密码登陆系统的设计

该设计主要是防止非授权用户的非法操作，只有注册用户、管理员才能进行实验或其它一些操作，比如查看实验数据、修改密码、修改用户权限等，以增加系统和测试数据的安全性。密码系统里面记录了当前用户的用户名、用户密码、用户权限、登录次数和最后登录时间等信息，如图2所示。

2.2虚拟实验室设计

从密码登陆系统“进入系统”就进入实验选择界面，虚拟实验室由虚拟实验和虚拟仪器两部分构成，可以直接链接到各子模块，具有直接退出系统功能。

虚拟实验室中的虚拟实验分为数字电路、电路分析、信号分析三个子模块，下面包含若干个实验，每个实验都具有返回上级界面、停止实验和直接退出系统功能，以采样定理演示实验为例，该实验通过设置不同的原始信号频率、采样频率观察不同采样效果，如图3所示。

2.3虚拟仪器设计

虚拟仪器主要实现了虚拟示波器、虚拟信号发生器、虚拟频谱分析仪等仪器功能，虚拟仪器功能较传统仪器强，且都具有返回上级界面、停止和直接退出系统功能，以FFT频谱分析为例，可以进行四通道FFT频谱测量分析并显示，可进行基波频率、谐波失真、谐波电平、最高次谐波、频谱分析类型等参数进行测量分析，如图4所示。

2.4网络发布

客户端可在局域网内远程访问（控制或浏览）VI面板，须安装LabVIEWRun-Time引擎，若无该引擎第一次浏览时会自动从NI网站下载并自动安装。远程访问时服务器VI需打开，多台访问时只有一台客户端能获得控制权。

3结束语

利用LabVIEW软件搭建的远程虚拟实验平台除了实现了常用虚拟仪器功能外，还对《数字电子技术》、《模拟电子技术》、《信号分析系统》等课程中常用实验进行了软件仿真验证，部分实验进行了软硬件结合的实验验证，既节约了实验仪器设备成本，减少了实验室维护费用，又提高了理论教学效果，在教学实践中取得了良好的成效。虚拟实验教学平台既可以应用于不同层次的学科的基础实验室，也可以应用于专业技术研发，在教学科研中能起很大作用，开发的虚拟实验室经由网络发布，学生可通过校园局域网自主学习访问。实现了资源共享，在线学习，在很大程度上提高教学、科研的质量和效率。

参考文献：

[1]苗壮，李凡长.远程虚拟实验室系统构建研究[J].系统仿真技术，2006（10）：2-3.

[2]石范锋.基于互联网的虚拟实验室的构建[J].工程技术与应用，2009，6（2）：1-4.

[3]陈锡辉，张银鸿.LabVIEW8.2程序设计入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007：2-3.

[4]雷振山，赵晨光，郭涛，等.LabVIEW8.2基础教程[M].北京：中国铁道出版社，2008：4-5.