邵曉娟,黎 煒

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,陜西咸陽,712000）

0 引言

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Wo rkbench）是一種程序開發(fā)環(huán)境，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，是由美國國家儀器公司研制開發(fā)的。LabVIEW實驗室虛擬儀器工程平臺是NI公司研制的圖形化編程軟件，也是目前最為成功、應(yīng)用最為廣泛的虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境。如果我們想要在計算機上依照自我需求來設(shè)計儀器，便可以采用虛擬儀器技術(shù)，該技術(shù)省去了其余復(fù)雜的操作過程，方便靈活且開發(fā)周期短。使用虛擬儀器技術(shù)不僅能夠使設(shè)計儀器的成本降低，一定程度上使工作效率大大地提高了。近年來，虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用的領(lǐng)域逐漸擴(kuò)散、發(fā)展，據(jù)統(tǒng)計在全球500強企業(yè)中使用了虛擬儀器技術(shù)的企業(yè)占有85%。除此之外，在教學(xué)領(lǐng)域虛擬儀器技術(shù)也具有廣大市場，發(fā)展前景極為樂觀。

隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機電氣網(wǎng)絡(luò)以其具備的可靠且快速的優(yōu)勢獲得了巨大的發(fā)展，廣域網(wǎng)或者是局域網(wǎng)上的計算機能夠進(jìn)行信息和命令交換，這表明虛擬儀器的使用范圍在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的協(xié)助下被拓展了，此外，強大的活力同時被注入虛擬儀器技術(shù)，從而使得數(shù)字化儀器的優(yōu)勢進(jìn)一步得到增強，順利地進(jìn)入了網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器階段。

LabVIEW內(nèi)置Web Server，具有非常強大的網(wǎng)絡(luò)功能，將虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合起來，遠(yuǎn)程教育的實驗課程可通過遠(yuǎn)程虛擬實驗室獲取相應(yīng)的解決方案。

1 電氣專業(yè)虛擬實驗室特點及意義

電氣專業(yè)教學(xué)實驗包括：整流濾波電路分析、模擬信號放大波形、數(shù)字電路實驗、交流調(diào)壓電路等，具有至關(guān)重要的作用，主要是幫助電氣專業(yè)的學(xué)生透徹地熟知并掌握電氣系統(tǒng)的基本概念與基本理論知識，使學(xué)生不再停留在課本文字上，提高他們的實際動手能力。在這些教學(xué)實驗中，需要的儀器較多，其中包括計時器、定時器、數(shù)字萬用表、示波器、頻譜分析儀以及任意波形發(fā)生器等等。在教學(xué)實驗中，尤為重要的是作為頻域分析儀器的頻譜分析儀，但是由于它的價格過于昂貴，實驗室至今尚未配備使用。區(qū)別于傳統(tǒng)的儀器，虛擬儀器具備多方面的優(yōu)勢，其性能、易用性以及用戶可定制性等都十分突出，同時虛擬儀器在社會經(jīng)濟(jì)效益與工程應(yīng)用方面也具有較為突出的優(yōu)勢。此外，傳統(tǒng)的電氣原理實驗實現(xiàn)各功能模塊主要依靠的是硬件電路，信號由信號發(fā)生器產(chǎn)生并用示波器對各點波形進(jìn)行觀察。然而，目前想要得到豐富的實驗結(jié)果是做不到，主要在于實驗條件有限，面對復(fù)雜的電路板學(xué)生難以從系統(tǒng)的觀點對各點波形的關(guān)系進(jìn)行分析。為了彌補傳統(tǒng)電器原理實驗的不足，其中行之有效的解決方案之一便是在教學(xué)實驗中引入虛擬儀器技術(shù)。

實現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬實驗室最現(xiàn)實的意義就是將其與教育系統(tǒng)相結(jié)合，為教育事業(yè)解決了諸多疑難問題，其中就包括因?qū)W生規(guī)模急劇膨脹造成的實驗室緊缺的問題。在高等工科教育中采用虛擬實驗室，具有至關(guān)重要的現(xiàn)實意義。采用該技術(shù)不僅能夠從根本上解決實驗與實習(xí)經(jīng)費嚴(yán)重短缺的現(xiàn)狀，而且計算機技術(shù)與該技術(shù)的結(jié)合還可以實現(xiàn)對儀器設(shè)備的遠(yuǎn)程、分布式控制。虛擬儀器技術(shù)是實驗教學(xué)的一個新的發(fā)展途徑，應(yīng)用前景十分可觀，在科研與教育領(lǐng)域發(fā)展空間更為廣闊。

2 電氣專業(yè)遠(yuǎn)程虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 遠(yuǎn)程虛擬實驗室構(gòu)成

利用LabVIEW內(nèi)置Web服務(wù)器實現(xiàn)遠(yuǎn)程虛擬實驗室。其中Web服務(wù)器裝有Win2000 Advanced Server操作系統(tǒng)、LabVIEW 8.6軟件，同時此服務(wù)器還作登陸服務(wù)器用，裝有SQL，也就是需要正確的用戶名密碼登陸服務(wù)器，才可以做虛擬實驗。RDA（Remote Device Access遠(yuǎn)程設(shè)備訪問）服務(wù)器裝有NI公司PCI6024E采集卡 (8路同步采樣模擬輸入通道，24位精度。8路同步采樣模擬輸入通道；24位精度；120 dB動態(tài)范圍；102.4kp/s最高采樣速度；45 kHz 防混迭帶寬)，對于用戶計算機需要有Web瀏覽器和LabVIEW的Runtime Engine插件。

遠(yuǎn)程虛擬實驗室網(wǎng)絡(luò)平臺由上傳專區(qū)、交流討論系統(tǒng)、下載專區(qū)、預(yù)約系統(tǒng)以及虛擬實驗系統(tǒng)的無縫連接系統(tǒng)五部分組成。其中虛擬實驗系統(tǒng)可分為虛擬儀器和虛擬實驗兩部分，且該系統(tǒng)是遠(yuǎn)程虛擬實驗室的重要組成部分，它為學(xué)生提供了便捷的遠(yuǎn)程實驗鏈接。

2.2 虛擬實驗部分

虛擬實驗部分包括數(shù)字電路實驗、交流調(diào)壓電路、模擬信號放大波形、電力電子波形分析、整流濾波電路分析等虛擬實驗，將電氣專業(yè)基礎(chǔ)實驗也涵蓋進(jìn)去，區(qū)別于傳統(tǒng)硬件試驗箱，虛擬實驗部分改進(jìn)了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，豐富了實驗的內(nèi)容，使實驗效率也大大地提高了。此外，在虛擬實驗室中，教師和學(xué)生沒有必要在實驗設(shè)備的搭建和各種設(shè)備的操作調(diào)試上花費大量的精力，只需要將精力完全集中在實驗結(jié)果的分析、規(guī)律的總結(jié)以及結(jié)論的得出上。如此不僅可以突出訓(xùn)練的重點，也會極大地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。以電力電子技術(shù)實驗中的三相交流調(diào)壓電路為例，采用虛擬實驗方式可在界面上顯示出觸發(fā)延遲角а不同過程中所有關(guān)鍵點的波形，區(qū)別于以往的示波器該實驗方式更為完整，從而有利于學(xué)生直觀的對調(diào)壓原理的理解。電氣實驗波形顯示前面板和程序圖如下所示。

圖1 實驗波形顯示前面板

圖2 數(shù)據(jù)測量程序面板圖

2.3 虛擬儀器部分

在虛擬儀器設(shè)計中遵循的原則是：將實驗中所需傳統(tǒng)儀器功能涵蓋的同時，豐富了儀器的分析、顯示、結(jié)果記錄功能。將多臺功能固定的傳統(tǒng)臺式儀器用一臺虛擬儀器來替代，由此便真正地體現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)一大特征——“軟件就是儀器”，同時根據(jù)用戶需求的改變，虛擬儀器的測量、分析、存儲與輸出功能也會做出相應(yīng)地改變。如此，便可為每組配備一臺計算機及數(shù)據(jù)采集卡來完成教學(xué)實驗內(nèi)容，這樣不僅節(jié)省了空間，同時也能夠降低成本，減少儀器的維修保養(yǎng)費用。如圖采集卡6024E在虛擬儀器顯示。

圖3 采集卡6024E在虛擬儀器顯示

3 結(jié)束語

綜合上述介紹，可以得出虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用前景及適用領(lǐng)域有極大的開發(fā)潛力，對該技術(shù)的應(yīng)用還有待開發(fā)、完善，使更廣泛的領(lǐng)域可以因其受益。事實證明，在教學(xué)實驗中引入虛擬儀器技術(shù)是極為有效的解決辦法，如果我們想要在計算機上依照自我需求來設(shè)計儀器，便可以采用虛擬儀器技術(shù)，該技術(shù)省去了其余復(fù)雜的操作過程，方便靈活且開發(fā)周期短。與傳統(tǒng)實驗相比，虛擬儀器技術(shù)的使用能夠降低實驗成本，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性得以加強，實驗效率也得到提高，教學(xué)效果必然會愈來愈顯著。

[1]陳錫輝,張銀輝.LABVIEW8.20程序設(shè)計從入門到精通[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

[2]王川.基于LABVIEW的遠(yuǎn)程電子技術(shù)實驗系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].儀器與表,2007,25(12):14-16.

[3]李成學(xué),姜斯平.電工電子虛擬實驗室技術(shù)研究[J].大學(xué)物理實驗,2009,22(1):89-93.

[4]邵奇可,陳國定.遠(yuǎn)程控制實驗系統(tǒng)軟件體系的結(jié)構(gòu)[J].實驗室研究與探索,2009,28(8):

[5]焦瑞莉 基于LabVIEW的通信專業(yè)遠(yuǎn)程虛擬實驗室[J].國外電子測量技術(shù).

[6](美)R.Jennings著.中文 Access 2000 開發(fā)使用手冊[M].Special Edition Using Access 2000，機械工業(yè)出版社.