仲志燕

(鎮(zhèn)江高等?？茖W(xué)校 電子與信息工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于LabVIEW的實驗系統(tǒng)設(shè)計

仲志燕

(鎮(zhèn)江高等專科學(xué)校 電子與信息工程系，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

提出構(gòu)建遠程實驗室的概念，采用B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用LabVIEW 8.6和Microsoft Office Access 2007開發(fā)該實驗系統(tǒng)。運用LabVIEW編程語言，建立友好的人機界面，實現(xiàn)注冊、登錄，虛擬實驗，資源鏈接等功能，實現(xiàn)在局域網(wǎng)內(nèi)信息的動態(tài)、交互的管理，并為培養(yǎng)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)提供一種有效的實現(xiàn)方案。

遠程實驗；LabVIEW；數(shù)據(jù)庫

虛擬教學(xué)模式突破了時間和空間的局限，學(xué)習(xí)者可以在任何時間、任何地點學(xué)習(xí)，教與學(xué)更加靈活。虛擬實驗室的誕生彌補了傳統(tǒng)實驗室的缺陷，使遠程教育中的實驗教學(xué)成為可能。

1 系統(tǒng)運行模式

本系統(tǒng)采用B/S(瀏覽器/服務(wù)器)的運行模式。用戶可通過瀏覽器訪問服務(wù)器上的虛擬實驗室。

B/S模式以Web為中心，采用TCP/IP技術(shù)，以HTTP為傳輸協(xié)議，客戶端通過瀏覽器訪問Web及與其相連的后臺數(shù)據(jù)庫[1]。與C/S模式相比，B/S模式簡化了客戶端軟件，客戶端只需安裝瀏覽器，用戶就可以訪問虛擬實驗室，不存在客戶端程序的開發(fā)與維護問題[2]。圖1為B/S模式的三層結(jié)構(gòu)。

圖1 B/S模式的三層結(jié)構(gòu)

2 客戶端總體結(jié)構(gòu)

首先分析并確定目標(biāo)系統(tǒng)的實施方案，畫出系統(tǒng)流程圖，分別列出系統(tǒng)組成的物理元素。從較抽象的層次上對比分析軟件結(jié)構(gòu)，從中挑選成本最低、結(jié)構(gòu)最合理的方案。虛擬實驗室實現(xiàn)遠程功能，學(xué)習(xí)者通過網(wǎng)絡(luò)進入系統(tǒng)界面，以用戶身份登錄后進入實驗系統(tǒng)進行實驗。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2 客戶端總體結(jié)構(gòu)

3 服務(wù)器端的實現(xiàn)

3.1創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建[3]選用Microsoft Office Access 2007，新建1個空白數(shù)據(jù)庫存放用戶信息。數(shù)據(jù)庫表中的字段為用戶名和密碼，數(shù)據(jù)類型為文本形式，用戶名設(shè)置為唯一性。

3.2設(shè)置ODBC數(shù)據(jù)源管理器

ODBC(Open Data Base Connectivity)開放數(shù)據(jù)庫互連是Microsoft提出的數(shù)據(jù)庫訪問接口標(biāo)準(zhǔn)，它不但可以創(chuàng)建具有訪問任何數(shù)據(jù)庫權(quán)限的應(yīng)用程序，還可以訪問任何一個裝有ODBC驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。其管理器(Administrator)負(fù)責(zé)安裝驅(qū)動程序，幫助程序員跟蹤ODBC的函數(shù)調(diào)用，并進行數(shù)據(jù)源的管理。利用ODBC可以統(tǒng)一處理FoxPro，Access或Oracle數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用程序要訪問數(shù)據(jù)庫時，首先，采用ODBC管理器注冊1個數(shù)據(jù)源，然后，管理器根據(jù)數(shù)據(jù)源提供的信息，如數(shù)據(jù)庫位置、數(shù)據(jù)庫類型、ODBC驅(qū)動程序等，建立ODBC與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系。

ODBC驅(qū)動程序創(chuàng)建1個數(shù)據(jù)庫后還須創(chuàng)建1個DSN(Data Source Name)，因為DSN為ODBC定義了一個確定的數(shù)據(jù)庫和ODBC驅(qū)動程序。

3.3連接LabVIEW與數(shù)據(jù)庫

本實驗系統(tǒng)采用LabSQL工具包作為LabVIEW與數(shù)據(jù)庫的接口。LabSQL工具包有許多優(yōu)點：多數(shù)據(jù)庫、跨平臺，并且免費。LabSQL支持任何Windows操作系統(tǒng)中基于ODBC的數(shù)據(jù)庫，通過Microsoft ADO以及SQL語言來完成數(shù)據(jù)庫訪問，把復(fù)雜底層ADO及SQL操作封裝成一系列的LabSQL VI。利用LabSQL可以訪問大部分?jǐn)?shù)據(jù)庫，進行各種查詢，對記錄執(zhí)行各種操作。僅需通過簡單的編程就可以在LabVIEW中實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問。

4 客戶端的實現(xiàn)

虛擬實驗系統(tǒng)[4]具有注冊與登錄管理、選擇實驗、實驗預(yù)習(xí)、虛擬實驗、相關(guān)資源鏈接等功能。

4.1注冊、登錄模塊設(shè)計

注冊模塊主要實現(xiàn)用戶的注冊功能[5]。用戶注冊成為合法用戶后就可以登錄虛擬實驗室。若用戶兩次輸入的密碼不一致，系統(tǒng)會彈出“兩次輸入的密碼不一致，請重新輸入！”，如果一致，則直接將用戶名與密碼插入相應(yīng)的Access表，通過Access數(shù)據(jù)庫表格主鍵唯一性判斷用戶名是否注冊過，如果用戶名已存在，那么系統(tǒng)會彈出對話框，顯示“用戶名已存在，請重新輸入！”，否則，系統(tǒng)提示“注冊成功”。

設(shè)計時，將“用戶信息vi”編輯成子vi備用。在前面板右上角的圖標(biāo)處右擊，選擇編輯圖標(biāo)，在彈出的對話框中即可編輯；選擇顯示連線板，在連線板上右擊，選擇接線板，選擇有2個輸入端、1個輸出端的模式，將用戶名和密碼作為2個輸入，然后，將控件和接線板的小方格一一對應(yīng)。

在前面板創(chuàng)建3個字符串輸入控件，用于輸入用戶名、密碼和確認(rèn)密碼，其中用于輸入密碼的字符串輸入控件的顯示方式為“密碼顯示”。使用條件結(jié)構(gòu)控制程序運行，調(diào)用“用戶信息子vi”，將輸入的用戶名和密碼寫入Access表進行判斷，用戶名具有唯一性，當(dāng)顯示“兩次密碼輸入一致”時，說明用戶名已存在，否則，即可進行注冊。

登錄模塊的設(shè)計思路與注冊模塊類似，用戶在登錄界面輸入正確的用戶名和密碼，打開實驗選擇界面。若輸入的用戶名錯誤，系統(tǒng)會提示“用戶名不存在”。若輸入的用戶名正確，密碼錯誤，系統(tǒng)會彈出“用戶名和密碼不匹配”。

4.2虛擬實驗?zāi)K設(shè)計

用戶登錄實驗系統(tǒng)后，進入實驗選擇界面，可以根據(jù)自己的需要選擇實驗。虛擬實驗室系統(tǒng)通過軟件設(shè)計開發(fā)了一系列的虛擬實驗內(nèi)容，全真模擬實驗過程，以交互式實現(xiàn)實驗教學(xué)。以3-8線編碼器(圖3)和3-8線優(yōu)先編碼器(圖4)為例，邏輯電路的一般分析方法是，根據(jù)編碼器的功能列出邏輯真值表，從真值表得出邏輯表達式，并化簡為最簡“與”、“或”式，最后，畫出邏輯圖。而虛擬實驗中，只需點擊不同的開關(guān)，就會輸出對應(yīng)的編碼。例如，點擊I5的開關(guān)控件，輸出“101”，同時，Y2和Y0指示燈亮。當(dāng)出現(xiàn)多路輸入有效時，3-8線編碼器的輸出編碼會顯示不正確，而3-8線優(yōu)先編碼器則通過優(yōu)先原則解決了這個問題。

根據(jù)3-8線編碼器的輸入、輸出變量，可以分別創(chuàng)建不同的布爾控件。這里用“垂直搖桿開關(guān)”作為編碼輸入，用數(shù)值顯示控件顯示編碼輸出。需要注意的是，數(shù)字電路中用“0”和“1”表示邏輯狀態(tài)和數(shù)量大小，所以需要將布爾值轉(zhuǎn)換為二進制代碼。這時，需要用到“布爾值至(0，1)轉(zhuǎn)換”，這個vi可在后面板的布爾選板中找到。

此外，還需要設(shè)計界面的切換程序，主要用來將2個VI鏈接起來，使用特定控件和調(diào)用屬性節(jié)點來關(guān)閉上一個VI，并打開下一個VI。用戶還可以輸入某些內(nèi)容來改變要打開的VI。最后，將程序在Web上發(fā)布，通過網(wǎng)頁可在服務(wù)器本地控制和顯示VI。

5 結(jié)束語

基于LabVIEW的遠程實驗系統(tǒng)操作簡單，用戶界面良好[6]。注釋明了，按鈕清晰，色彩均勻和諧，便于用戶使用。在虛擬實驗室，學(xué)生可以自主選擇實驗時間和內(nèi)容，即使偶爾出錯也無所謂，興趣更濃了，好奇心更強了，積極性更高了。

圖3 3-8線編碼器

圖4 3-8線優(yōu)先編碼器

[1] 劉君華.基于LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003:45-60.

[2] 杜玉玲,文西芹.基于B/S模式的遠程虛擬實驗室的開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2004,2(14):1-4.

[3] 崔再惠. Access數(shù)據(jù)庫與SQL Sever數(shù)據(jù)庫主要功能的比較[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報,2009,11(6):1-2.

[4] 雷紅偉,薛兵,馮長江.現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)實驗?zāi)Ｊ窖芯颗c實踐[J].實驗室研究與探索,2001,20(2):60-62.

[5] 黃慕雄.高校教學(xué)型虛擬實驗室建設(shè)的現(xiàn)狀與建議[J].電化教育研究,2005,2(9):13-17.

[6] 王歡.基于LabVIEW的數(shù)字電路虛擬實驗室[J].晉城職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2009,2(6):1-3.

〔責(zé)任編輯： 盧 蕊〕

DesignofexperimentsystembasedonLabVIEW

ZHONG Zhi-yan

(Electron and Information Department, Zhenjiang College, Zhenjiang 212003, China)

This thesis puts forward the concept of remote laboratory construction，using B/S structure design to develop the experimental system with Lab VIEW 8.6 and Microsoft Office Access 2007. A friendly man-machine interface is established by LabVIEW programming language to implement the registration login management, conduct experiments, resource links and other functions and achieve a dynamic, interactive information management within the LAN. This thesis provides an effective implementation scheme for the cultivation of students' autonomous learning.

remote experiment; LabVIEW; database

2014-09-20

江蘇省“青藍工程”資助(蘇教師〔2012〕39號)；江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2013年度立項課題(24903)

仲志燕(1977—)，女，江蘇鎮(zhèn)江人，副教授，碩士，主要從事信號的檢測與控制研究。

TP391.412

： A

：1008-8148(2015)01-0052-03