曾貴苓　王蘋　段爭光

摘要：結(jié)合實際教學(xué)過程和實訓(xùn)條件，提出將虛擬儀器應(yīng)用于檢測技術(shù)教學(xué)實驗，提出了虛擬儀器在檢測技術(shù)教學(xué)中的實施方案，并分別對系統(tǒng)涉及到的各個子模塊方案進行探討，簡要列舉了實驗系統(tǒng)基于LabVIEW軟件的實施過程，設(shè)計了實驗管理系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)的組網(wǎng)與遠程發(fā)布。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;教學(xué)實驗;二次開發(fā)

中圖分類號：TP273+.5 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0136-03

0 引言

傳統(tǒng)的實驗方式給實驗者以真實的操作體驗，但是這種單一的方式已不能滿足日益更新的教學(xué)要求。而虛擬儀器[1]具有很多突出的優(yōu)點，比如：開發(fā)容易、靈活高效、功能強大易擴展、可操作性好等，是一款性價比非常高的新型設(shè)備，有著廣闊的應(yīng)用前景。但目前從國內(nèi)外現(xiàn)有的虛擬實驗系統(tǒng)[2-3]來看，技術(shù)手段先進模塊固化但成本高，對側(cè)重教學(xué)且經(jīng)費短缺的普通職業(yè)院校來說專業(yè)性過強，不具有普遍適用性。本文針對檢測技術(shù)類常規(guī)教學(xué)環(huán)節(jié)中的實訓(xùn)，進行了虛擬實驗系的設(shè)計，系統(tǒng)還增加了實驗管理模塊和聯(lián)網(wǎng)遠程發(fā)布模塊，提高實訓(xùn)管理的效率和共享的便捷。構(gòu)建虛擬儀器實驗室，利用軟件實現(xiàn)了實驗設(shè)備的二次開發(fā)[4]，大大挖掘了實驗設(shè)備的潛能，充分調(diào)動利用實驗資源，大大解決了當(dāng)今實驗面臨的各種重大難題。

1 實驗系統(tǒng)的功能設(shè)計

整個實驗系統(tǒng)在功能上劃分為4個模塊[5]（如圖1所示）：一是仿真信號實驗?zāi)K，二是真實信號實驗?zāi)K，三是實驗管理模塊;四是聯(lián)網(wǎng)及遠程發(fā)布模塊。

2 實驗系統(tǒng)的組成

實驗系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、各類實驗儀器平臺、數(shù)據(jù)采集卡和遠程實驗客戶端組成[6]。系統(tǒng)服務(wù)器負責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、實驗資源的管理、共享以及控制等功能，是系統(tǒng)的核心;實驗平臺主機和各類實驗儀器平臺以及數(shù)據(jù)采集卡組成實際信號實驗操作平臺;遠程實驗客戶端安裝LabVIEW[7]軟件系統(tǒng)，聯(lián)網(wǎng)使用系統(tǒng)資源，單機可以開展仿真信號實驗，也可以遠程控制、讀取“實際信號實驗平臺”，開展遠程實際信號實驗。系統(tǒng)通過局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等方式進行聯(lián)網(wǎng)。

3 實驗系統(tǒng)子模塊方案

3.1 仿真信號實驗系統(tǒng)設(shè)計

仿真信號實驗系統(tǒng)主要內(nèi)容是由一個信號發(fā)生模塊生成仿真信號，來實現(xiàn)信號描述及分析技術(shù)方面的8個典型實驗平臺功能。其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。實驗系統(tǒng)的框圖程序以典型的“生產(chǎn)者/消費者結(jié)構(gòu)”[8-9]為基礎(chǔ)，在“生產(chǎn)者”部分添加仿真信號的產(chǎn)生、分析以及處理等VI，在“消費者”部分添加數(shù)據(jù)的記錄、存儲和顯示等VI。使用這樣的方式便于模塊化開發(fā)，也有利于提高系統(tǒng)運行效率。

3.2 真實信號實驗系統(tǒng)設(shè)計

真實信號實驗系統(tǒng)，根據(jù)教學(xué)實驗的內(nèi)容，其流程架構(gòu)與仿真信號實驗系統(tǒng)基本類似，其軟件程序框圖不再詳細敘述。

4 實驗管理系統(tǒng)

4.1 實驗管理系統(tǒng)設(shè)計

在教學(xué)工作中，實驗室的管理和實驗的管理是一項十分重要的工作，特別是對實驗的管理顯得尤為重要，廣大教師耗費大量時間精力，來進行實驗的環(huán)境的搭建、實驗跟蹤指導(dǎo)、審閱實驗報告、統(tǒng)計學(xué)生實驗成績等等，學(xué)生在實驗過程中也要花費相當(dāng)時間來登記實驗數(shù)據(jù)、繪制相關(guān)曲線圖、填寫實驗報告。因此本文重點設(shè)計了的實驗管理功能，如圖3所示。

實驗管理系統(tǒng)系統(tǒng)具有實驗指導(dǎo)功能、實驗報告功能、實驗管理功能及資源管理功能，對實驗中等各類資源進行信息化管理，并確保實驗數(shù)據(jù)資料的安全管控。

4.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫構(gòu)設(shè)方案

前述4個子系統(tǒng)特別是管理子系統(tǒng)的正常運行，需要頻繁的存儲和訪問大量的數(shù)據(jù)。在虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)過程中，一般的做法是利用LabVIEW本身提供的數(shù)據(jù)存儲功能。然而，LabVIEW本身提供的存儲方法雖然不少，但其存儲容量比較有限，高職院校在校學(xué)生都在幾千以上，實驗系統(tǒng)會生成大量的數(shù)據(jù)，這時就需要用到專業(yè)的數(shù)據(jù)庫來進行數(shù)據(jù)的管理，這也是基于模塊化設(shè)計的思想。利用LabSQL[10]，這是一款第三方開發(fā)數(shù)據(jù)庫工具包，是免費的。也是一種基于ADO（ActiveX Data Object）技術(shù)的數(shù)據(jù)庫訪問方式，通過已經(jīng)封裝好的子Vl就可以方便的訪問數(shù)據(jù)庫，使用起來非常方便，效率也比較高。

5 聯(lián)網(wǎng)與遠程發(fā)布

5.1 網(wǎng)絡(luò)通信功能設(shè)計

LabVIEW軟件在網(wǎng)絡(luò)通信[10]方面，提供了十分豐富的網(wǎng)絡(luò)通信組件，它集成了TCP、UDP等各種常用的以及特殊的通信協(xié)議。本文主要采用TCP和DataSocket兩種技術(shù)。

（1）TCP通信。TCP協(xié)議通信一般采用Server（服務(wù)器）/Client（客戶機）的模式。圖4、圖5就是采用該模式進行通信的。其工作流程是，數(shù)據(jù)客戶端先打開TCP連接，從指定的地址進行數(shù)據(jù)讀取操作;數(shù)據(jù)服務(wù)器端也打開TCP連接，并通過指定的端口（Port）向指定的地址發(fā)送指定的波形數(shù)據(jù)。

（2）DataSocket通信。DataSocket是LabVIEW專門提供的一種通信技術(shù)，為測量與控制提供通信支撐。DataSocket技術(shù)提供的工具包括：DataSocket Server、DataSocket ServerManager以及DataSocket函數(shù)庫等，為了進一步規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸操作、統(tǒng)一操作流程，還提供了如下技術(shù)規(guī)范：以DSTP開頭的，統(tǒng)一資源的定位符URL（DSTP）以及文件格式。如圖6所示。

5.2 遠程網(wǎng)絡(luò)發(fā)布

LabVIEW提供了一個已經(jīng)部署好的網(wǎng)頁服務(wù)器（即通常稱的WEB服務(wù)器，Web Server），且已連接好。該網(wǎng)頁服務(wù)器除了與常見的普通網(wǎng)頁服務(wù)器一樣可以發(fā)布WebPage（網(wǎng)頁文檔）外，一項特殊的功能就是可以方便地發(fā)布VI程序的前面板。客戶端即使沒有安裝LabVIEW軟件或者LabVIEW運行環(huán)境，也沒有連接任何的儀器設(shè)備，但是通過網(wǎng)絡(luò)連接運行VI的主機上的WEB服務(wù)器，可以遠程動態(tài)地加載和運行遠程實驗服務(wù)器主機上的VI程序[11]。

6 結(jié)語

將虛擬儀器引入實驗教學(xué)系統(tǒng)解決了實訓(xùn)設(shè)備短缺，維護困難等基本問題，同時可對現(xiàn)有設(shè)備進行二次開發(fā)，能實現(xiàn)設(shè)備功能的擴展、設(shè)備資源的共享等諸多優(yōu)勢。本文提出的實驗管理系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)管理的落后問題，在技術(shù)和流程上確保了實驗報告數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、提交的及時性和管理的信息化，并完成了系統(tǒng)的組網(wǎng)與遠程發(fā)布，無疑是對教學(xué)實訓(xùn)管理的一次革命。據(jù)文獻表明目前在中等初等教育的實驗系統(tǒng)中關(guān)于虛擬儀器的研究寥寥無幾，本研究可進一步開發(fā)延伸到該領(lǐng)域。

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Design of detection technology based on virtual instrument

ZENG Gui-ling，WANG Ping，DUAN Zheng-guang

（Department of Electrical Engineering，Wuhu Institute of Technology，Anhui Wuhu? 241006）

Abstract：Combined with the actual teaching process and the actual training conditions， this paper puts forward the application of virtual instrument to the teaching experiment of detection technology， puts forward the implementation plan of virtual instrument in the teaching of detection technology， and probes into each sub-module scheme involved in the system. This paper briefly lists the implementation process of the experimental system based on LabVIEW software， designs the experimental management system， and completes the system network and remote distribution.

Key words：virtual instrument;LabVIEW;experimental teaching;remote publishing