【正文】 otor experiment that the series can be applied to simple Virtual Laboratory system. This thesis introduces the research background of the subject at first, make a general survey of this research current situation at home and abroad, and has pointed out the significance of research。 Loading Module。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室是資源高度密集的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備資金投入量大、實(shí)驗(yàn)體系的完善和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施所需人力物力投入量大的特點(diǎn)。本課題是針對(duì)目前高校中的實(shí)驗(yàn)資源緊張這一現(xiàn)實(shí)狀況，利用虛擬實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)智能化的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)設(shè)備重復(fù)建設(shè)，沉積較多。LabVIEW作為虛擬儀器開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的杰出代表，可以利用Internet進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)了資源共享，避免了儀器重復(fù)添置和資源浪費(fèi)，滿足了用戶不再受時(shí)間、地點(diǎn)限制進(jìn)行遠(yuǎn)程的實(shí)時(shí)合作，提高了用戶的學(xué)習(xí)效果。在這些新開(kāi)實(shí)驗(yàn)中,被測(cè)對(duì)象是實(shí)際的電路或系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，用戶平臺(tái)采用JAVA編寫(xiě)，用戶可通過(guò)界面選擇實(shí)驗(yàn)種類，并將用戶的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)Internet傳送到服務(wù)器端。這些實(shí)驗(yàn)是用Flash和HTML等技術(shù)建設(shè)的，因此可以在網(wǎng)絡(luò)上傳播，算是構(gòu)建真實(shí)感很強(qiáng)的、具有良好交互性的虛擬實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)使用Microsoft Net meeting，實(shí)驗(yàn)室還提供了視頻會(huì)話系統(tǒng)，使用者可以一邊調(diào)整參數(shù)一邊觀看實(shí)驗(yàn)的真實(shí)運(yùn)行過(guò)程。當(dāng)通過(guò)Internet訪問(wèn)Web服務(wù)器時(shí)，首先用戶需要選擇控制參數(shù)，然后Web服務(wù)器把這些參數(shù)寫(xiě)入文件傳送給相應(yīng)的客戶機(jī)。這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)使用了多種人機(jī)交互手段，為學(xué)生提供了一個(gè)易于使用的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)環(huán)境。特別需要一些測(cè)試速度快、實(shí)時(shí)性好的人機(jī)界面，虛擬儀器正可以實(shí)現(xiàn)這些要求。得益于軟件的靈活性，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。本文就LabVIEW在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方面的應(yīng)用設(shè)計(jì)做初步的探討，希望其中成功的經(jīng)驗(yàn)、失敗的教訓(xùn)對(duì)于應(yīng)用此軟件的讀者來(lái)說(shuō)能夠有所幫助。在這種背景下，1982年出現(xiàn)了一種新型的、與PC機(jī)配合使用的模塊式儀器，自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也從傳統(tǒng)的機(jī)架層疊式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為模塊式結(jié)構(gòu)。在軟件上，為了兼顧其他高級(jí)語(yǔ)言開(kāi)發(fā)者的習(xí)慣，NI還推出了LabWindows /CVI等交互式開(kāi)發(fā)平臺(tái)。典型的虛擬儀器模式可以理解為，除了信號(hào)的輸入和輸出以外，儀器的其他操作，如測(cè)量、控制、變換、分析、顯示等功能均由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們依據(jù)某種通用或?qū)Ｓ每偩€標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)約，或以某種接口形式，與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度和管理的一種數(shù)字化儀器。 虛擬儀器的組成虛擬儀器一般由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分組成。它主要用來(lái)提供實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)處理和顯示功能。主要完成被測(cè)信號(hào)的采集、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)/模轉(zhuǎn)換和信號(hào)輸出控制等。(1) 應(yīng)用程序：① 實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的前面板的軟件程序；② 定義儀器測(cè)試功能的流程圖軟件程序。這些軟件開(kāi)發(fā)工具為用戶設(shè)計(jì)虛擬儀器應(yīng)用軟件提供了更多方便條件與良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。虛擬儀器的基本功能有以下三點(diǎn)：(1) 信號(hào)調(diào)理與采集功能此項(xiàng)功能主要是由虛擬儀器的硬件平臺(tái)完成的。 虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器技術(shù)就是基于PC技術(shù)的、用戶自定義的測(cè)試和測(cè)量解決方案，其四大優(yōu)勢(shì)在于：性能強(qiáng)性價(jià)比高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間短，以及出色的集成功能。為提高測(cè)試系統(tǒng)的性能，可以方便地加入一個(gè)通用儀器模塊或更換一個(gè)儀器模塊，而不必購(gòu)買(mǎi)一個(gè)全新的系統(tǒng)，大大有利于測(cè)試系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。最早和最具影響的開(kāi)發(fā)軟件，是NI公司的LabVIEW軟件和LabWindows/CVI， LabVIEW采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開(kāi)發(fā)軟件。它可以與不同的接口總線的溝通，將虛擬儀器、帶接口總線的各種電子儀器或各種插件單元，調(diào)配并組建成為中小型甚至大型的自動(dòng)調(diào)試系統(tǒng)。LabVIEW包含有專門(mén)用于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集程序和儀器控制程序的功能庫(kù)和開(kāi)發(fā)工具庫(kù)。一般來(lái)說(shuō)，每一個(gè)VI都可以作為其它VI的調(diào)用對(duì)象，其功能類似于文本語(yǔ)言的子程序。用LabVIEW編制方框圖程序時(shí)，不必受常規(guī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)法細(xì)節(jié)的限制。VI有一個(gè)人機(jī)對(duì)話的用戶界面——前面板和類似于源代碼功能的方框圖。 LabVIEW軟件的特點(diǎn)歸納起來(lái)LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1) 圖形化的編程方式，設(shè)計(jì)者不用寫(xiě)任何文本格式的代碼，是真正的工程師語(yǔ)言。(5) 32bit的編譯器編譯生成32bit的編譯程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測(cè)試和測(cè)量方案的高速執(zhí)行。支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測(cè)控儀器的開(kāi)發(fā)。 前面板介紹。 流程圖介紹流程圖是圖形化程序的源代碼，是VI測(cè)試功能軟件的圖形化表述。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。構(gòu)造子VI主要的工作就是定義它的圖標(biāo)和聯(lián)接器。聯(lián)接器是 VI 數(shù)據(jù)的輸入輸出接口。這些選板集中反映了該軟件的功能與特征?？丶x板如下圖3. 4所示，它包括如下所示的一些子選板。該選板上的每一個(gè)頂層圖標(biāo)都表示1個(gè)子選板。有了交互式控制的軟件系統(tǒng)，用戶可以很方便地建立其前面板接口。當(dāng)虛擬儀器完成以后，就能在虛擬儀器工作時(shí)利用前面板中去控制整個(gè)系統(tǒng)。(4) 數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)：LabVIEW用一種精巧的數(shù)據(jù)流程序設(shè)計(jì)模式把用戶從文本式語(yǔ)言的線形化方式構(gòu)建程序的辦法中解放出來(lái)。(6) 圖形編輯器：在許多場(chǎng)合、程序運(yùn)行速度都非常關(guān)鍵。4 基于LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念及特點(diǎn)虛擬實(shí)驗(yàn)室是指利用虛擬儀器建立起來(lái)的實(shí)驗(yàn)室。因此，在不同終端上可同時(shí)進(jìn)行相同科目的虛擬實(shí)驗(yàn)，拓展了實(shí)驗(yàn)室的空間，提高了實(shí)驗(yàn)效率。LabVIEW是構(gòu)建虛擬實(shí)驗(yàn)室的最理想的軟件平臺(tái)。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以劃分為用戶登陸界面模塊、用戶管理模塊、虛擬實(shí)驗(yàn)儀器仿真模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，用戶可以選擇實(shí)驗(yàn)，選擇實(shí)驗(yàn)儀器，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真、數(shù)據(jù)分析。如果是合法用戶，批準(zhǔn)請(qǐng)求，用戶進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)；否則，拒絕用戶使用。 (3) 用戶可以自主選擇實(shí)驗(yàn)儀器和元件，搭建實(shí)驗(yàn)電路，服務(wù)器對(duì)儀器連接和實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行檢查，提供必要的幫助。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的軟件結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，可把要完成的主要功能分別劃分到客戶端和服務(wù)器端： (1) 客戶端主要功能 ① 用戶登錄 每個(gè)參加實(shí)驗(yàn)的用戶必須先進(jìn)行登錄，客戶端將相關(guān)信息送往服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后，用戶才能由客戶端進(jìn)入系統(tǒng)。 ④ 結(jié)果可視化接收服務(wù)器端傳回的仿真結(jié)果，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果在波形顯示區(qū)可視化地顯示出來(lái)。 ③ 規(guī)則審查 當(dāng)客戶端將實(shí)驗(yàn)操作傳給服務(wù)器端后，服務(wù)器端的規(guī)則審查模塊對(duì)數(shù)據(jù)文件進(jìn)行解析，根據(jù)實(shí)驗(yàn)規(guī)則判斷實(shí)驗(yàn)操作是否正確。 系統(tǒng)用戶認(rèn)證模塊的實(shí)現(xiàn)一個(gè)完善的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)應(yīng)具有完備的安全驗(yàn)證體系，使實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)資源的維護(hù)和管理更加安全。輸入用戶名后，可以按回車鍵，光標(biāo)會(huì)跳到密碼輸入欄，輸入密碼后，可以按回車鍵進(jìn)行密碼確認(rèn)，也可以點(diǎn)擊“用戶登錄”，單擊“用戶登錄”或按下回車鍵進(jìn)行驗(yàn)證，如果用戶信息不正確的話，會(huì)提示“用戶名或密碼錯(cuò)誤，請(qǐng)重新輸入”，如果用戶輸入三次錯(cuò)誤的用戶名和密碼時(shí)，會(huì)提示“輸入錯(cuò)誤的用戶名或密碼次數(shù)超出限制，請(qǐng)聯(lián)系系統(tǒng)管理員確認(rèn)您的用戶名和密碼！”，此時(shí)請(qǐng)聯(lián)系管理員確認(rèn)正確的用戶名和密碼。使用時(shí)系統(tǒng)默認(rèn)的用戶名——“admin”，其密碼為“123”，用戶權(quán)限是管理員。 進(jìn)入系統(tǒng)后的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)界面用戶可繼續(xù)進(jìn)入系統(tǒng)仿真平臺(tái)，選擇進(jìn)入系統(tǒng)平臺(tái)后，用戶選擇想要進(jìn)行的虛擬實(shí)驗(yàn)儀器單擊進(jìn)入， 虛擬實(shí)驗(yàn)版塊界面然后根據(jù)虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供的元器件，進(jìn)行電路連接，參數(shù)設(shè)置，完成仿真?？梢赃M(jìn)行各種參數(shù)設(shè)置，包括采樣設(shè)置、濾波器類型選擇及其參數(shù)設(shè)置、窗函數(shù)類型選擇等。LabVIEW提供了豐富的函數(shù)及子程序庫(kù),從基本的數(shù)學(xué)函數(shù)到高級(jí)分析庫(kù)(包括信號(hào)處理、函數(shù)、濾波器設(shè)計(jì)、線性代數(shù)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)、曲線擬合、傅立葉變換、小波分析等),通過(guò)這些函數(shù)及子程序庫(kù),可以實(shí)現(xiàn)各種仿真波形的處理。 2 從技術(shù)和方法層面，討論了虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了功能定位，對(duì)其構(gòu)建的基本原則和實(shí)現(xiàn)的用戶操作流程進(jìn)行了詳細(xì)的描述。 本文所做的工作只是一個(gè)初步的探索和實(shí)驗(yàn)。 2 開(kāi)發(fā)更多的虛擬儀器和元器件。本文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下大膽的嘗試，希望其中成功的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芙o您以啟發(fā)，失敗的教訓(xùn)能給您以警戒，使您在最短的時(shí)間內(nèi)走出我曾經(jīng)走過(guò)的路，并且一直朝前走下去，讓你我共同鋪墊出一條通向虛擬儀器的科技之路，為祖國(guó)高等教育實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠跟上時(shí)代的步伐，培養(yǎng)出高質(zhì)量、高素質(zhì)的人才獻(xiàn)上我們的所有。付出就有回報(bào)，幾個(gè)月的辛勤努力最終換來(lái)了豐碩的果實(shí)，真的希望這果實(shí)能成為校園實(shí)驗(yàn)教學(xué)做出些許的貢獻(xiàn)。導(dǎo)師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、博文廣識(shí)、務(wù)實(shí)求精，以及他對(duì)新知識(shí)孜孜以求的探索精神和對(duì)學(xué)術(shù)前沿動(dòng)態(tài)敏銳的洞察力使我受益匪淺。衷心感謝大學(xué)期間的每位老師、同學(xué)、朋友，感謝他們?cè)趯W(xué)習(xí)、生活上對(duì)我的理解和幫助，使我愉快地度過(guò)了大學(xué)生活。別了，我摯愛(ài)的****