【導(dǎo)讀】在這個(gè)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進(jìn)行改造，八十年代末，美國國家儀器公司提出了“軟件就是儀器”的口號(hào)，

　　

【正文】 窮多個(gè)頻率成整倍數(shù)的奇次諧波疊加而成的 ，即： 0141( ) s in ( )nAx t n tn ????? ? 1,2,3,n? （ ） 為了能將這一結(jié)論通過具體的實(shí)驗(yàn)過程表現(xiàn)出來，需要對(duì)疊加諧波的次數(shù)進(jìn)行控制，因此在程序中設(shè)置了一系列的信號(hào)發(fā)生器來產(chǎn)生相應(yīng)的正弦波，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求逐一進(jìn)行疊加就可以合成出不同逼近程度的波形。 為了能夠順利的進(jìn)行信號(hào)疊加 ， 各信號(hào)發(fā)生器所產(chǎn)生的波形應(yīng)滿足頻率和幅值之間的特定比例關(guān)系。程 序中主要使用了 Case Structure 結(jié)構(gòu)來完成信號(hào)類型和疊加次數(shù)的選擇。其前面板和疊加過程如圖 所示。 海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 25 頁 共 31 頁 圖 周期方波合成 信號(hào)分解是信號(hào)合成的逆過程 ，但 本質(zhì)沒變。信號(hào)分解是將信號(hào)展開成傅立葉級(jí)數(shù) ， 從而可以將一個(gè)復(fù)雜的信號(hào)分解成無窮多個(gè)頻率成整倍數(shù)的正弦波。在程序設(shè)計(jì)中采用了選項(xiàng)卡控件 ， 以實(shí)現(xiàn)信號(hào)合成與分解功能的切換 ， 同時(shí)在前面板上隱去了選項(xiàng)卡的選項(xiàng)標(biāo)簽 ， 而采用布爾控件來控制選項(xiàng)卡的切換。 系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性的實(shí)現(xiàn) 頻率響應(yīng)函數(shù)描述了測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于輸入信號(hào)的傳輸與轉(zhuǎn)換特性 ， 它是測(cè)試系統(tǒng)數(shù)學(xué)模 型的頻域表示 ， 是描述測(cè)試系統(tǒng)頻域響應(yīng)特性的重要手段。當(dāng)系統(tǒng)輸入為 x ( t) ， 輸出為 y ( t) ， 則系統(tǒng)輸出與輸入的付里葉變換之比稱為系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù) ， 用 H(jω ) 表示 ， 即 ： ()() ()yjHj xj?? ?? () 實(shí)用中常用其模 A(ω )和相位角φ (ω ) 來表示 ， 即系統(tǒng)的幅頻特性和相頻特性。為了實(shí)現(xiàn)這一過程 ， 需要用軟件對(duì)具體的物理系統(tǒng)進(jìn)行模擬 ， 同時(shí)考慮到教學(xué)的具體情況 ， 直接采用幅頻特性表達(dá)式 A (ω ) 和相頻特性表達(dá)式φ (ω ) 來模擬系統(tǒng)。由于頻率特性是系統(tǒng)對(duì)于輸入頻率 的響應(yīng)特性 ， 故需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì) ,即依次用不同頻率ω i的簡(jiǎn)諧信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì) ，同 時(shí)測(cè)出相應(yīng)頻率的激勵(lì)和系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的幅值 Xi、 Yi 及相位差φ i (ω ) ， 這樣對(duì)于每一個(gè)頻率ω i 便有一組 A i(ω )= Yi/Xi和φ i (ω ) ， 全部的 Ai(ω )— ω i和φ i(ω )— ω i便可表達(dá)系統(tǒng)的頻率響海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 26 頁 共 31 頁 應(yīng) [12]。本例采用快速正弦掃描方式進(jìn)行激勵(lì) ， 具體實(shí)現(xiàn)上采用了多步法。為了分配測(cè)量的頻率點(diǎn)或確定頻率步長 ， 最常見的方法是在掃頻范圍內(nèi)等分地產(chǎn)生各個(gè)頻率 ， 即采用等步長的方法。這種方法的主要缺點(diǎn)是在高頻部分取點(diǎn)過多 ， 掃描過慢。 本例采用的策略是按對(duì)數(shù)坐標(biāo)中的頻率軸取等間隔步長 ， 這樣可以較好地兼顧不同頻段的曲線特性 [13]。 程序的編寫是基于一個(gè) for 循環(huán)完成的 ， 循環(huán)的次數(shù)由頻率分辨率、起始頻率、結(jié)束頻率共同確定 。 激勵(lì)信號(hào)由正弦波形發(fā)生器產(chǎn)生 ， 激勵(lì)的實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)的采集則由公式節(jié)點(diǎn)來模擬 [14]。頻率特性曲線的顯示在 for 循環(huán)結(jié)束之后實(shí)現(xiàn)。該子系統(tǒng)可以對(duì)一階系統(tǒng)和二階系統(tǒng)進(jìn)行頻率特性的測(cè)試 ， 并采用 Case 結(jié)構(gòu)進(jìn)行切換選擇。系統(tǒng)頻率響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)的前面板及程序框圖如圖 和圖 。 圖 系統(tǒng)頻率響應(yīng)前面板 海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 27 頁 共 31 頁 圖 系 統(tǒng)頻率響應(yīng)程序框圖 為了使相頻特性圖與教科書相一致 ， 程序中采用公式節(jié)點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行了技術(shù)處理。 海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 28 頁 共 31 頁 第 4章 總結(jié)和展望 總結(jié) 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式和實(shí)驗(yàn)手段往往受制于實(shí)驗(yàn)室硬件條件的制約 ， 無法滿足概念抽象的如信號(hào)分析等內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求 ， 更無法走出實(shí)驗(yàn)室直接參與到課堂教學(xué)過程中， 虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)徹底改變了這種局面。虛擬實(shí)驗(yàn)不但走進(jìn)了課堂 ， 而且改善了教學(xué)手段 ， 改革了教學(xué)方式 ， 使教學(xué)效果得到了極大的提高。本文開發(fā)的虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)充分利用了 LabVIEW 圖形化編程的特點(diǎn)和其強(qiáng)大的分析處理功能的優(yōu)勢(shì) ， 使得該系統(tǒng)非常適合于測(cè)試技術(shù)課程 實(shí)驗(yàn)的虛擬仿真教學(xué)。經(jīng)過驗(yàn)證，虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)用戶的遠(yuǎn)程訪問 是完全可行的。 該系統(tǒng)的成功實(shí)現(xiàn) ，對(duì)于進(jìn)一步深入開展教學(xué)實(shí)踐的改革與創(chuàng)新具有一定的指導(dǎo)意義 。 LabVIEW 的易學(xué)易用、快捷及功能的強(qiáng)大 ， 已成為虛擬儀器開發(fā)的首選工具。利用 LabVIEW 對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行虛擬仿真 ， 滿足了課程教學(xué)的需求。其本身所具有的便攜、靈活、直觀、易操作等特點(diǎn) ， 更是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手段所無法實(shí)現(xiàn)的。實(shí)踐表明 ， 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不但能幫助學(xué)生更容易地理解抽象的概念 ， 也使學(xué)生更深入地了解到了概念的實(shí)質(zhì)。通過學(xué)生自己動(dòng)手進(jìn)行實(shí)踐 ， 引發(fā)了學(xué)生對(duì)課程的興趣 ， 增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心 ， 也使學(xué)生充分感受到了虛擬儀器技術(shù)的魅力和樂趣。 本文實(shí)現(xiàn)了用虛擬儀器技術(shù)改造傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的方法 ， 使用虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室方便、簡(jiǎn)單、高效 ， 可以大大節(jié)約實(shí)驗(yàn)室設(shè)備成本投入 ， 解決了傳統(tǒng)電子實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)設(shè)備繁多、儀器重復(fù)購置、利用率低、儀器的損壞率高等問題 ， 提高了各種儀器性能 ， 完善了實(shí)驗(yàn)手段 ， 方便了學(xué)生及老師的使用 。同時(shí)，本文中所研究的虛擬儀器也能給學(xué)生以耳目一新的感覺，學(xué)生再也不用對(duì)傳統(tǒng)的儀器搬弄按鈕， 生搬硬套。 而是直接與自己熟悉的電腦界面接觸，也給教學(xué)給予了一定的方便。并通過幾個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了運(yùn)用 LabVIEW建立虛擬實(shí)驗(yàn)室的可能性。 本課題 是 一個(gè)引導(dǎo)性的基礎(chǔ)研究，目的是探索虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本體系結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)、實(shí)現(xiàn)技術(shù)、虛擬儀器子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及框架解決方案，從而為實(shí)現(xiàn)各高等院校在計(jì)算機(jī)技術(shù)、汽車工程、機(jī)械制造、醫(yī)療技術(shù)等方面的教育質(zhì)量再上新臺(tái)階奠定基礎(chǔ)。 海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 29 頁 共 31 頁 展望 通過 對(duì) 通信原理虛擬實(shí)驗(yàn)室 的設(shè)計(jì)，本人更加深刻地體會(huì)到， LabVIEW 是創(chuàng)建虛擬實(shí)驗(yàn)室一個(gè)很好的軟件平臺(tái)，將其與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化。這樣，就將實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)發(fā)展成了基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。本課題對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)方法和框架進(jìn)行了較 好地研究，取得了一些經(jīng)驗(yàn)，為課題以后開展做了一些基礎(chǔ)性的工作。但是由于作者水平上和時(shí)間上的限制，因而只是構(gòu)建了一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)室框架，完成了部分功能，離完善還有不少差距，本人認(rèn)為還有許多值得繼續(xù)研究的地方。 首先，網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室除了具有良好的圖形用戶界面、逼真的虛擬儀器的模擬，還應(yīng)具有完備的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 本文主要實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)較為簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)。 因此，在今后的研究中，應(yīng)該在此系統(tǒng)的基礎(chǔ)上多補(bǔ)充、添加新的虛擬實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步完善本虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，從而使其成為一個(gè)比較完善的遠(yuǎn)程多媒體教學(xué)軟件。 其次，在虛擬實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)化問 題，本文也只探究了其可行性，由于時(shí)間倉促，并沒有對(duì)其進(jìn)行深入的探討和研究。 因而在今后的研究中要實(shí)現(xiàn)這一功能。 最后，本系統(tǒng)在 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 的制作上比較粗糙，僅實(shí)現(xiàn)平面圖形結(jié)構(gòu)，缺乏真實(shí)感。在今后的研究中可以利用 VRML技術(shù)或 3DMAX 技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)做成更加逼真生動(dòng)的 3D 效果，使實(shí)驗(yàn)者更具身臨其境的感覺。 海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 30 頁 共 31 頁 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)在我的導(dǎo)師 劉云飛 教員的悉心指導(dǎo)下得以順利完成。導(dǎo)師給予的課題針對(duì)性、實(shí)用性強(qiáng)，并且適合我本科層次的知識(shí)水平，對(duì)我加深專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解有很大的幫助。設(shè)計(jì)過程中導(dǎo)師耐心為我解答疑難問題，經(jīng)常詢 問畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度并不時(shí)督促。我的畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成與導(dǎo)師的努力也是分不開的，在此致以深深的感謝！ 在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，與我同組的 傅紅日、鄧貴仁、高景祥 等戰(zhàn)友都給了我很大的幫助，另外和我一個(gè) 專業(yè) 的 孫辰、何春龍、趙龍、李濤濤 等同志也給了我莫大的幫助，在此我向他們表示真摯的感謝！ 在這幾個(gè)月的時(shí)間里，我的教導(dǎo)員郭吉田同志以及隊(duì)長趙軒坤同志，不時(shí)的督促我使我今日如期完成我的畢業(yè)論文，在此我也向他們表示感謝！ 另外，我還要感謝所有的在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助我的人，沒有他們的幫助我不可能這么順利的完成我的畢業(yè)論文，在這向 他們表示深深的敬意！ 最后我向 403 教研室的所有教員表示最衷心的感謝！ 海軍航空工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 31 頁 共 31 頁 參考文獻(xiàn) [1] 楊樂平等著 . 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