基于虛擬儀器的綜合實驗室平臺探索

劉文靜

摘 要：基于虛擬儀器的綜合實驗室平臺的探索，能夠構建一個完善的能完成多學科實驗的綜合實驗會平臺，更好地完成校園實驗室資源共享，使得學生可以遠程操作實驗，也能促進教師與學生在實驗上的溝通交流。本文通過研究綜合實驗平臺的結構與模式，了解其的軟件構建以及實現過程，探索基于虛擬儀器的綜合實驗室平臺，以供參考。

關鍵詞：虛擬儀器 綜合實驗 平臺探索 資源整合

中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）05-0-01

一、綜合實驗平臺的結構與模式

目前我國已有的虛擬儀器實驗室主要是針對某一課程的實驗內容進行設置，以保證最后的研究內容，是以數據采集卡與虛擬儀器試驗箱為基礎完成的結構模式的建設。還有部分的綜合實驗平臺會向著網絡虛擬實驗室的方向不斷地發展。隨著網絡技術的不斷提高，基于虛擬儀器的綜合實驗室建設能夠最大程度的完成資源共享。筆者在文中所研究的綜合實驗室便是以虛擬儀器為基礎，以本校現有的電子信息課程實驗硬件為輔助的能夠完成多種實驗的虛擬儀器綜合實驗平臺，主要是以校園網完成實驗儀器的資源共享，以遠程操作的技術讓學生完成實踐。研究綜合實驗室平臺的目的，是為了保證以學校現有的資源為基礎，讓學生盡可能的接觸實驗內容，保證最大程度的利用學校的資源。

二、綜合實驗平臺的軟件構建以及實現

數據采集通信板塊、信號處理板塊、實驗選擇板塊等內容組合成為了綜合實驗室的平臺軟件。

1.數據采集與通信板塊

綜合實驗室平臺中所包含的硬件一起較多，使得平臺需要大量的數據接口。為了保證平臺的主機能夠與多個硬件一起通信，可以選擇一些硬件采集設備做種中介完成數據的連接與通信。由此可知，本平臺軟件的數據采集模塊有各種不同的數據通信方式，學生可以選擇不同的控件來完成對于數據的采集與通信。

2.信號處理板塊

部分實驗硬件儀器的時間較久，存在一定的老化現象，也會使得信號噪音的影響越來越嚴重，阻礙了學生對于信號數據的采集。因此，必須要及時的對于實驗信號進行濾波降噪工作，才能更好地完成信號數據的采集。對于上機位輸出的信號，則是要根據輸出信號的性質進行處理，結合通信接口的協議，將數據轉換成為數據包，完成數據的采集與輸出。

3.實驗板塊

虛擬儀器課程實驗、微機實驗、自控實驗等內容都是實驗板塊重視的內容。綜合實驗平臺以虛擬儀器課程的實驗為主要內容，以AD-300實驗儀為基礎完成十多個主要的實驗。而微機實驗、自控實驗等則是通過虛擬儀器Labview完成硬件儀器的軟件化，使得虛擬儀器界面化，有利于學生更為便捷的完成實驗操作。試驗箱的實驗任務還是以原本的實驗內容為基礎，與之前存在差異的步驟是信號分析和控制變成虛擬儀器平臺的工作。

4.網絡發布板塊

為了保證保證綜合實驗室能夠面向全校學生開放，該實驗室必須以校園網為平臺，以虛擬儀器網絡通信板塊等功能為輔助完成實驗室平臺的網絡化。實現實驗室平臺的網絡化，能夠讓學生在日常閑暇時通過校園網的端口進入實驗室平臺，完成實驗的學習、操作與復習，教師也可以通過校園網為學生安排下一屆實驗課的內容，便于學生更好地掌握實驗內容。

Labview Web Server功能比較適合操作，同時能兼顧其他技術能實現的大部分功能。根據調查可知，DataSocket技術在數據共享以及實時數據發布的范圍內使用頻率較高，但是由于其安全隱患較多，通用性較差，所以本校在研究探索實驗平臺的過程中，是采用Labview Web Server功能試驗網絡發布板塊功能的。試驗創建之后，學生可以在Labview的Tools選項中選擇Webpublishing tool內容，還需要設置相關的功能選項才可以進行使用。學生可以通過自己的電腦完成HTML文件的瀏覽，其優點在于學生可以不安裝Labview，只需要安裝運行引擎。

5.設計性實驗板塊

設計性實驗時在學生理解實驗原理知識的基礎上，結合實驗目的的內容，靈活的應用自身所學習的知識與技能，創造性的完成思維與實驗活動。因此，設計性實驗板塊需要通過預留的數據傳輸端口，為學生提供自主創新設計實驗的機會。在設計性實驗板塊中，主要是通過具有引導性的方式設置上下機位，借此完成數據采集與控制例如聲卡、USB接口等。這些都在學生的電腦終端設置有硬件接口。學生通過聲卡采集從耳麥中傳來的聲音，以自身能力與需求為基礎，創新設計虛擬的示波器與聲音分析儀，也可以設計信號源來完成音樂的播放。學生也可以通過以太網卡，創新實驗設計以局域網為基礎的數據傳輸方式或是聊天對話方式，除此之外，學生還可以以USB接口設備為基礎設計傳輸文件的虛擬接口程序，便于電腦文件的傳輸等。

三、實驗過程

學生在平臺軟件主界面的菜單功能鍵進行選擇，利用已有的功能板塊完成相對應的課程實驗，保證學生的完整操作。筆者以虛擬儀器技術課程實驗為例，完成綜合實驗室額系統測試工作，整個工作的完成氛圍以下三個步驟：

第一，將實驗儀器（如Labjack u12、AD-300實驗儀等）鏈接到主機上，接好每一個實驗板塊所需要的信號線。

第二，單擊虛擬儀器實驗按鈕，就可以成功的進入到所選課程的實驗主界面，學生可以根據自身的實驗需求選擇相對應的功能按鍵。

第三，筆者以交通燈的實驗為例，奠基主界面的交通燈選項，進入交通燈板塊控制實驗，學生需要設置相關的參數（如紅綠燈倒計時等）。根據相關的實驗數據顯示，實驗程序與實驗儀器鏈接通信過程正常，實驗模擬控制過程正常，由此可以得出結論，筆者在文中所構建的以虛擬儀器為基礎的綜合實驗室平臺能夠為學生的學習與教師的教學帶來有效的、可靠的、便捷的幫助。

結語

根據文中內容可知，綜合實驗平臺軟件對于本校的多種實驗教學都產生積極的作用，學校與教師應當重視以虛擬儀器為基礎的綜合實驗平臺的開發與利用，合理科學的設計各個板塊的內容，為學生的學習創造更好地條件。

參考文獻

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