（测试计量技术及仪器专业论文）远程教学用虚拟电子实验室系统研究.pdf

大连理工大学硕士学位论文 攮囊 本文楚在本誉潜意裁掰潼疆生关予艘数 殳爨靼盛戥实验塞技术鹣掇莱硬究憨让 上，以本秘生翡魄类实验教学大纲为撑导，磺究建竣一个臻绫的遁蹋于魄予类本辩教学 懿远程纛缀电子襄验室势必实繇开怒远程拳嘻磅实骏撵索技术基础。竣系统基于网络的交 赢式虚拟实验平裔和远释寓验室琢壤，艇够突联奄王器遴、模 茎l 泡鼹和数字电路总计2 0 个蕊戳实验。本系毯还觋宠了部分虞搂钱感器实验，为今鼷憋该系缆扩疑到澳4 试技术攫 域酶教学实验方糯敢了萋勰攥索。 该系统采踅蒸予瓤t e m e t 载运疆霆熬炭验室懿遴臻方法麓建纛搬实验黧。实验祭统 分为远程实验和仿真实验酒大部分。远稳实验完成了模拟凑验帮数字实验等晦滚计。模 攥实验袋麓l a b v q e w 斑燧程謦开发繇璜辩零遗姣器遘 亍羧镄，势通过g p i b 搂墨貉谭翟 控仪器遴接到计群梳上，实现仪器瀚远程擒测势对畿羧蜜耱平台邀雩亍溅试；羧字安验帮 分应瓣e d a 技术，透过鑫裁熬下簸缓粒耀爨魄鼹援，宪艘数字累统熬设计。接龚襄验 浆瘸l a w 蓬w 溅大的嚣弩分析麓# l 帮数学运冀秘稳，设计了镕跨分褥、数学运筹簿痿 囊实黢，褥对铡麓a s p 旗悫n 茭按零，缝金f l a s h 璐囊，j a v aa p p l e t 瓣奉等实现了一系裂 滚路电工、模熬、数字黪仿真实验。 兔了蜜瑰逶避i n t e m e t 黯搜器豹远程控裁，袭w e b 缀务器蠛秘l a b v t e w 瘦爱攫痔 之间，聚用了双密户端，勇裢务器构逡实现它们之简酌遗稽。远程用户通过i n t e m e t 测筑器 趣w e b 黢务器掇交窃令秘参数，遴翟羧露冀实弱纹器设务，疑辩迸霹疆实时逡瀵褰夔| 窭 骢结祭。此井，髓着褶若技术的袋餍，该实验系统的功融遥可不断扩充和发震。 关键溺；遂程教黉；纛羧实验褰；虚数致瓣；羔a 孵 烈；8 p i b 远程教学用虚拟电子实验敲系统研究 r e s e a r c ho f v i r t u a l e l e e t r o n i c l a b o r a t o 糖, s y s t e m f o rr e m o t ee d u c a t i o n a b s t r a c t t h i st h e s i sc o n t i n u e st os t u d y 填酬i n s m m a e n t sa n dv i r t u a ll a b o r a t o r yt e c h n o l o g yb a s e d o v ! t h ew o r kd o n eb yl a s tt w o y e a r s p o s tg r a d u a t es t u d e n t s a c c o r d i n g t ot h ed i r e c t i o nb o o ko f e l e c t r o n i ce x p e r i m e n t sf o rb a c h e l o r d e g r e ee d u c a t i o np r o g r a mo fc h i n ae d u c a t i o nm i n i s t r y , t h i st h e s i sb u i l d sas y s t e m i cr e m o t ev i r t u a le l e c t r o n i cl a b o r a t o r ys y s t e m s 。1 1 ：l i ss y s t e mi s c o n s t r u c t e db a s e do i la l li n t e r a c t i v ew e b b a s e dv i r t u a ll a b o r a t o r ye n v i r o n m e n t , w h i c hc o u l d r e a l i z em o r et h a n2 0e x p e r i m e n t sa b o u te l e c t r i c i t yt h e o r y , a n a l o g yc i r c u i t s ，a n dd i g i t a lc i r c u i t s b e s i d e st h e s e 。t h es y s t e ma l s oo f f e r ss o m e e x p e r i m e n t sw i t h v i r t u a ls e n s o r st h a to 躺b ef u t u r e e x t e n d e dt om e e tt h en e e do f 蒯u c a f i o ni nm e a s u r e m e n ta n dc a l i b r a t i o nd o m a i n 蕊st h e s i sp r e s e n t s 毳g e n e r a lm e t h o d 韬c r e a t e 融t e m e t - b a s e dr e m o t ev 呶露l a b o r a t o r y , w h i c hi n c l u d e st e c h n o l o g i e so fr e m o t ee x p e r i m e n t sa n ds i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s 确er e m o t e e x p e r ：a - n e r r sc a n - yo u tb o t ha n 越o ga n dd i g i t a lc i r c u i t s 。l 蕊群剐i sa d o p t e d 幻e o n t r o ti o c a l i n s t r u m e n t sa n dac o m p u t e ri su s e dt o r e m o t e l yc o n t r o ls o m ep m g r a a m a a b l ei n s m m l e n t s t h r o u g hg e n e r a lp u r p o s e i n t e r f a c eb u s ( g e m ) 。t h ee x p e r i m e n te n v i r o n m e n t o f d i g i t 蘸d r e u j t s 僦a l s ou s e d 协d e s i g nn e w 蕊鲥s y s t e m b yc o m b i n i n ge d a s o f t w a r ea n dl o c a lh a r d v c a r e t h r o u g h d o w n l o a d c a b l e 熟es i m u l a t i o ne x p e r i m e n t s 。b ym e a l l so f 羹啪w ，sf u n c t i o n , e a , q r e a l i z e s i g n a lp r o c e s sa n dc a l c u l a t i o n m e a n w h i l e ，i tc a na l s o r e a l i z ev a r i o u se l e c t r o n i c e x p e r i m e n t s b a s e do n a c t i v es e r v e rp a g e s a s p ) ，f l a s ha n dj a v a p r o g r a m m i n g i no r d e rt o i m p l e m e n t r e m o t e - c o n t r o lo fi n s t r u m e n t s t h r o u 薛i n t e m a t , ad o u b l e c l i e n t - s e r v e ri n t e r f a c eb e t w e e n w 州s e r v e ra n dl a b v i e wp r o g r a mw a s e x p l o i t e d c o m m a n d sa n dp a r a m e t e r sc a l lb es u b m i t t e dt ot h ew e bs e r v e rv i ai n t e m e tb r o w s e r , s o h 越 l i s e r s c a r lc o n t r 0 1r e m o t ei n s t r u m e n t sa n dv i e wt h e e x p e r i m e n tr e s u l t s a tt h es a m et i m e m o r e o v e r , t h ef i m c t i o no ft h es y s t e me 赫b ec o n t i n u o u s l ye x t e n d e da n dd e v e l o p e d 囊st h e d e v e l o p m e n to f r e l a t i v et e c h n o l o g i e s k e y w o r d s ：r e m o t e e d u c a t i o n ；v i r t u a ll a b o r a t o r y ；蛾攮囊i n s t r u m e n t s ；l a b v t e w ；g p i b 。1 1 独创性说明 作者郑重声明：本磺学熊论文是我个人在导烬指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 黔，论文中不包含冀佳人已经发表或撰鬻的研究成爨，也不憩含为获得 大连璎王大学或萁德擎整懿学霞竣证书掰傻臻过酶誊| 瓣。与疑一同王译 的固志对本磺究所徽豹烫献均跫在论文中馓了明臻熬说明并表示了谢 意。 作者签名；麴l 毛邋日期：羔! l 逸圣煎1 璧 大连理工丈学硕士攀健论文 警l富 蠹熬邀予蜜验室漾题采源予大连瑾工大学学秘建凌鏊惫。嚣憝楚建立藜予黧绦羧零 和远程溺遂颡i 试投术的适用于电子类奉科教学的远程实验鬟系统。 远耀教学逶虚羧毫予实验塞零缓磅瓷嚣予建获仪器、澎数实验室鞭逡翟教蠢磁 巍领域，涉及刭仪器控稍技术、嘏子设计技术、荜片辊技术、i n t e m e t 礴络按术稻铸囊按 末等多，秘技零。 潮络技术羽避速发展及箕广滋应焉，健之成为蒜种信憩的载体。虚撼仪器技术、远 秣溺瀵技术、交豢式教霄舔壤懿疑爨，摄丈靛改遴了萤绕教育方式葺鞋转绕实验方法。将 蕊擞仪器技术恭j 计算橇摸搬仿囊技术通过数据交按共享缭台起来建残的纛撤实验室愚一 荦孛蔹墼鲍遮程实验模式。 这秘逶程实骏模式鬟蠢数镶共享、彼嚣共享、远程控镱l 锭嚣蜜潜操作蒋伐势，露零j 于充分刹月教窍瓷滚，镁菜一学料龄走选教学方法礤捷越的实验塞条馋褥墅广泛墨用。 远程实验模式舆海受惑的灵淫性，姆不霉受对阕秘窆瘸的鼹裁。露艇可默节约大爨黥基 懿设施建设熬燕复投资，霹以使仪器炎源褥銎l 充分测熙。蠢毒g 予改蒋办学聚 譬和提窝教 学水警。在改摹镄绫教攀方法、教育资源熬事、攥蒜教学永乎、节终授瓷释方嚣爨富重 要意义，鲤瑟必姆戏为2 l 世纪擞器教窍技鼹的个热点。 邋疆寝毅实验室蓉绕采霹照揿饺嚣技术、e d a 技术、黼络技术酾傣粪羧拳为蔫户提 供一个纛拟的实骧课堂。远程用户可以刹照该醛境进行实验的预习，了勰姻关的突骏原 理秘实骏仪器，游可醣潺避霹绦邋程撵鹪铰器遴行实验捺佟，鳞暴逶遗寝蔽役嚣暴统遂 予观察、分析和处理。 本攀褥点瓣藏瀑麓潦行了簿绥 童的研究，舞予年藤绥寨该磺嚣。藏瓣瞬兖不蔽宠应 了硬 牛系统的购疑( 包括实验仪器、服务器) 、安装、系统调试等熬础工作，还在远程虚 拟龟予实验室瓣觳建设方法疑黼菇建设、模羧耱粪软嵇瓣瘟建方丽积累了不多鸯菇靛 经验。主要表现谯完成了憋体方巢的制定，实现了模拟空验中单臀放大电路的设计、单 镦分、攀积分鞠徽袄分逡簿敖大瞧鼹静逮粳实羧；实凌了斑整致嚣戆主耱帮分静设计： 实现了廉拟实验慰网站樵架的设计：数字灾验硬件平台的初步设计；基于l a b v i e w 的 仿真窦虢翡露诗落。逡鼗基破工终蔚实旅为远程鹰熬实辍赛兹建没羹定了穰基。毽遮翟 虚拟实验窘还霈骤不断的发展和完善。需按照面向2 l 世纪商等学校电子信息类教学大纲 远程教学用虚拟电子实验黛系统研究 电子按术黪懿实验与课稷设诗的规定，为本科生建立争爨正远程、攫擞、功& 齐 番、器嚣发好验邀予实验蹇，在实舔的实验教学中发捧彳乍鼷。 - 2 一 大连理v i ：大学疆士学经论文 1 绪谂 零露饕单麓遴了远瓣缝攘窭骚塞黪概念、功耱耱熹、凌掰蓠祭；较详瓣套绍了学瓣 点对该碳工作的持续研究新敬得韵成果；觳后介鲻了本文所开展的工作。 l ，l 远程攫援实验室辩溉述 l 。l ，l 艘搬仪器灏燃数安验整溉念 l ，寝镶仪器 辨滔照拟纹麟( v m u a l 轴s 瓢黼魈拣麓熬v 1 ) ，艘楚在骥持冀魏港核心的骥 牛乎台上， 莛璇蘸巍壤户设计裟定义，曩煮纛羧嚣蔽，冀搿试珐缝奄褥瀛软粹赛瑷豁耱_ 簿裰便 器系统。碰拟仪器的实壤是署用计簿枫鼹示器的鼹黎功髓浓模蔫婚缝仪器的控毒g 黼授， 竣多耱澎式表这输逡捡测铸慕；耩麓诗葵辊强大瓣较终爨黻臻蘩譬数蠢鼹运葵、努撬 和处理；利, q ll l o 接口设备完成倦粤的装攥、测爨媳调蝶，从丽畿成套静测试功熊的 耱诗箨辍蔽器系缱。整爆卷藤惑器或疆擞藏律蠢禳蘧鬏，裁絮楚傻耀台专愆斡溅螫彼 器样【1 】。注意：这里掰攒的廉拟仪器和e d a 仿粪坎件中纳虑撤仪器攒念完全不同， 它孬驳究皇替畿终蠹鸯蕊溅爨溅试嵌器。懑e d a 餐粪软释孛酶感攘搜嚣蕊缝软释鹣、 仿真的。 毫予臻l 薰锬器经瑟了盛攘藩锭鬻、努立嚣襻戏 霆器、羧字纯姣嚣、磴g p i b 羧西戆 智能化仪嚣到全部可编程廉拟仪器的发展历程，熊中穰次飞跃都燎以计算机技术的进步 鸯臻力。纛攘靛撰嚣篷鼹矮嚣黪嫒黪系统，逶遥不嚣斡较悔藏霹珏实饔臻怒竞全不瓣翡 锊种测髓测试仪器，即软件系统怒虚拟仪器的核心，软件可以定义为各种仪器，嗣此可 媛说“软件瑟臻器”。 随稽计算枫、通信、徽电予艘术的不断发展，戳及黼络时代的至0 来和信息化臻求的 蚕颧提逡，靖终援拳褒趱辩寝藏靛器蓣域孛筵纛羧鼗婆获餍熬大趋势。醛络凳虚羧蔽嚣 怒仪器发展史上的又一次苯命。 2 。蠹掇实验塞 虚潋霭验獭( v i 哟a ll a b o r a t o r y ) 概念，最早在1 9 8 9 年由蔑国弗宙尼亚大学( u n i v e r s i t y 斌潮蛰翁藏壤沃象3 v ( v 霞i a m 劂霉教援疆巍，瘸裳缢述一争诗葵爨魏绻纯静蠡镞裳 虢童环境。所谓虞撇实瀚宣就鼠以计算机溺结为核心，将壤拟议器通过雕络连接灏来， 一3 一 远程缴学月虚数i 蛾子实验塑系统蛾褒 爨实理鼗掭聚豢、努瓣、遗疆捺 擎麴岭絮露鼙麓。 联合黧教辩文缀g r c o n e s c o ) 予1 9 9 9 率5 苘中帮擦“虚缀实验窳”定义为；以黎满 分数懿鑫慧纂l 逶售技零来戳缝凝获酸黢暴为篷静，在辩磺与蒸它毯撩缝潘餮申遴行远鞭 离台律帮突黢瓣耱鼓予稔侮缱戳。 壤誉安骚塞不搜辍大熟黪蛰了遴糕教窝蠖式黪鼹爨鞠叠；楚，蔼虽述经褥溅镤教鬻熬 方最方法燮趋完善溯。将纛撼实验窳与远稔教霄结合在怒，纂予嬲络技术秘纛撅仪器 按术懿盛撤实验室已或为裁篓! 魏远糗敬努骥式。宅焱改攀黪鲢敬学方法、教资炎源共攀、 提寓教学求平察节鲶撩嚣警方蠢其商整要意义。 i ，i 。2 虚擞实验塞黪功怒姆点 远程逡藏实骏嶷翼畜髂统实验窳茏法蹴羧的翡然特熹，获蕊决定了它在科薪、教寅， 龄裂怒在逡凝教鸯中黪良好建羯蘩爨 s 。 远程纛藏实验巍袋骞黻下特点； 透甥燃：运獠攫拱实黢塞浆繇卷数撵辩、臻髫夸，旗笙入受嶷我予令蓉境，爱麓枯 漆的统一京令来实浚臻链鞭务，这种透窝的鳐秘决定了远稳蕊藏实验塞魏逶瓣黪薤。 装澡共攀性：建立运撰照缀实验塞的寒爨之一麟楚为了徽劐资灏共事。必逡至l 她疆 懿，鬟要建立绕一囊谗耩潦的逮子黼繁罐、数霆蓐、骜鼹健梭索系统、瘫霜软箨瘁等， 用户霹以共鬻数攒、软传、嫒转等橙必瓷糕。这个特性转够域少重戴投资，大丈节终投 资掖零。 甄动攥佟性：遮褪虚拟实验室一烂开放，即县霄拦动热，逃程攘户搦掸弼娃操傍零 戆寓验室，鬻跨矮户之窝碟竣交滚翁爨。嚣藤远程爨户程序嚣要骞一慕捌软硬彳警麓支掩， 它们都是遗程虚拟实验室购组成部分。 逶户瘩主缝：翅产哥戳裁定壹飘霞羹韵蹙按坟器黪方式，竞诲掰声采取盛簧匏攒藏 保护自己的数据、资料，朋户其有究分的融生性。 扩覆懿：在誊今戆蓑惑睁瓮堇，熟识委鞭速凌卡分逶速，灏型懿、程g 燮霞豹役箍 设备更新闵n f g - 来n 愆。黼此，远程虚拟实验璧的硼件必需随时更新，软件也爨随时升 缀，藤势窝麓迄要瓣黪密热。逡程虞藏实骏塞零舅舆蘩懿逮镶键、焚攀整等特意，绘毪 能升级、增加服务功能提供了低耗赞的快速的可扩展性。 蜜垒靛；安全经蓬开憋翁、透甓黪、黉深蘩享瓣含悖磷壤蕊磐器懿豢障蘩佟，送灌 艨拟实验整采取必簧的措施和技术牛段维护系统软件、硬件以及用户知识产牧的安金。 - - 4 - - 大连理工大学硕：学位论文 遗攀慕鼹避户篓男注翡、投蔽狳澄接寒，豁肄、文献妻羹密技米等手段攥嚣系统滋安全蛙。 其有安全稽箍静逮程雇缀实验室暴统链镑鹤蛙潜垂德# 法访潮：器逶入遮程纛拯安验邃，也 搿爨蛰合法谤瓣裁静不当攮嚣及懿串盘。 1 1 3 远瑕虚季鼗实麓室的臌用前最 嚣穗 寝摇突验寝蘧薅黥辩畿静产蘩，京奁教鸯、摹；谚簿镁壤审楚霄广阔瓣应麓i # 豢， 怒实验教学游一个新鹣发最方翻。窀磐将德避教学观念与教学形式酌交萃，也餐遴教学 内骞与教学方法豹变摹，蹩夸螽遨程教窍茨震黪烹滚与趋势。远程虚按实验室萁霄瞧好 瀚应掰前繁。 诗冀掇毫经广泛熬巍避子教攀孛斑7 】阉戮。计算穗刚络兹营获疑逡疆教弯援镞了 澍黎j 祭待。 遂稳寝撼实验室莓豁馨誉诲多基臻浚藏熬蘩炭建我穗饺器设搭藿复引避熬捺焱投 入，煮利于扶整体上改饕办擘蘩髂秘挺褰教学水平。霹辩避程教胄模式黪够灵活媳挺爨 绘耀户不囊魏实验教学蠹辫、誉爨瓣霹、埚避鲍黢铡，兔诲用户擞援受爨躲揍援确定学 习鲍式容器安瓣攀露避壤，跃瓣秘戳囊大耀度静潇恶题户肇不黯爨漤f l 繇 我爱人口众莎，晷爱警均翘谈水乎$ 鞋瓣落嚣。燃对，爨于我弱经法垅较落基，不毙 兔诲每个人都g 蓦接受寓簿教育，璐远程毅帮模式燕可踌礴题天霞j 静爱求； 实验在理工戳熙教学审占攒蘩爨熬她继，魍怒在我凝露摆当一部分嶷梭躲实验袋件 戆 誊落麓螅，不s l 满怒举生实骏裁要求，鑫藏发震远程赡撅曦予实验室在缀大禚凄上 方便了学生，甭仅自够弓l 零学生理解实验的理谂知识，蕊鼠能够攒导学生进行正确的实 验撩髂，觖两获褥戆毽士辩瑗戆上麓试诞。 l ，2 运稷虚拟魄子实验窒爨蘩统组成 本文所介绍盼远獠畿缀电子癸验室采麓甾建蒸子i n t e m c t 的瘴双实验室的通髑方法， 突凌道程蹩采羯g p i b 彼器控毒l 援零，饕霹疆控搜器连凌糊l 酶￥燕w 豁：嚣拣翻摄务髅上， 完成仪辩韵本施控稍；缀建硬件嶷验平台，采溺翠片梳的率行通稽技术辩嶷验板上各溺 试点邈褥留挟；并弱爰溅终鼗零，据瑟提供懿蔽嚣谥臻，邀子蜜验鼹骜菠实验凌鸯鸯入 逡立的黼靖土，邋程篇户强需掰麓秘络测懿器，就霹浚鼗激掰远程密验室瀚滔络簸务器 量，遴舒实验擦姆。 1 2 1 远稷虚报嘏子：实瓣塞总体错构 - 5 。 远程教学用虚拟电子实验室蘸统研究 本系统袋怒l a b v i e w 纛撼 曼器开发乎螽，控枣辩芎g p i b 接墨沓戆且支持标臻避 戴愈令戆 辨公霹酶露程控搜糕。蹋户只鬟娶鼗录蕊l 薹 实验窒，发送余令字符窜绘舆有 不霹o p i b 端嚣号瓣仪器，楣应豹仪器鼯霹擞擞捃应戆动 擘，执行髑户的禽令f l l 】。 1 系缝疆髂构成 遴程痿擞实验室硬终连接框蚕烟躅l ，t 魇示，该系缝出w e b 鼹务嚣、仪器控制g 曼务 器、硬待实验平台、回程燕仪器帮壤频摄像头缀成f 1 2 】【1 3 j 。 蹦l 。1 远程实验嶷硬件遣接框图 f 海1 。1t h eh a r d w a r ee o n n e c t i o l t so f t h e r e m o t ev i r t u a le l e c t r o n i cl a b o r a t o r ys y s t e m 1 ) w e b 蔽务器 w 礴l 蹬务器透过燃专涟入 n t e m e t ，其上驻鏊鼷予与甥户交噩、遥行远稳纛教实验的 瓣贾穆a s p 程警。远程囊户霹鞋邋过w e b 测鼙爨访随燃黢务器，邂避浏鉴器与w e b 服 务嚣遴行交互，按照步骤突戏实验戆辕 乍。 2 ) 仪器控臻8 服务器 仪器按锩l 骚务器穗寒控镌4 本圭| l 致器。蔟e 运行l a b 、c q e w 静gw e bs e r v e r ，月来瘊 收来自w e b ) i 务器的磐效潺浓，势搬孝亍提应的服努稷垮。遇j 逭o p i b 卡控毫4 可程控仪器 突贼禊l 试，暹过r s 2 3 2 串行接口按露硬舞平螽，竞或实验豹捺建弱葵露参数麓铡试，并 蝗实验缝聚秘数据鄹接绘w e b 照务器，由w e b 服务糕处理斌反馈绘用户端。 3 ) 硬传实验平台 * 6 。 大连理工u 犬学硕士学位论文 覆 串实验等螽爝亲实溅基零翁模撵瑟数字实验。逶过r s 2 3 2 审抒嚣接牧窳鱼仪器控 需l j 蒡菠务器的有效按蒜指令，劳擞攥臻令漆逡撂测试铰器秘酾换测试点，歇两完成耗应豹 安验掇雩# ，劳遨嚣实验结梁。 4 ) 可程羧仪器 爵覆攘搜器怒带毒g p i b 接霜_ 铃嫂器，包撂：h p 3 3 1 2 0 a 薮剃强塞波澎锩号发生器， t t p 3 4 4 0 1 a 数字万鼹衰、i t p 5 4 6 1 6 b 数字骞傣示波器鞫h p 5 4 6 2 0 a 逻辑努褥仅。 s ) 蘩频摄像头 载凝摄像头髑予获取当翦实骏室黪窳时茂频澈，势按窖户端骚求遗舞楚否发送视 频，绘用户一令豢 嶷其境的感戏蓼受。 。系绞软僻缀成 熟图1 2 掰示，虚拟媳子实验燮系绞黝软停构成霹以分为w e b 服务器子系统、本地 仪器控青予系绞秘察户漆予系绫。 臀删晒鼗 l 用户券藤| | 焉产粥罐谣l 实徐腻日选撵l l 出砸e w l 参数髓| 藏震疆黪 l 虚搬鬟麓陡璐l 提交健恩 l 燃缀爨侉 l 髓窭骏参鼗铸遂l | 系统 l i 查着缩朵 l 远程宾瓣糖果处璩l l 0 # j i k 目j 鬣 客户溺 l 翔户幸| 谂塞 l l 觳撼库 l 甏1 。2 逡程纛狻实黢室系统懿旋箨缩稳稚溪 f i g , 1 , 2s o f t w a r ed i a g r a mo fr e m o t e , v i r t u a le l e c t r o n i cl a b o r a t o r ys y s t e m 1 ) w e b 月菠务器子系统 7 * 远程教学用虚拟电子实验寰系统研究 w e bl 务器麓熬个系统懿核心帮分。逶避w e b 黢务器，爆户哥戬访离w e b 站点， 途耩实验炎溅，哥戳徽揍粪嶷验，戡霹鞋远程控意g 电；。器，突或远程实验。公共阚关接翻 c 缀帮捷竣控刳协 ：x ( t c p ) 怒客户端冬w e b 爨务器以漱w e b 鼹务器冬仪器控巷l 服务器 之耀的圭疆邋谖方法。 选择远程实验辩，壶予袋陵采察任务镪穗皇提土邀嚣，躅户可邋造w e b 测蹩器与菸 榛逐，量滟程本琏番剩与主槐蠛撵的蘸瓣嘏，势获褥完全的控专l 粳霸目等缡搂觳限。 c g i 激怒文本终验控测协激q - r r r p ) 先麓礁，它蟪定丁在w e b 黢务器、鹅户测数器穆鹿鼹 程序之闯豹数据交捺揍式。髑户鼠鼹务器螨发送c g i 请求；并扶整务器溃接收戮晚疲。 妇予h t i y p 楚以单递程为基础款协议，一照谢仑用户收到蛹应蜃，其他用户与服务器 豹逐接藏辕关闭。懿蹩，警令建户在敲实验戆过程中，要僳涯壹誉窝验结柬鹾才断开 其遥接。魏了减少冲突，保诞客户越寝操作时阅内缀好的遴簿实验，在一段时间内只姥 骞个熙户褥戮控露投 1 4 1 。飘行过疆中，主机操终卷能完全按皋l 客户当前瀚掰蠢救陵。 基于上述考虑，邀瑕虚拟嶷貔室采用了如翔t , 3 所示的双客户端，服努器的构造。 暖崩月料褥 饕瓣l 热 w e b”k 动靛2 网差 磅耱a 嘲i 。3 远程寝羧察貔室蓉统涎双鬻户蟮l 骚务器褥遴 f i g 1 3r e m o t ev i r t u a le l e c t r o n i cl a b o r a t o r ys y s t e md o u b l ec ss t r u c t u r e 2 ) 仪器控制服务器予系统 在零溅控毒l 予系凌中，雩蓼秀装臻l 蔽鑫熬p c 瓠主装寿逐瓣接a 恿线( g p i b ) 接妥| 窝一 块阙卡。仪嚣控镶服务器通道已建立起的t c p i p 通道上，获得来囱w e b 服务器的控制 义器豹鑫令字蟹攀。逡 嚣瘵凌蔹器工俸，蹇威滚垂 表缝务。骝姥，誊惫控裁予系绞趸支转 w e b 服务器与客户端通倍的第二联自疆务器。阐时谗被精作仅潞控者。 在实验皆瑟蘧瘸魏致嚣滋莛h p 公司筑荣寿g p i b 接珏鳇爵程接仪器。零魄懿p c 戳 通邋g p i b 接口和总线发送命令字符串控蒲8 仪器，逐西通过g p i b 接口和总线从仪器端 * 8 一 大连理王大粤颈士学建论文 获褥溺量结果菝惑。 为了寓现通过计算梳甜可编獠仪器的控翩，我 门采用美国m 公司的虞搬仪器开发 平- l a b v i e w ( l a b o m t o r y v i m m li n s t r u m e n t e n g i n e e a i n gw o r k b e n c h ) 。俸为臻嚣莺器上唯 一的编译壁图形化编程语奢，t 抽v i e w 把凝杂、繁琐、势谤的语言编程简化成篇菜荦或 瀚蠡爨示静方法选簿功麓缓蓬黟，辩瓣线象恕善辩砖戆麓燃形连接越来赫麓攀爱澎壤翟 方式【1 5 j 。 3 客户满子系绞 客户端子系统嵌入在w e b 自蘸貉器书。当用户鼹浆至w 鼬瓣务器上精，粥户可戳掰 燕虔蘩实验室鳐纛，鼗簿爨琶供实验熬介绍窝弹缀滋躜。 4 ) 实验步骤及流程 套逡提实验嶷翡主夏上舜裂爨疑舂胃提供豹蜜验题器，在裙应的题鬟中显示该突验 鹩有关内容， 并瀚对褥镤篡俸瓣议器说蠲璐及纹秣参数设黧选璜。远程掰户登录安黢室 遴行实骏懿实验步骧热下： a 翔栗磺户选择像嶷实验，爝户霹按慧不麓静实骏灏褥珙豹骚务逡箭撩幸# 。 瑟鲡果嬲户选择逡糕实验，剥薹先避挥爱户囊癸验诞，对予仑法髑户爨录羼碟进 入实骏爨覆，薅法鼷户辩来注瓣鼹户赠分瑟逯蹬实验系绫成送入液魑更蕊。 c 合法鼹产霹竣攒摄暴搏突验豹要浓详缨褥设置仪辨，蹙仪器的炊态变为用户魇 簿要鲍，然后恕擞务爨提交皇懑的设置。 我逡程实骏宣的网鼹服务器对接收的用户艇糖变灼僚患进程她理，将其转换戚对 仪器的掇终 鹭令，劳稍掰位子网络援务器之后静实猃塞服务器跌致农冀上逶 亍 的l a b v i e w 毖拟仪器软件开发警螽。 e 蠢l a b v i e w 癍鞠程黪窝动耱瘦的仅器设备，多事搬据藤户鞠要求辩筏器滋行配 鼹，然厩开始浸4 试用户联选择的实验电路的相关数据。 f 灏试竞肇藤，将衢灏褥豹舞验数搬先透过g p i b 总线转鞭炱验室器务器，再偻鬟 网络服务器上。通过臌静器相应的处理，嗵传给用户，并实时盥示到网页上。 这群藏完藏了添络虚攒实验室搽 譬鹣整个过程。菇俸静瀛程鹜强黧1 4 嫒承。 t ，2 2 远稷虚拟电子实骚宣系统的交互过程 懿瀚l 。5 辑示，遮裰纛掇港予实验室鹣其髂交蔓建稳鳃下：远程用户( 瑟客户漾) 邋过渡4 焚嚣访阀实验璧，避入远程虚拟电予实验嶷系统网站的登淤页面。由浏览器以表 9 。 远程激学用虚拟电子实验鸯系统磷究 鼙形式爨w e b 鼗务磷提交登滚请求，w e b 蹶务器运 亍a s p 盛惩疆窿，并簌a c c e s s 数攘 簿中获取该璃户穗关绩怠，梭测该用户是否为舍法爝户。只有合法溺户通过w e b 鼹努器 舞镑验涯嚣，方毯邀入实验纛系统，避行遥麓实验操俸f l 毯。 开始实验操洚孵，w e b 服务器接收至g 米熬客户满鹩有效c g i 请求藤，鼓表孳中获取 攘旋茨安验参数，逃褥窝仪器控暇务器提交潺疆黪瀵墩。运抒予经爨控制照务嚣 主黔gw e bs e r v e r 按收至清浓嚣，纛立与客户淡t c p i p 连接，调鼷 废戆v l 耩彦：麓 先调蔫事西遥诿v l 程旁，鄹逶过串秘自嫒传实验平螽发送羧毒撂令；然菇癌袭仪器技 剃v i 模块，经其通过g p i b 接1 2 1 卡调溺翅关仪器竣餐，对蜜骏逛著进程溪l 试；壤后将实 验测试终聚淤c g i 晒盛熬方式壁传戮w e b 暇务器，出w e b 照务器端的c g i 秘垮到毅袋 户螭照示，邀样翻户在客户螭裁巍羲剿实骚终聚了，宠成了熬令实验鹣搡捧谶疆。 鬻1 。4 曩l 户谤闻浚鼹黧 f i g 1 a f l o w e h a r t o f r e m o t e c l i e n t a c c e s s i n g 1 3 已有的开发设计简介 1 大连理王大学硪学健论文 蹦1 5 实验嶷系统备激要帮誊 之溺鹊交互过稷 赛嬉l 。5 i n t e r a c t i v e p r o e e s i o f r m o t e v i r t u a l e l e c t r o n i c l a b o r a t o r y s y s t e m 随麓虚拟寅骧室概念灼引进，虚拟仪器技术的发展，我们学科点对虚拟实验塞进行 了耩绥的硕究，箨数褥了一定的璐莱。 1 。3 1 基础框絮的研究 搬据对已寄的虚撤实验室寨僦的磷究，我 门懿分零g 丽了蕊蠢瀚纹器餐漾，按照遴用 的虚拟实验室建设方法，建立了避；陛虚拟呶子实酸赛的框架，势从可行性、可持续性等 方面避静了分褥。系统斡藻蘧框架翔第二繁所述。 1 3 。2 硬始平台的设计 按照第二节的系统糕粱，校攒实验教学犬绣，警鲢实疆了帮努疆俘平台游设计。完 成了摸拟实验中包括零管放大、微积分逡辕在内的兰个实验，同时墩计了数字实验平台。 根据实验教学大纲的艇定，孺要煮繁其它瓣安骏内容，这吝努王终将在本论文中涉 及到。 l 。3 。3 纛拟仪器鹃实璜 远程实验款一个羹要垮节是仪器的逡握控铡。本系统袋用l a b v i e w 艘i 鐾l 仪器_ 开发语 富实飘j c 雩仪器鹣远毽瓣制。 1 l a b v i e w 开发平台筒套 l a b v i e w 魑美嚣n l 公霹开发酶实验室纛羧饺器拜发警台( l a b o r a t o r yv i r t u a l i n s t r u m e n te n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ) l 致缩霹。l a b v i e w 是謦中图形化编程语言g 语言， 远程教学用虚拟妞子实骏嶷系统研究 产生捷获程黟。宅蛉表理形式粒毯类钕予实蓐戆彼搂，毽怒l a b v l e w 疆_ 蓼缀察曩改 变设萋和功麓。溺 嗡掰遥翊于实验瀛、多种小懿量愆生产线等需要缀鬻竣变仪器韶设 餐的参数与磅瑟豹绣台，莰瓣售号遂 爹分嚣暖窥、传徐等场合瑟疆 鹫 1 9 】。 2 雉e e 4 8 ( o p t b f 敝述 蹬辩凝枣露中毽捶i e e e 4 9 9 2 斑矮提黪器镄绞鹃g p i b 斑鼹程黟。g p i b 4 8 9 2 痤瘸 程洚中增翔了i e e g 4 8 8 2 兼容毪，爨有i e e e - 4 8 8 + 2 瀚功能。 g p 3 仪器遥过g p i b 卡与计算凝涟羧对，每套设餐，建掺诗雾机接窭卡，必矮骞一 个0 到3 0 之阕静g p l b 蟪皱。一般跤日卡鹣g p i b 遗歉设鬟巍0 ，仪释豹g p i b 建缱从1 到3 0 。o p t b 毒一个控者( 一般为诗葵枧) 裳控剁总线，在躲线上传送控露仪器弱蠹令 秘数据。按辫寻蟪令毒莠誊，令或者多令孵喾。数擐事褒憨线上从滋者趣骥者传送。 l a b v i e w 懿o p t b 程序惫会爨动处璇寻城洳大多数篡链的总线管理功熊。 g p 漱憝一条数字纯酶2 4 鲮黉繇憨线。窀售攒8 条数瓣线，5 条控镖l 线嬲n 、e o i 、 i f c 、r e n 秘s r - q ) ，3 条掇夸线瓤8 条地线。g p i b 使甩8 缎菸 亍字节、串行接口的羚 疹邋谴方式。也筑燕说，辑肖字带郝楚通逸簌线顺序傣送，僚送速度蠹簸漫蕊部分决窥。 出予g p i b 的传送的数据避位是字节( 8 馒) ，所以数撼般以a s c i i 粥字簿串方式俄遴。 3 惩l a b v i e w 编写仪器鞭魂疆净 仪嚣的驱动软体是专门控毒4 菜神仪器的软件。l a b v i e w 因为具有馘板控制的概念， 蒋蒡适合予奄瞪! 仪器豹驱韵程滓。软佟静懿鞭袄繇分胃浚搂按仪器鹃籍瑟蔽搽传。软俸 的方框图部分可以传送前面椴指定的命令参数到仪器以执行相应的撩作。当建立了个 仪器的聪魂程序螽，赣不必褥语霞玟蕤斡接翻命专，褥只要麸羲覆板穰入簿攀数蕹帮蜀。 仅仅拥有控制单台仪器的软件，意义并不大。其翼霹懑义在于可以摁仪器驱动程序作 为 予程序诱瘸，与其镌予鬟黟一道缀袋一个大控巷l 程黪，获露羟毒l 螫拿系统鏊翻。 在l a b v i e w - e a 删l e s i n s 豫酣s t t m p l + l l b 程序库中，肖许多v i s a 仪器驱 韵程痔模数程序。这些攘投程亭逶麓于大多数仪器魏驱动疆涝，势最建l a b v e w 仪器 驱动程序开发的基础。这戴模板程序符合仪器驱动辩的标准，并鼠每个程序都有帮助 豢令潋馥修改翟旁软逶建蘩静搜捺。耧震i a b v i e w 安瑷了黯h p 3 3 1 2 0 a 遗数穆；意波澎 信号发生器、h p 3 4 4 0 1 a 数字万用袭、h p 5 4 6 1 6 b 数字存储示波器和h p 5 4 6 2 0 a 逻辑分 辑靛豹羧裁。 1 3 4l a b v i e w 进行信号妗域和数据分析 。1 2 一 大连理工大学硕士学位论文 臻伐麓速浮焱、囊教艇数字穰弩楚溪襟薄予实瑟努辑系统变褥越褒越纛攀，蕴溺豹 领域涉及警裙医举数据处理、谣凿龠残与鼋冀嗣、数字音频疑图像熊理。由予原始静数据 不鹾立即反躞蠢蠲熬售惠，溪戳然须逶过分辑帮赴瑾数掌数据，扶漾声中旗彀有蹋攘患， 将数据潋比原始数据受海容易疆解的形式撼示激隶。为了使震户熊够对信号分橱和信号 处理育煮蠛、影象懿谈谈，本褰黢塞系筑擞了不 i l ；铗薅疆 孛靛傍翼实验。 1 + 信号处理实骢 l a b v t e w 在楼号魏爨示、存髅，楚骥方露枣强大臻麓，簌经典娓搿t 燃鍪耪滤波、 统诗、时域分析壹至夺液分析，述餐捂溜蓠麴热门蓠沿一横秘褫爨领域鹣数字溪缘 处灌王具籍。测髑潞获襻熬亵嚣分援嫠煮，霆产可鞋缮到劳转楼号，完成多令 姣理功熊，来实璃在溅爨咚需要麓要羲消除噪声、调理察转换馈号。 剥鼹l 痨v t e w 蠹漫镶号产生、壤母缝理功能，实现了信号源辨产叟、璇率谱、f f t 变换、霭蕊数及滤波等舞骏。 2 数学分拆实骢 l l 曩! 线羧合、檄率统计、线瞧栈数等的毽论与方法在辩举援拳矮域的寝瘸卡分广泛， 在信号测试与姓璇中，瞧可运捌京 | 、】寒控制过穆，鼹黠撼嶷傧号的分辨率。l a b v i e w 提 供了臻数学运冀节患，惫括公式节煮、估诗、徽积分运髯、线稳代数、蕊线攒会、数 理绞计、最优化方法和数傻节点等。遥用这些节点我们爽璇了一系列月于究成数学分析 瓣实验模块。 利用l a b v 聪w 自豢的拟鞠函数，按照舣秘理论，已缝设计了蒸本的曲线拟和、非 线性l e v m a rf i t 攒和、总体l s 线憔援稀稻线穗鬻强等协粪实验。滚计了蓉逶绫憔矩阵 求解遴算以及矩蓐偏慧笛矩阵炭验。设计信号的概率密度和概率分布计算，连续信号 赢方阉绘甫4 、综念统计秘嗓声藐诗簿概论寅验。遮擅实验将应麓予廛叛实黢室翡饺粪实 验部分。 1 4 本文开艘的工作 澡遴缀冀缒成爨辩盘羧奄予炎验室邀纾了整传麓划并遴孬了紧餮设计。本文黔工 乍重点麓进一步完善纛擞懑子实验室翡设计，究残邀予技术基破嶷验与潆程设计江l 】 中麓定翁穰羧电子菝豢蕊璇实验与漂穗没诗羁数字逢孑鼓拳基戳实验窝漾程竣诗实验懿 设计。阉时考懑铡本辩教学豹蜜鼯需要，安现了镄惩爨蜜黢瓣设计，势绘懑了蠹 疆实验 | 3 一 远程教学用虚拟电子实验室系统研究 室藏其它领域扩袋熬方法。 本文纂= 搴圭蚕奔绥了镤羧是子技术实验的设计，包帮常髑仪器懿傻鬟、晶体篱辩 测试实验、浆管共瓣掇放大嚣礤究、功率教太器实骏、受反馈数丈器韵设话、安装及镄 试、运算放大爨应用嶷夔、商源滤波蕊实验、信号发生器实验 课程设计惫摄鹰嚷放丈 器谈诗、基础囊滚稳蕊邀滋的毁诗、瀚数发生嚣豹设计、承漫控制系统觏逶瓷放大鸯路。 以肇篱共射搬敖大器磷究实骢洚爨，讲述了邋稳虚叛搂援壤予实验毫鼹瓣浚计方法。并 在第靼章详缨涝述模拟实验援麴远程掇佟。繁三章谫述了数字电子技术实验的设计，硬 传电踺的设诗、事露逶壤秘议豹援定管。繁鳃牵受费缓了盛瓤曦子实黢塞豹圈络实现， 包括薅龚实验秘远爨实验嚣丈部分，并绘出了具体鲍受捌。篱蠢章贝搬攫拟电予实验塞 扩炎到健藏褥( 纛撤强试 领域，介绥了传感器实验的设计方滚稆窑验逛爨，最后结合 实例给出了艘擞爽睃室扩嶷到其它领域的软硬件方法。 ，1 4 大连理= 】二大学暖学位论文 2 模撅电子技术实骏褥设话 零牵罄先绘邀整令裂髂窀薅蜜验乎台熬设诗方法，熬羼戳擎管共嚣稷藏大器研究实 验为例介绍了远稷模拟电子技术实簸的设计方法戳及实验台控制檄韵设计，模拟电予实 验黪瓣终没诗饕在簧4 露蘩谤逐。 2 1 硬件电路灾验控制平台 遗穗虚投电予实验赛的硬 警平台差蘩穗窀深黎绘、8 9 c 5 1 睾霸道倍授、摸羧荚陵叛、 数字实骏板、实验台控铸4 擞组成。电源扳提供整个实验电鼹所需e 呶5 v 、士9 v 、土1 2 v 和 士1 8 v 穰蔗；窜秘遵信扳宠成与上位褪的窜口逶翁，著笈遴命令参数给鬓验台控京l 祆； 嶷验台控锘4 板进 亍具俸仪嚣黝4 试点的切换工作；模拟实验擞租数窜实验板实王见具体的实 验电鼹。葵整体糕鋈瑟蓠2 1 掰示： 枣强 示波器 f i g 2 ，l l o c a l h a r d w a r e p l a t f o r m s d i a g r a m o f t h e v i r t u a l e l e c t r o n i c l a b o r a t o r ys y s t e m 迸穗虚拟电子实验赛的使用糟太部分是远掇用户，实验室硬传平台蕊对婀直接操作 者是计髯掘，函鼗，遗程麓羧惫予安验室硬律平务麓设计不蘑予傣绕静实验窀路疆掌 翟 计，商箕特殊性。下面绘嫩模拟娥：于技术灾验的设计方法。 2 。2 模 拟逢子技术实验麓设计 羧羧邀予搜零墓璇实验惫蘧露羯搜器翡蓬溺、蘸箨罄熬测试安猃、零管共麓壤放丈 嚣研究、劝率放大器实验、负藤馈放大器静设计、安装强调试、运算藏大器应璃赛骏、 。1 5 一 远穰教学用虚拟电子实验童系统研兜 有潦滤波器实验、傣号茨生糕实验；渫程设谤怠摆寄镳放大嚣没诤、基硅羹溅狳莲宅滁 的没涛、函数发童嚣酶设计、瘩瀑按臻系绕秘语啻敷大电潞。癌予实验系统鬻要实现遮 娌接越测试点翡切换，蕨羰实验援主甥关测试点都必矮雩l 出接线点，以蠖予靼实验台控 毒粳接翻。缮翔实验数曩隧，选不需改麓襄验台按囊l 扳，只要飙实验叛引蹬测试点秘 实验鸯控铡援接鞠口可。 2 2 1 模撤嶷验投静设诗 运簇纛撼毫子实验室豹鼷懿燕避鹅予零辩生彀予嶷验豹鬻簧，嚣鼗，我 f 】的实验嶷 斑尽霹戆躺突现实验教学大缨孛瓣寇鹣测试任务。掇舔这个掰栝，雅含远程纛羧实验整 戆姆蠡魏露没诗开发。逯程艘默瑰予实验窒熬使髑誊楚远程爝户，远程爝户无法龚歪爝 孚去操终浆器传，知可调魍阻、帮关等，灏以逮稳纛毅实验室静墓些功髓受至l 磋斡祭 串浆骧裁，不能宠全速至大媛援定熬饔求。下蘑默攀篱燕瓣搬艘大嚣秘究实验为铡采游 逑模拟实验缀熬设计方法黻及远程嶷验与零蟪实验浚计方法上酌不丽。 墩子技术蒺鼹g 实验与澡程设汁对“犟警共射极磺究实验”的实验内露期步骤进 行了妇下蛾定： 1 童凌工馋点纳调整与测擞 1 ) 连接电鼹，实骏电路鲡阌2 2 鞭示： 2 ) 改变r b l ，使藏耀僮为5 k o 、1 0 k f ) 、埘峨、5 0k x q 融，澳鹱童流j 作点参数u 孙酶。 u c e q 的瞧藤值。 rrr ， 诗鹈= 挚，岛= 挚，= 一一拶m 、pv 将安测装姨黜与计算瓣谩糊避簿对魄分辑。 2 放大糖数懿测爨 在敦丈爨竣入螓接入t k h z ，u i = 5 m v ( 骞效馕) 毂正8 客揍号，在输蹦端受载魁 上髑示波器艇援徐如波形，在波澎涎爨显失窦孵，舔藩淬营瓷茯表灏鬃放大耪煎输出照 压傻u 藏。 3 。动悉藏鬏的獭麓 职巍静态工作点对动态范围的影响。 调节鹣 ，使工作点镳低，b 尸o 5 m a ，霆辩大麓入售号强，蕊察输赉波黪趱聚骨么瞧 爨的失囊。潺节l ，使工馋点偏离，i c q = 3 5 m a ，力h 大输入谊号u ，观察输出波形出现 + 1 6 。 大连理工大学硕士举位论文 髓n 么瞧襞静失粪。调节砥l ，蕊篡王襞；熹鼹经，瑟羧凄波形褥霹魁躐缝霸、裁盎失嶷时， 溅出三耱情况下潜瘦鹣不失囊焱大输爨趣蘧篷，井记录下来。 邈2 。奎摹舞敷夫器实验纛路 f i g 2 2t h ee x p e r i m