毕业论文--基于WEB的虚拟实验室设计.doc

毕业论文-基于WEB的虚拟实验室设计 摘 要随着计算机技术大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展仪器技术领域发生了巨大的变化虚拟测试技术引入了仪器领域将网络化虚拟仪器应用到实验室建设中构成基于网络化虚拟仪器技术的虚拟实验室为用户提供一个基于网络的实验教学技术交流共同研究的平台本论文首先介绍了基于Web 虚拟实验室的概念并对其意义特点以及设计原理方法做了描述然后就国内外虚拟实验室的研究现状和关键实现技术进行了简略介绍并且结合课题的目标及现有的资源情况进行了研究和设计设计主要包括虚拟仪器的开发和网站框架的搭建网站留言板的建立统一网站的整体风格网站管理和使用说明域名的设计与申请这几个任务本系统在应用服务上的设计采用了ASP 动态网页技术和数据库技术并详细介绍了应用这些技术实现对客户端的管理关键词网络化虚拟仪器网络虚拟实验室多层结构浏览器服务器LabVIEWAbstractAlong with the rapid development of computer science large-scale integrated circuit technique and communication technique the region of instrument technique takes place enormously and virtual measurement technique has developed in the region Using Networking Virtual Instruments into laboratory construction result in virtual lab based on the networking virtual instruments technology which provides experiments experience communication and cooperation platform First of all this paper introduces the concept of the virtual laboratory based on Web and describes its significance characteristic design theory and method Second researches and key technologies for implementing the virtual laboratory are introduced briefly and aiming at the objective of the paper and the actual situation of the existing resources research and design Major design include design virtual machines and the website framework for the structures the establishment of the website visitors book unity for the overall style website management and the use of that domain name with the design for these tasks The ASP and database technology are applied in the design of application server The paper describes in detail how to implement the control and management of the accesses by clients with these technologiesKey wordsNetworked virtual instrumentsNetworked virtual laboratoryMultilayer frameworkBrowserServerLabVIEW目 录引 言1第一章 绪 论311 虚拟仪器的简介3com 虚拟仪器的概念3com 虚拟仪器的组成及特点3com 网络化虚拟仪器512 网络虚拟实验室系统的介绍5com 虚拟实验室的概念5com 虚拟实验室的组成及特点6com 网络虚拟实验室的国内外发展现状713 本次设计的目的与内容8第二章 基于LabVIEW的虚拟实验室前台网站设计1021 网站主要开发工具介绍10com Macromedia Dream weaver MX 2008及其特点10com Macromedia Fireworks MX 2008及其特点11com Access及其特点1221 前台网站的设计与构建12第三章 虚拟仪器的开发2431 LabVIEW及其特点2432 压力显示器2633 函数信号发生器28第四章 Web服务器的设计3041 服务器运行环境配置3042 Web和VI的结合3343 配置Web server及网页发布3344 把VI加载到计算机内存中35结 论36参考文献38谢 辞39引 言实验是人们将理论知识应用于实践的重要手段和途径特别在本科教育中实验是教学活动中一个必不可少的过程对于培养学生的实际操作能力和解决问题的能力是很重要的然而传统实验室作为一种资源高度密集的综合系统在实验仪器和环境的更新和维护上需要投入大量的人力物力和财力这使它的发展受到很大限制但是由于资金的相对短缺高等院校的实验室很难购买多套先进但价格昂贵的仪器设备因此在一定范围内实现硬件仪器的共享成为迫切要求网络虚拟实验室正是在这样的需求下发展起来的与传统实验室相比它的最大优势就是通过网络实现软件硬件及信息资源的共享冲破了时间和空间的束缚使得资源的利用率大大提高目前虚拟实验室的概念是在1989年提出的初衷是为了方便科研人员可以在远程从事研究工作使用仪器设备共享数据资源和交流信息等虚拟实验室概念的提出至今仅为十余年的时间但因其诱人的应用前景各国均在大力开发而且己经取得了一些进展特别是在国外一些著名的大学已有较多建好并投入使用的虚拟实验系统涵盖了计算机网络数学人工智能生命科学化学物理生物工程通讯图形图像农业科学等教学科研领域VSL虚拟系统实验室始建于1989年Gentral Florida大学教育训练研究院建立其目标旨在提高计算机图形的艺术表现力以及改进仿真过程中的人机接口设计美国巴尔的摩Baltimore约翰霍普金斯大学Johns Hopkins University的化学工程系的卡尔威教授在网络上建立了一个虚拟实验室在计算机上模拟各种实验让化学工程系的学生可以通过网络来做实验尝试解决工程上遇到的各种问题德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室西班牙大学电子系开发了电子仪器虚拟工作平台意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室新加坡国立大学开发了远程示波器实验和压力容器实验此外网络虚拟实验室还在诸多领域上得到应用如美国实施的Visible Human计划就是通过将一具尸体进行固化处理再用特制的机器将其切成极薄的薄片然后将这些薄片通过扫描仪输入计算机再通过三维重建算法构成三维人体图像这样就将一个真正的人体显示在计算机屏幕上目的可以在屏幕上进行旋转剖切等操作医学人员就可以在计算机上进行人体解剖教学虚拟手术等与西方发达国家相比国内在虚拟实验方面开展的工作还不多但目前虚拟实验室的建设也得到了应有的重视从90年代开始国内的一些大学相继开展了虚拟仪器系统的研究与开发工作己有部分高校初步建立了虚拟实验室例如清华大学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统电网动态监控系统中国农业大学建立了网上虚拟土壤作物系统实验室应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育状况探讨虚拟植物模型在农业领域应用的关键问题哈尔滨工业大学利用内嵌于网页的虚拟仪器实现了卫星故障诊断的网络化华中理工大学机械学院建立了一个工程测试虚拟实验室学生可以通过联网计算机终端来进行仿真实验图像处理研究室设计了数字图像处理虚拟实验室华中科技大学机械学院开发出一套Web远程诊断系统在宝钢的局域网内对精轧F2轧机的实时监测和诊断中国科学技术大学人工智能与计算机应用研究室最新研制出我国第一套虚拟现实教学软件几何光学实验设计平台此外西安交通大学和南京航空航天大学也利用不同技术构建了网络化虚拟仪器系统国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一并被列为十五期间优先资助领域国内专家预测未来的几年内我国将有50的仪器为虚拟仪器不久我国将会有大批的企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测随着微型计算机的发展各种有关虚拟仪器开发软件不断诞生虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流基于这样的大背景内蒙古工业大学信息学院2002届本科生李党盈同学用LabVIEW 70开发了基于Web的虚拟实验室并利用ASP和Access技术实现了BS模式下的网络数据发布本文旨在通过研究现有的网络化虚拟仪器技术实现虚拟仪器在BS模式下的网络化并为网络虚拟仪器实验室搭建软件平台同时对实验室多用户进行有效管理形成一个完善的网站系统充分利用网络资源为校内生的课程实验创建了一个高效便利完善的实验环境为同学进行自主创新研究建立了一个开放的实验平台12 网络虚拟实验室系统的介绍com 虚拟实验室的概念所谓网络虚拟实验是指在计算机系统中采用虚拟技术实现的各种虚拟实验环境网络虚拟实验室可以说是教育领域应用信息技术的一种创新允许人们访问和使用自己没有的设备资源使得处于不同地理位置的学习者可以同时对个实验项目进行实验工作可以接触最新的仪器目前有关虚拟实验室的定义主要有两种 1 指在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目所取得的学习或训练效果等值于甚至优于在真实环境中所取得的效果 2 指一个创造和引导模拟实验的交互环境即实验场所它由实验所依赖的模拟程序实验单元工具和参考资料组成用户可以通过增加新的物体建立新的实验并把它们转换成超文本文件来扩充实验室这两种定义侧重不同方向但都指出了虚拟实验室本质是个无墙实验室通过计算机网络系统远程控制与交互系统研究人员或学生将不受时空限制能随时随地进行虚拟实验操作共享仪器设备共享数据和计算机资源进行协作或得到远程指导等com 虚拟实验室的组成及特点网络虚拟实验室主要有以下几个部分组成如图11所示应用服务器用于处理大量模拟操作数据数据库用于存储模拟资料初始条件和边界条件以及实验结果测量仪器具有计算机接口的测试工具客户端安装实验处理客户端软件用于数据处理分析存储并使之可视化图11 网络虚拟仪器实验室的构造一个好的虚拟实验室尤其是Internet上运行的系统将会是人们快速廉价地获取各种知识和技能的重要场所它的主要特点如下 1 突破传统实验对时空的限制传统实验教学模式是近距离性的随着网上教学的开展和日益普及网上实验的要求亦愈来愈迫切网上虚拟实验室建成后无论是学生还是教师都可以自由无顾虑地随时上网进入虚拟实验室操作仪器进行各种实验 2 实现实验组数无限扩展和实验的零维护保障上网的计算机无须添加其它硬件设备和作专门的维护工作就可以通过网上虚拟实验教学系统任意选择实验项目进行实验操作为实验保障和实验开展提供较大的方便 3 实现实验教学的一体化网上虚拟实验室除了能进行实验外在教学上还能够同时满足以下教学环节的需求实验预习环节教员讲授环节实验数据检验与分析环节实验报告环节教学考核与教学评价环节实验中的相互交流与讨论等整个实验教学的过程均可在网上实现和完成 4 易于开设新型实验项目大幅降低实验成本开设反映新技术新成果的发展应用以及其它新型实验是网上虚拟实验室又一重要应用形式这种类型实验由于内容新颖应用性较强实验室往往无法及时开出通过网上虚拟实验可将相应的网络资源进行组合开发相应的实验内容甚至包括一些障碍性破坏性综合性和研究性的实验 5 便于资源共享基于网络的虚拟实验室不仅可以供本校学员使用也可以供其它学校学员使用从而使得不同学校之间可以共享资源优势互补交流经验 6 教育功能现实实验室资源缺乏限制了学生的实验要求让学生通过使用虚拟仪器或真实仪器装置或系统的模拟装置来熟悉实验过程掌握相关技术能满足不同知识背景学生的要求根据其能力实验经验等调整资源模块如设备组件仪器生成器数据采集板等保证学生在单独使用模拟环境时能进行各种实验操作虚拟实验室可以给学生提供更为广阔的学习空间有利于突破学时的限制激发学习兴趣增强自信力对提高学生分析问题和解决问题的能力有很大的帮助采取虚拟化实验室教学无疑将会在人才的培养上走出一条新的路子网上虚拟实验室是实验教学技术的发展方向是现代化教学尤其是实验教学改革的必然趋势com 网络虚拟实验室的国内外发展现状 基于网络的虚拟实验室概念的提出至今仅有十余年的时间目前国内的研究还处于萌芽阶段国外已经有很多大学进行了这方面的研究其发展一般经历以下三个阶段 1 虚拟实验室最初是以某一学科专业的仿真计算软件为基础进行的一般不具有网络交互功能只是单机版本如基于Workbench的电子技术实验等 2 后来发展到具备网络交互功能如现在网络比较流行的虚拟设计等但是不具备实际测试设备接口 3 基于Web的浏览器服务器的虚拟实验室模式在这种模式下服务器通过软件技术对各种实验环境进行仿真完成用户的实验需求 目前网络虚拟实验室在发达国家已十分普及作为首先提出虚拟实验室概念并具有雄厚的科研实力和强大财力的美国从一开始就十分重视虚拟实验室的研究与开发在该领域的研究已处于领先地位美国为继续保持其在科学技术领域的领先地位尤其重视信息技术的研究并已将虚拟实验室列入其科研发展的战略规划在我国虚拟实验室的建设也得到了应有的重视目前已有部分高校初步建立了虚拟实验室例如清华大学华中理工大学四川联合大学复旦大学上海交通大学广州暨南大学等高校走在了前列都在这方面进行了一些尝试但基本上还都是小规模的比如用于某一个实验等而且在形式上也还只是传统实验室的模仿但是要真正开展网络虚拟实验室的建设与应用先要在理论上解决以下问题如何把以教师为中心的实验模式转变为以学生为中心的实验模式以充分体现构建主义学习理论如何评价学生的实验结果如何评估个虚拟实验室的实验效果虚拟实验室与传统实验室的关系问题它可以完全并代传统的实验室还是仅作为传统实验室的一种补充如何准确定位教师在实验中的地位使之由组织者转变为指导者成本问题如何保证基于网络的虚拟实验室成本低于传统实验室随着计算机技术及高速网络的发展在教学中虚拟仪器与传统的测试仪器的结合能更好的发挥各自的优势并逐步实现网络化不仅改变了测量领域的测控模式同时也增强了实验人员的基础理论系统激发对学习的热情丰富现代化综合信息技术13 本次设计的目的与内容本次毕业设计的目的是通过研究现有的网络化虚拟仪器技术实现虚拟仪器在BS模式下的网络化并为网络虚拟仪器实验室搭建软件平台同时对实验室多用户进行有效管理形成一个完善的网站系统充分利用网络资源为校内生的课程实验创建了一个高效便利完善的实验环境为同学进行自主创新研究建立了一个开放的实验平台LabVIEW的虚拟实验室前台网站设计我这次进行的虚拟实验室建设是在原有基于Web的虚拟实验室的基础上的完善与创新网站使用网页三剑客和Access数据库进行网站页面和管理系统的开发用IIS作为Web服务器在网站模版的选择上鉴于以上对实验室风格的论述我选择了一个天蓝色的简约的网页作基调在此基础上作一些改变使其适合实验室网站建设的要求基于Web的虚拟实验室的前台网站框架结构是有首页虚拟实验室留言板联系我们帮助中心相关资源下载登录注册和管理八大页面的链接还可显示站点访问次数和服务器日期时间21 网站主要开发工具介绍众所周知 建立网络是为了利用各种网络工具或应用软件 最终达到实现资源共享和促进信息交流的目的尽管国际互联网问世的时间不长 但为之开发的应用软件恰似雨后春笋无法一一详述在这里仅介绍在建立虚拟实验室网站系统过程中使用到的软件com Macromedia Dream weaver MX 2008及其特点Dream weaver是美国MACROMEDIA公司出品的动网页编辑工具它集网页制作和网站管理与一身是专为网页设计者开发的可视化网页编辑工具利用它设计的网页可以跨越平台浏览器限制是目前最受欢迎的工具软件Dream weaver跟Front Page Word一样提供了一个可视化的编辑环境可以直接对网页内容编排 而自动产生相对应的6HTML源码但是完全自动产生源码的编辑方式往往不能满足专业网页设计者的需求对于这点Dream weaver提供了能同时对源码编辑的功能除了可视化的编辑环境对于动态HTML的效果Dream weaver提供浏览器预览的功能可以指定不同的网页浏览器来预览使用网站架构图Sitemap可以快速制作网站雏形设计更新和重组网页改变网页位置或文件名称Dream weaver会自动更新所有链接使用支持文字HTML码HTML属性标签和一般语法的查找及替换功能使得复杂的网站更新工作变得迅速又简单使Dream weaver的站点管理器你不仅可以完成必备的FTP一种互联网传输协议用于大规模文件的上传和下载上传下载功能更可以用于实现对整个网站结构的控制和管理如自动生成网站架构图检查网站错误链接等Dream weaver彻底地将内容与设计完全分开应用于快速网页更新更加适合于团队合作term网页编辑创建网页外观的模板 指定可编辑或不可编辑的部分 内容采编者可直接编辑以样式为主的内容却不会因为不慎而改变定制好的样式你也可以使用模板正确地输入或输出XTML内容com Macromedia Fireworks MX 2008及其特点Fireworks是优秀的网络图形图像制作软件用该软件可方便地绘制与编辑矢量图形为其设置填充图案边线形式及效果对图像或选区进行变形等更为重要的是它还具有诸多专门用于处理网络图像的特性Fireworks综合了矢量作图软件和位图编辑软件的优点不需要借助其它软件就可以完成全部Web图形的制作工作具体表现在 1 支持数字相机和扫描仪支持所有主流图像文件格式可同时打开多个文件 2 专业的矢量作图工具并能随时切换到位图编辑状态可以在对象模式和图像模式之间自由转换 3 可使用填充渐变阴影等编辑方式可选择各种风格和特效也可调用Photoshop中的插件 4 专业的动画制作环境支持层和帧支持洋葱脱皮帧间过渡等动画技术支持可重复使用的Symbol和Instance并可对每一帧进行优化因而可以制作出文件较小但变化多端的GIF动画 5 在文字处理上应用单字符风格控制技术精确到可以在一个文本框里改变每个字符的颜色同时文本在任何时候都可编辑 6 自动选择安全的调色板并可以锁定特定颜色对GIF和JPEG图像自由优化可即时在预览窗口或指定的浏览器预览图像效果Fireworks最大的优点在于为网页设计提供了一个独立的自足的环境使网页的创建维护修改更新变得非常简单从而大大提高了工作效率com Access及其特点Access是Office办公套件中一个极为重要的组成部分Access是一种关系型数据库管理系统不但能存储和管理数据还能编写数据库管理软件用户可以通过Access提供的开发环境及工具方便地构建数据库应用程序大部分是直观的可视化的操作无需编写程序代码是一种使用方便功能较强的数据库开发工具Access不仅是一个数据库而且它具有强大的数据管理功能它可以方便地利用各种数据源生成窗体表单查询报表和应用程序等 数据库是有结构的数据集合它与一般的数据文件不同是一串文字或数字流数据库中的数据可以是文字声音等 Access 数据库由六种对象组成它们是表查询窗体报表宏和模块 表Table表是数据库的基本对象是创建其他5种对象的基础表由记录组成记录由字段组成表用来存贮数据库的数据故又称数据表 查询Query查询可以按索引快速查找到需要的记录按要求筛选记录并能连接若干个表的字段组成新表 窗体Form窗体提供了一种方便的浏览输入及更改数据的窗口还可以创建子窗体显示相关联的表的内容窗体也称表单 报表Report报表的功能是将数据库中的数据分类汇总然后打印出来以便分析宏Macro宏相当于DOS中的批处理用来自动执行一系列操作Access列出了一些常用的操作供用户选择使用起来十分方便 模块Module模块的功能与宏类似但它定义的操作比宏更精细和复杂用户可以根据自己的需要编写程序模块使用Visual Basic编程1 前台网站的设计与构建基于Web的虚拟实验室的网站要求界面友好信息量大用户使用方便功能强大因此对虚拟实验室的网站系统的建设很重要的一步就是网站整体风格的设计与制作首先作为内蒙古工业大学一个校级工科实验室的网站不能像一些个人网站那样花哨个性而应该稳重大方既要表现出学校深厚的文化底蕴又要体现孜孜不倦追求真理的工科实验精神其次基于Web的虚拟实验室毕竟是新兴事物在网站的风格定位上又要体现出创新活泼的整体感觉最后因为基于Web的虚拟实验室中的很多实验室要求学生在自己的电脑上通过网络自己完成的这就决定了网站既要内容丰富又要有很强的指导性和服务性力图做到每个实验都能让访问者很快找到每个实验过程都有明确清楚的说明每个实验要求都表述的完整清楚在进一步的设计中我会基于以上几点认真考虑为网站建立统一的整体风格另外统一网站的文件系统也是我的任务之一这就是在建立了统一的网站风格的基础上把网站相关的文件也进行整理与归纳便于后续管理一网站主页网站的主页的设计是非常重要的主页代表这整个的网站风格不但整体要简洁明了功能要齐全完善而且所占空间不能太大否则影响打开速度打开网站主页后如果想进行进一步的操作就必须登陆图21 网站主页二网站用户管理系统基于Web的虚拟实验室用户管理系统共有三类用户超级管理员用户管理员用户普通用户用户管理包括用户登陆注册时的注册资料管理用户留言板的管理用户权限设置以及用户操作信息管理图22 管理员页面 1 超级管理员用户由系统帮助其注册点击管理员登陆按钮进入登陆页面根据填写的用户名密码分别进入超级管理员和管理员页面页面相同功能不同功能添加普通管理员管理注册用户信息和留言板信息 2 普通管理员用户通过系统或超级管理员用户帮其注册功能管理注册用户信息和留言板信息图23 管理注册用户信息显示页面管理注册用户信息页面可以对已经注册的用户信息进行编辑和删除功能图24 管理留言板页面管理留言板信息页面可以对用户的留言进行编辑删除和回复功能 3 学生用户通过实验室网站注册点击登陆进入登陆页面认真填写正确的用户名和密码登陆后进入首页图25 网站注册页面图26 网站登陆页面图27 网站首页功能直接进行首页上的各种操作如试验留言相关资源下载查看帮助中心以及修改个人资料等三网站留言板系统在基于Web的虚拟实验室网站上建立留言板是想将访问者的意见建议心得体会等信息记录下来提供给其它访问者浏览观看同时可以进行实时在线答疑解决同学们实验中可能遇到的各种问题方便老师与同学的互动与交流留言板的主要任务是向访问者提供给网站留言的功能故需要提供一个接受用户输入留言信息的表单为将用户的留言信息保存下来需设计相应的存储留言信息的数据库表此外留言板还应具备给访问者浏览的页面首先要创建留言簿数据库及数据库表留言簿数据库表包括以下字段访问者的记录号姓名电子信箱留言内容留言时间等字段姓名主题电子信箱表情和留言内容字段可采用varchar格式数据类型而时间字段则采用date2time格式数据类型并将其设置为访问者留言时的当前系统时间这就可以达到保存留言者留言时间的目的记录号字段是一个自动增量的键此字段确保表中的每一个记录都是独一无二的由于留言记录的独一无二故将其设置为primary key留言网页即为接受访问者留言的页面该页面主要有姓名电子信箱留言内容留言时间等内容姓名主题和电子信箱这几个输入项由于输入信息比较少可选用单行文本域来接受数据留言信息的内容比较多可能不止一行易采用滚动文本域图28 网站留言页面本网页的设计思想是从数据库中逐一取出留言记录各个字段的值并以一定的格式提供给访问者当留言记录较多时为提高浏览页面的可读性需要给数据分页图29 网站查看留言板页面所以留言板应包括以下三部分 1 留言表单接受访问者的输入留言信息的页面 2 浏览留言的页面负责将留言信息显示出来 3 存储留言的数据库一般采用Access数据库存储留言数据留言板系统的工作原理是这样的首先访问者从浏览器进入留言板在此页中浏览留言表单页面可输入自己的留言然后单击发送留言按钮处理留言程序将留言提交到数据库中用户也可以点击浏览留言页面观看所有留言留言板系统的工作流程如图图210 留言板系统工作流程图四网站相关资源下载网站上有时会向客户提供一些相关的文件或者软件下载业务如果文件数目不是很多或者文件不大的话可以使用http协议下载文件为了便于管理首先为欲下载的所有文件建立一个文件夹不过要注意的是文件要存放在服务器的目录下否则无法下载要建立http下载非常容易只需使用超链接技术就可以了IE对自己无法解析的文件都会要求下载到本地执行图211 网站相关下载页面五网站帮助中心由于很多人都是第一次使用本网站为了使用者能够更快更好的使用本网站所以设立了帮助中心来帮助和指导用户进行操作图212 网站帮助中心页面图213 网站使用说明页面图214 网站联系我们页面六网站密码找回为了使用户的注册账号受到一定的保护我在做网站时又添设了密码找回功能使用户在忘记或丢失密码的时候能够通过注册时的密码提示问题和答案找回密码图215 网站密码找回用户名输入页面图216 网站密码找回答案输入页面七网站实验仪器库点击虚拟实验室可进入仪器库的页面图217 网站仪器库页面仪器库内有虚拟仪器如下压力显示器虚拟正弦波求平均数虚拟随机信号记录仪镍铬镍铝虚拟非线性效正仪函数信号发生器多频信号发生器画多边形曲线拟合信号处理计算信号的频谱波形数字示波器模拟信号分析存储信号八网站域名的设计与申请网站域名的设计也是一项重要的任务因为我们虚拟实实验室不仅对校园内的同学开放校外用户也是可以登录的所以要进行域名的设计与申请网站的名字如同一个注册商标需要一个易于拼写和记忆琅琅上口的响亮名字最好能够让人望文生义至少也可以使人透过域名中与COM之间的字符领略到一些与网站相关的东西这个需要和网络中心联系进行域名和空间的申请以便长久使用第三章 虚拟仪器的开发实验仪器的添置是建设常规的实验室的重要环节同理虚拟仪器设备的开发也是建设虚拟实验室的重要一环不过这时的仪器设备当中只有很少的通用硬件设备大部分的仪器设备是建立在这些硬件设备上的软件甚至于用纯粹的软件虚拟仪器来组织网络虚拟实验室但是这些虚拟仪器设备所能完成的功能却和真实的仪器相比之下有过之而无不及本章首先介绍了开发虚拟仪器所用的平台Lab VIEW然后通过两个虚拟仪器的开发过程展示出开发虚拟仪器的特点31 LabVIEW及其特点一LabVIEW的概念LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的简称是美国国家仪器公司National Instruments 3-1 式中为比例常数为零点既p 0时传感器的输出值 p u 图31 压力系统组成框图 u p p ub c d图32 压力测量系统各组成环节的输入输出特性b压力测量系统输入输出特性c传感器输入输出特性显示器输入输出特性压力显示器的作用就是将传感器的输出电压值u转换为对应的传感器的输入压力p并将p值显示出来所以显示值就是被测压力p的测量结果压力显示器的输入输出特性是传感器特性的反特性如图32d所示表达式为 3-2 式中在理想情况下 由于传感器与显示器均非理想转换环节故其显示值不可能与被测实际值P绝对相等比例常数可由得出若已知传感器满量程值 250MPa和相应满量程输出 125mV零点值p 0时相应输出 0代入上式可得出比例常数为于是将的值代入式3-2可得压力显示器的输入输出表达式 3-3 1 功能描述当一个控件输入传感器的输出电压u时另一个控件能按式 3-3 关系给出传感器相应的输入压力p的数值 2 前面板的设计在前面板开发窗口设置两个数字控件控件1用来输入电压值u模拟一个压力传感器的输入电压该压力传感器量程 250MPa相应满量程输出 125mV零点值p 0时相应的输出 0控件2用来显示压力值显示值应符合式 3-3 给出的关系设计好的虚拟压力值显示器前面板如图33所示图33 压力显示器前面板窗口 3 流程图设计在流程图编辑窗口编辑压力显示器VI的流程图如图34所示图 34 压力显示器VI的流程图 4 保存文件并运行调试在压力传感器满量程输出范围内键入电压值观察显示器压力值是否符合式 3-3 的关系33 函数信号发生器 1 功能描述该函数信号发生器可产生正弦波三角波方波信号指标如下频率范围01HZ-10KHZ可调信号类型正弦波三角波方波可选幅值01V-50V可选生成波形的采样平率和采样个数可选初始相位和占空比可调 2 前面板的设计八个输入型数字控件八个输入型数字控件供使用者键入生成信号的类型频率初始相位幅值占空比偏移量采样个数与采样频率一个输出显示控件输出显示型图形控件用来显示所产生的信号波形两个开关控件复位和停止按钮设计好的函数信号发生器前面板如图35所示图35 函数信号发生器前面板窗口 3 流程图设计在流程图编辑窗口编辑函数信号发生器VI的流程图如图36所示图36 函数信号发生器VI的流程图 4 保存文件并运行调试看所显示的波形是否符合要求由于本论文的篇幅限制所设计的其它虚拟仪器在这里就不做详细介绍了第四章 Web服务器的设计 虚拟实验室设计完成之后必须能够远程访问并拥有与之配套的管理系统所以虚拟仪器的Web服务器就应该包含客户端管理与访问端管理和虚拟仪器发布两部分Web服务器是虚拟仪器由LAN向WAN扩展的实现其网络化扩展极具价值的一环使用LabVIEW的Web服务器可以方便简单地实现在Web上发布LabVIEW程序同时网络上的计算机无需安装LabVIEW就可以查看以HTML文件发布的Web网页甚至通过网页控制程序的运行使虚拟仪器Web化得以实现借此建立起强大的网络化功能41 服务器运行环境配置在Internet中安家的方法有很多但不论哪一种方法都与网络中的服务器有关目前很多服务器都采用Windows NTWindows2000Windows XP 服务器版这些操作系统中都必须安装IISInternet Information Server因特网信息服务器 在自己电脑中安装IIS在没有网络空间的时候可以将自己的电脑当作服务器只需要将自己的IP告知他人大家就能访问您的网页本设计由与在网上没有申请上ASP空间而且学校子网IP的URL指向也没有开通所以只能设置IIS使基于Web的虚拟实验室可以在校园网内访问使用IIS设置方法 1 双击打开管理工具窗口2 双击上图中的Internet信息服务图标打开Internet信息服务窗口Internet信息服务对话框3 用鼠标右键点击默认网站在下拉菜单中选择属性打开默认网站属性对话框如下图上图网站标识中描述文本框可以输入站点名称或者作者的描述IP地址文本框输入该服务器在网络中的IP地址使用下拉箭头可以看到和选用该服务器正在使用的IP地址这个IP地址是供访问者浏览网页用的 端口80端口号是网络默认的W服务端口没有特殊需要不用改变 4 切换到主目录选项卡如下图图43 主目录图中 连接到资源时的内容来源请选则此计算机上的目录其他两个选项不选择本地计算机一般不采用 本地路径网站所存在的物理路径名比如我们在自己电脑的盘建立了一个的目录并把我们制作的网页图片等放在这个目录内那么这个物理路径就是biyufei可以点击浏览按钮选择目录 注意读取这一项必须选中否则他人无法浏览写入目录浏览等选项为了网站安全起见如果不是特殊需要请不要选中5 切换到文档选项卡如下图图44 文档启用默认文档请选中默认文档列表中出现的文档依照上下顺序会被系统作为网站的首页也就是说当用户在浏览器的地址栏键入IP地址或者域名之后IIS会按照从上到下的顺序自动将您的物理路径中的存在的文档提供给用户浏览6 单击确定按钮完成IIS设置本机测试在浏览器地com157打开您的主页网络测试请网络上的朋友访问您的真实的IP地址或者域名打开你的主页图45 基于Web的VI基本模型43 配置Web server及网页发布 在Web上发布LabVIEW程序有多种方式但是使用每种方式之前都必须首先在发布程序的计算机上打开Web服务器要使用LabVIEW的Web服务器首先需要对它进行配置选择菜单Tools- Options在弹出的对话框的下拉列表中有三项是对Web Server的配置 1 Web ServerConfiguration对话框对Web Server的文件根目录http端口等进行配置其中http端口默认为 80当系统中开启的其它Web服务器占用了80端口时应改设为其它值如88 2 Web ServerBrowser Access对话框用来设置浏览器用户的访问权限 3 Web ServerVisible VIs对话框用来设置浏览器用户允许访问哪些VILabVIEW提供了网页发布工具可以自动生成包含VI前面板图像和标题及文字说明的网页通过LabVIEW的菜单Tools- Web Publishing Tool可以打开网页发布工具对话框如图4 6将标题Document Title及文字说明Header Footer填写好以后点击Save to Disk按钮保存在指定的根目录中请注意这个根目录最好与IIS的Internet信息服务中的默认Web站点的主目录相一致如果你觉得LabVIEW提供的网页发布工具生成的HTML文件太单调可以在一些网页编辑工具中修饰一下客户端只有安装LabVIEW 70或者LabVIEW Run-Time Engine就能通过IE浏览器进行浏览控制如果在发布的网页设置中为Request Control前打勾客户端就可以进行控制客户端控制的权限可以通过远程面板的RequestRelease Control VI获得或释放如果当前没有其他浏览器在控制程序就可以取得程序的控制权如果有其他浏览器正在控制程序这个请求就在服务器被排队取得控制权后就如同在本机的程序一样只是程序仍然运行在服务器上用户实验完毕可以交回控制权服务器端拥有绝对的控制权可以收回和锁定控制权图46 网页发布工具对话框同一时刻LabVIEW完全版只允许1个用户具有控制权限专业版5个用户具有控制权限需要更多客户控制需要向NI公司申请而其余用户只能对远程面板进行监测在模拟仿真平台相同实验可以同时有十个学生实验的解决方法是在原VI的基础上复制了9个VI分别发布程序在远端的某些行为能力可能与在本机上不完全一致需要注意的主要问题有 1 嵌入前面板的ActiveX控件不能显示在客户端前面板标准的文件对话框和路径控件的浏览按钮也不能在远程面板应用 2 只有能取得控制权的客户才可以远程看到用VI Server动态打开运行的VI和设置为被调用即打开前面板的子VI的面板 3 有While循环的程序必须加上Wait函数否则它会阻止一些必要的程序后台运行44 把VI加载到计算机内存中 开启LabVIEW的Web Server并正确配置好后就可以发布VI前面板了需要注意的是必须保证要发布前面板的VI己加载到运行着Web Server的计算机的内存中要将某个VI