基于web的在线虚拟实验室的研究

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1、华中科技大学硕士学位论文革创新力度。因此，对在线虚拟实验室的研究和改造，主要是为了解决工科实验教学中远程仪器控制及数据采集问题，为高等工科院校实现实验教学在Internet上的远程化提供一套完整的解决方案。在线虚拟实验室是基于远程控制技术，在网络环境下协同工作实现对仪器的控制和数据资源的共享。它是基于飞速发展的Internet网络，利用计算机自动控制技术、网络通信技术、仿真技术、网络数据库技术以及Web技术等组成的在线虚拟实验系统，在这个系统上完成整个实验，包括实验参数配置、数据采集以及实验结果的分析

2、与处理。1.2在线虚拟实验室综述1.2.1虚拟仪器技术采用虚拟仪器技术开发在线实验室是一个普遍开发策略，这一点在国内尤其得到了体现。虚拟仪器技术惊人的开发效率和数据的采集能力，是实现在线实验平台的关键技术。虚拟仪器(VirtualInstrument，简称VI)概念最早由美国国家仪器公司(National[4]Instruments，简称NI)在1986年提出的。所谓虚拟仪器就是利用计算机软件实现传统仪器由硬件实现的功能，建立起基于计算机的测试测量与控制系统来代替传统仪器（价格昂贵、功能单一）的功能，

3、功能强大又灵活易变。用户在操作这台计算机时，还可以对其功能进行自定义修改。由于传统仪器的功能模块基本上是由硬件或固化的软件形式存在，因此设计复杂、灵活性差，没有摆脱独立使用、手动操作的模式，使用起来很不方便。虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的、富有生命力的仪器种类。当前许多发达国家已把现代科学仪器当作信息社会的源头和基础纳入未来发展的战略重点，面临着21世纪科技发展中科学仪器的软件化，集成化与微型化。从一般仪器的设计模型看，仪器无非是由数据采集、分析处理、人际交互和显示[5]等几部分功

4、能模块组成的整体。因此，我们可以设想在必要的数据采集硬件和计算机支持下，通过软件设计实现常用仪器的基本功能，这就是虚拟仪器设计的核心。从构成上来说，虚拟仪器就是在计算机平台上，配上相应的硬件和专用软件，定义和设2华中科技大学硕士学位论文计仪器的测试测量功能，形成既有普通仪器的基本测试功能，又有一些仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。虚拟仪器的组成包括硬件和软件两个基本要素。其中，硬件接口模块可包括插入式数据采集卡（DAQ）、串/并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其它接口卡。

5、目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI[6]仪器系统以及这三者之间的任意组合。这里，硬件仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个系统的关键，所以当基本硬件确定后，就可以通过不同的软件实现不同的功能。虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能，使传统仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机所代替。硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号，而软件的作用是控制实现数据采集、分析、处理、显示等功能，并将其集成为仪器操作与运行的命令环境。VI靠着

6、计算机强大的处理能力，高性能的显示技术，高速的存储系统，丰富的外部设备和丰富的软件系统，所有这些使VI系统本身具备了强大的网络能力。用户根据自己的需要，利用计算机丰富的软、硬件资源，可以设计自己的虚拟系统，从而大大突破传统仪器在数据的处理、[7]表达、传递、存储等方面的限制，满足多种多样的应用要求，它不仅用于测量、测试、分析、计量等领域，而且还用于进行设备的监控、工业过程自动化等。[4]虚拟仪器开发软件是关键，美国NI公司提出“软件就是仪器”的概念，足见虚拟仪器中软件的重要性，虚拟仪器软件的开发环境自

7、然成为最重要、最核心的技术。与传统程序语言不同，这类软件一般面向测试而非专业程序员，要求编程非常方便；人机交互界面友好；具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点，图形化语言的开发环境是最佳的选择。LabVIEW是虚拟仪器概念的首创者，是美国NI公司推出的一个图形化软件开发环境，其最大的优势就是开发测控系统，因为它不仅提供了几乎所有经典信号处理函数和大量现代的高级信号分析工具，而且LabVIEW程序还非常容易和各种数据采集硬件进行集成。[8]虚拟仪器的开发和研究在发达国家已经十分普及，甚至已作为各大

8、学理工科学[9]生的一门必修课程。90年代中期以来，国内的一些高校和企业在研究和开发虚拟产品和虚拟仪器设计平台等方面作了大量工作，其成果已在电子测量、故障诊断、教育科研等诸多方面得到初步应用。华中科技大学电子科学与技术系CCMS实验室，从2001年就开始致力于虚拟仪器技术的研究，取得了突出的成就，并面向全校学生开设[10-11]了《LabVIEW编程与虚拟仪器技术》公选课。3华中科技大学硕士学位论文虚拟仪器技术为开发在线虚拟实验室提供了最底层的硬件支持，