基于LabVIEW的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

宋小鋒

摘 要：介紹了基于虛擬儀器LabVIEW的通信原理遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，對平臺的組織構(gòu)架和設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)描述。實(shí)現(xiàn)了信號發(fā)生器模塊、幅度調(diào)制AM模塊和頻率調(diào)制FM模塊的設(shè)計(jì)任務(wù)，重點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述。通過此實(shí)驗(yàn)平臺，學(xué)生不受地域和時(shí)間的限制，遠(yuǎn)程登陸實(shí)驗(yàn)平臺學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí)可以讓學(xué)生加深對理論知識的理解和掌握，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器 通信原理 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)

中圖分類號：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0164-03

通信原理課程是電信類專業(yè)高年級學(xué)生的專業(yè)必修課，本課程具有理論性強(qiáng)，公式多，系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)，增加了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度。雖然通過做實(shí)驗(yàn)可以加強(qiáng)學(xué)生對理論知識的掌握，但是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備無法滿足所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)需求。由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模式已經(jīng)成為學(xué)生學(xué)習(xí)的第二課堂，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)可享受到與本地學(xué)員擁有的課堂資源，但是對于實(shí)驗(yàn)課程的網(wǎng)絡(luò)支持還不是很多[1]。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺）是NI公司推出的一種圖形化開發(fā)工具，最大的特點(diǎn)是以圖形化的”G”語言實(shí)現(xiàn)編程。本文用LabVIEW軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共建網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以通過瀏覽器遠(yuǎn)程登陸進(jìn)行學(xué)習(xí)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)有管理員、教師、學(xué)生三大身份，管理員具有超級權(quán)限，可以對所有用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行管理[2]。

（1）登錄功能。本系統(tǒng)主要在校園網(wǎng)內(nèi)供學(xué)生使用，學(xué)生或老師可以使用學(xué)號或者工號創(chuàng)建一個(gè)初始賬號，并將需要的學(xué)生和教師信息錄入數(shù)據(jù)庫，以后可以使用注冊的號碼進(jìn)行登陸。

（2）信息更改功能。用戶登錄成功后可隨意修改登錄密碼，管理員登錄后可以進(jìn)行首頁實(shí)驗(yàn)室信息更改，包括通知公告、作息時(shí)間、管理人員信息和學(xué)生教師增刪改查等操作。

（3）遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)功能。遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)功能依托于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用虛擬儀器LabVIEW實(shí)現(xiàn)了幾個(gè)通信原理最基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)K。虛擬信號發(fā)生器通過調(diào)節(jié)參數(shù)產(chǎn)生任意波形和噪聲信號；信號調(diào)制與解調(diào)以輸出基帶信號分別進(jìn)行AM調(diào)制解調(diào)、FM調(diào)制解調(diào)。系統(tǒng)組成圖如圖1所示。

2 數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫，簡單理解就是用來存儲電子文件的，可以對其進(jìn)行增刪改查等操作。數(shù)據(jù)庫指以某方式儲存、多用戶共享、冗余度小、與應(yīng)用程序獨(dú)立的數(shù)據(jù)集合。數(shù)據(jù)庫技術(shù)是各類如信息系統(tǒng)核心，是科學(xué)研究和各系統(tǒng)的重要技術(shù)組成。

LabVIEW與數(shù)據(jù)庫連接有以下幾種方式：LabVIEW SQL Toolkit，NI自帶數(shù)據(jù)庫接口工具包，封裝好諸多數(shù)據(jù)庫操作功能，簡單易學(xué)習(xí)，不需要復(fù)雜的SQL語句語法知識；ActiveX，調(diào)用Windows的ADO對象，再用SQL語言操作，需要深入SQL語言語法知識；DLL，事先用其他編程語言寫好DLL，用LabVIEW的CLFN調(diào)用DLL，需要較高的程序編程能力；LabSQL，第三方工具包，也是調(diào)用ADO對象，封裝好若干子VI，方便調(diào)用。本設(shè)計(jì)采用LabSQL方式。

LabSQL是一個(gè)免費(fèi)的、跨平臺的LabVIEW數(shù)據(jù)庫訪問工具包，利用Microsoft ADO以及SQL語言來完成數(shù)據(jù)庫訪問。LabSQL幾乎可以訪問任何類型的數(shù)據(jù)庫，對記錄進(jìn)行各種操作。優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，對于不熟悉SQL語言的用戶也可以很容易地使用。還有一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是源代碼開放，并且是全面免費(fèi)的。SQL作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的一種通用的結(jié)構(gòu)化查詢語言，主要功能就是同各種數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，進(jìn)行溝通。目前絕大多數(shù)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，如Orcale，Sybase，Microsoft SQL Server，Access等都采用了SQL語言表標(biāo)準(zhǔn)。SQL語句可以用來執(zhí)行各種各樣的操作，例如更新數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù)等。

3 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)是本系統(tǒng)的核心技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用LabVIEW的Remote Panels技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。在此模式下，瀏覽器不需要任何編程，只要在可以連接網(wǎng)絡(luò)的電腦上就可以實(shí)現(xiàn)，只需要打開虛擬儀器VI前面板。LabVIEW軟件和所有程序VI都只用安裝在服務(wù)器上，用戶計(jì)算機(jī)無需安裝任何軟件和程序，但需要有LabVIEW Runtime Engine即運(yùn)行環(huán)境，版本與開發(fā)用的LabVIEW版本一致，如下圖3所示為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程組成示意圖。

LabVIEW可直接生成供用戶連接的HTML網(wǎng)頁，啟動LabVIEW的Web服務(wù)器，并讓程序確認(rèn)在服務(wù)器計(jì)算機(jī)的內(nèi)存中，使用Web發(fā)布工具，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，將服務(wù)器VI前面板嵌入在網(wǎng)頁中，客戶端可直接在網(wǎng)頁中運(yùn)行。在配置完成并發(fā)布VI[4]，保存HTML到磁盤后，客戶計(jì)算機(jī)安裝好運(yùn)行環(huán)境，瀏覽器中輸入網(wǎng)址，即可登陸到遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室終端，其運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

經(jīng)過測試在局域網(wǎng)內(nèi)其他計(jì)算機(jī)通過IE瀏覽器訪問網(wǎng)址均可正常登錄并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，滿足要求。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)的通信原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，建立了一個(gè)虛擬儀器與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的新型實(shí)驗(yàn)平臺。利用虛擬儀器方法實(shí)現(xiàn)通信原理基本的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并利用LabVIEW內(nèi)置的Web Server功能，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程瀏覽器訪問功能。通過本實(shí)驗(yàn)平臺學(xué)生可以隨時(shí)隨地訪問相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，快速掌握抽象的理論知識，一定程度上解決了由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足而造成學(xué)生無法實(shí)驗(yàn)的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 樊昌信.通信原理教程（3版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.12.

[2] 李玲，王非.基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2014，12（3）：37-39.

[3] 袁小平，金鵬，蔣碩，等.基于LabVIEW的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2016（12）：114-117.