互聯網+虛擬儀器在電子技術實驗教學中的應用

嚴桂林 謝海武

摘 要：隨著計算機網絡技術的發展和應用，人們的生產生活方式發生了深刻的變化，互聯網思維日益深入人心，互聯網+也已經在各行各業產生飛速的發展。對于電子技術實驗室建設而言，將互聯網思維應用到日常實驗教學環節當中，能夠為實驗教學提供極大地便利，提高實驗教學的質量，科學監控實驗進程，同時也為學生和教師之間高效的信息交流提供極大地便利。文章主要討論互聯網+虛擬儀器技術在電子技術實驗教學中應用的相關問題。

關鍵詞：互聯網+；虛擬儀器；電子技術實驗

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）17-0097-03

Abstract： With the development and application of computer network technology， profound changes have taken place in people's production and life style. Internet thinking is getting more and more popular. The Internet plus has also taken rapid development in all walks of life. Applying Internet thinking to daily experimental teaching could greatly facilitate experimental teaching， improve the quality of experimental teaching， scientifically monitor the experimental process and provide great convenience for efficient information exchange between students and teachers. This paper mainly discusses the related problems of the application of Internet plus virtual instrument technology in electronic technology experiment teaching

Keywords： internet plus； virtual instrument； electronic technology experiment

引言

基于互聯網+虛擬儀器技術的電子技術實驗教學就是將互聯網思維應用于電子技術實驗教學當中，利用互聯網絡的實時數據傳輸，對學生的實驗過程進行監控，教師通過互聯網終端為學生分發實驗任務和實驗儀器數據，對學生的實驗數據進行評判，同時可以監控各種實驗儀器設備，對發生故障的實驗儀器進行定點檢測和維護，利用這種互聯網思維課極大地提高實驗教學的效率，杜絕學生在實驗操作過程中的違規和作弊行為。因此，采用互聯網+虛擬儀器的電子技術實驗教學方法是極具優勢的一種實驗教學形式。

一、互聯網+虛擬儀器技術的電子技術實驗室結構

基于互聯網+虛擬儀器技術的電子技術實驗系統主要采用實體儀器加虛擬儀器和網絡技術構建而成。就硬件設備而言，采用具有數據傳輸功能的儀器儀表是其主要硬件設備，將儀器儀表的測量數據通過通信接口傳輸至計算機，計算機系統中主要采用虛擬儀器技術來重構儀器儀表。虛擬儀器通過各類通信方式，例如USB、CAN總線或者RS232、485等，借助網絡與實體儀器儀表交換數據，從而實現遠程數據監控，這樣實驗教師只需通過計算器終端便可實時掌握各個終端儀器儀表的運行情況，也就掌握了各組實驗學生的實驗數據，從而降低了勞動強度，提高工作效率。基于互聯網+虛擬儀器技術的電子技術實驗系統架構如圖1所示。

系統中每一組的實驗儀器由信號發生器、示波器、萬用表和電源組成，這四類儀器基本可以滿足電子技術實驗所需的儀器儀表。由于需要將儀器測量數據通過網絡傳輸，所以需選擇帶有USB數據接口的儀器，例如由泰克生產的示波器、萬用表、信號發生器都帶有USB接口，根據實驗室規模和實驗學生組數來配備相關數量的實驗儀器和儀表即可。由于USB通信距離較短，不適合遠距離傳輸，故需將數據通過USB-WIFI數據轉發器接入網絡。教師通過與網絡相連的終端計算機就可查看每一組的實驗數據，對每一組的實驗過程進行監控。

二、實驗系統建設

根據試驗系統架構，采用合適的儀器儀表將是決定系統功能實現的重要環節，本系統主要采用泰克公司的數字存儲示波器TBS1104、5.5位臺式數字萬用表2110、任意波形函數發生器AFG1062和3路可編程直流電源2231A-30-3，每臺儀器都帶有USB接口，可以向主機傳送數據和接收主機控制命令。另外需配備泰克智能實驗室管理系統TekSmartLab。TekSmartLab是泰克開發的為教學實驗室提供的基于網絡的儀器管理解決方案，具有更高效的實驗室體驗。通過TekSmartLab與大批儀器組成的網絡配置系統，教師只需點擊一下鼠標，就可以方便地設置網絡內的儀器設備，不需要教師去手動配置儀器。學生可以通過智能設備以無線方式檢測和保存測試結果，并向教師上傳實驗數據。而傳統教學實驗室中的實驗數據需手動記錄數據，一次只能記錄一臺儀器。由TekSmartLab構建網絡結構如圖2所示。

圖中TBX3000A通過USB 電纜連接和控制儀器，TBX3000A有一個局域網端口，可兼容USB無線網卡，可以通過WI-FI連接組成無線網絡與實驗室服務器上的TSL3000B軟件通信。在實驗室服務器上安裝TSL3000B服務器端軟件，可以實現與每個工作臺上的TBX3000A通信，通過TSL3000B軟件，教師能夠集中控制大批儀器，學生也能夠在線檢索和保存測試結果。

TSL3000B軟件安裝與實驗室服務器端，軟件界面如圖3所示。

三、實驗系統測試

實驗以高頻電路實驗-電容反饋三點式振蕩器實驗為例進行試驗系統測試。首先啟動儀器，啟動服務器TSL3000B軟件，打開對應組號的儀器界面，如圖4所示，點擊進入，點擊新建實驗，打開儀器界面，設置課程名稱，設置好示波器、信號發生器等儀器的參數，如圖5、圖6所示。本次試驗共有五組實驗小組，在新建課程界面選擇組號點擊應用，等圖標變為綠色即表示相關組號的儀器設置完畢，即可進行實驗了，如圖7所示，圖8為實驗測試實物圖。

在實驗過程中，教師可隨時打開對應組號儀器界面觀察當前實驗波形數據，實現實驗過程全程控制，如果學生在實驗過程中出現儀器調節失誤，教師可遠程為學生調試儀器，解決問題，如圖9所示：

學生實驗做完后，需提交實驗數據，教師通過在服務器端學生對應組號的儀器實驗數據比對即可完成學生本次實驗效果的評價，以防止學生抄襲實驗數據。

四、結束語

基于互聯網+虛擬儀器的架構，可以充分解放實驗教師的雙手，解決諸如電子技術實驗等基礎實驗課實驗學生過多，一名實驗教師無法實現對所有學生的實驗過程監控，學生互相抄襲實驗數據等問題，從而提高實驗教學的質量。隨著互聯網技術的發展，未來的實驗室應更加的智能化、網絡化，采用“云實驗室”，大數據分析等先進手段，可為學生、教師提供更加實時、便利、智慧的實驗服務體驗。

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