利用NeptuneLab網(wǎng)絡(luò)綜合測(cè)試管理平臺(tái)有效提高模電實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

◇樂(lè)山師范學(xué)院電子與材料工程學(xué)院 余江

本文重點(diǎn)闡述了網(wǎng)絡(luò)綜合測(cè)試管理平臺(tái)的遠(yuǎn)程操控和使用方法，并將這種網(wǎng)絡(luò)化的操控管理方式應(yīng)用于模擬電路實(shí)驗(yàn)課的測(cè)試教學(xué)環(huán)節(jié)中，有效提高了實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

傳統(tǒng)的模電實(shí)驗(yàn)課需要老師一開(kāi)始要對(duì)電子測(cè)試儀器（示波器、信號(hào)源）的使用方法進(jìn)行詳細(xì)的講述，往往在這個(gè)教學(xué)過(guò)程中花費(fèi)了大量的時(shí)間進(jìn)行指導(dǎo)收效也不太理想，學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的使用過(guò)程中難免會(huì)操作不當(dāng)，或開(kāi)啟了不合理的使用模式或關(guān)閉了正常測(cè)試菜單的輔助測(cè)試功能等，都對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的正常使用和老師對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的重新矯正帶來(lái)了諸多困難，另外還存在個(gè)別同學(xué)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告有抄襲數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，對(duì)此，我們新建了一套基于NeptuneLab網(wǎng)絡(luò)綜合測(cè)試管理平臺(tái)，將20套各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備通過(guò)一臺(tái)電腦服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，以達(dá)到突破傳統(tǒng)教學(xué)管理模式的目的。

1 管理系統(tǒng)的建立與使用

1.1 管理系統(tǒng)的建立

我們通過(guò)招標(biāo)組建了20套（帶網(wǎng)口的數(shù)字存儲(chǔ)示波器和函數(shù)信號(hào)發(fā)生器）實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)，這些儀器都需要進(jìn)行IP地址的手動(dòng)配置：（20臺(tái)示波器的IP地址是從192.168.1.11～192.168.1.30，20臺(tái)信號(hào)源的IP地址是從192.168.1.101～192.168.1.120），實(shí)驗(yàn)位的IP地址還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)儀器的增加在管理系統(tǒng)軟件上進(jìn)行添加和修改。

1.2 管理軟件的使用

我們打開(kāi)管理軟件后即可在電腦界面上觀看到如圖1所示教師端界面，軟件顯示功能主要有：配置實(shí)驗(yàn)位、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板管理、設(shè)備資產(chǎn)信息；下面一排就是對(duì)示波器和信號(hào)源的相關(guān)操作菜單，它們分別是：批量操作、設(shè)備鎖定、同步配置、AUTO（自動(dòng)設(shè)備控制）、恢復(fù)出廠設(shè)置、更新設(shè)備固件、載入任意波形等。

圖1 教師機(jī)管理控制界面

（1）批量操作：在界面的中央是依次排列顯示的所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理信息，高亮彩色顯示按鈕就是處于在線的動(dòng)態(tài)機(jī)，灰色部分按鈕表示該設(shè)備不在線上，還有就是電源、萬(wàn)用表和毫伏表我們還未配備，所以它的顯示也是灰色按鈕，并且每個(gè)圖標(biāo)上面都有一個(gè)復(fù)選框，我們可以進(jìn)行單選和多選操作，當(dāng)在示波器的右側(cè)復(fù)選框里選擇了所有在線的示波器后，就可對(duì)示波器進(jìn)行批量操作了，同樣信號(hào)源也有相應(yīng)的批量操作功能。

（2）設(shè)備鎖定：當(dāng)我們想對(duì)某個(gè)學(xué)生端的示波器或信號(hào)源進(jìn)行單個(gè)鎖定設(shè)備和解鎖設(shè)備的操作時(shí)，就可選定該組的示波器或信號(hào)源的復(fù)選框打√，如果對(duì)該組學(xué)生端的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了鎖定操作后，學(xué)生端的設(shè)備就不能操作了，只有解鎖后學(xué)生端才能恢復(fù)操作和使用。

（3）同步配置：我們還可對(duì)選定的某組設(shè)備進(jìn)行同步配置操作，也可將20臺(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行一次同步配置，同步配置功能非常實(shí)用，就是將所有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備同步到一個(gè)相同的初始狀態(tài)，這種設(shè)備的初始狀態(tài)是可以對(duì)某臺(tái)示波器或信號(hào)源進(jìn)行自行設(shè)置，再通過(guò)導(dǎo)出本機(jī)配置文件予以保存，再將導(dǎo)出的本機(jī)配置文件在不到一分鐘的時(shí)間就同步配置到了這20臺(tái)的設(shè)備中去。

（4）AUTO（自動(dòng)設(shè)備控制）：我們還可對(duì)示波器進(jìn)行一個(gè)AUTO設(shè)置，這種AUTO設(shè)置是示波器對(duì)信號(hào)的自動(dòng)控制查找功能，有開(kāi)啟和禁用兩種操作，一旦教師機(jī)進(jìn)行了AUTO的禁用操作后，學(xué)生端就只能進(jìn)行手動(dòng)查找操作信號(hào)。

（5）恢復(fù)出廠設(shè)置：這項(xiàng)功能操作需謹(jǐn)慎對(duì)待，如果一旦示波器處在一個(gè)錯(cuò)亂的狀態(tài)而調(diào)不回來(lái)后，才被迫需要進(jìn)行此操作使之恢復(fù)到出廠時(shí)的設(shè)置。

（6）設(shè)備更新固件：此操作是需要廠家提供一個(gè)遠(yuǎn)程操作才能來(lái)完成設(shè)備的更新。

（7）載入任意波形：這項(xiàng)功能是只針對(duì)信號(hào)源的一個(gè)操作，信號(hào)源是支持任意波形的編輯和下載功能的，可在電腦上進(jìn)行非規(guī)則波形的繪制并生成*.bs文件，并將這種編輯好的任意波文件下載到信號(hào)源的任意通道中去就行了。

2 利用管理系統(tǒng)中配置實(shí)驗(yàn)位的操作功能來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的教學(xué)演示

2.1 示波器遠(yuǎn)程操控

我們可以在教師端電腦顯示的實(shí)驗(yàn)位動(dòng)態(tài)機(jī)中點(diǎn)擊某臺(tái)在線示波器按鈕，打開(kāi)示波器的控制窗口，如圖2所示，通過(guò)操作示波器的虛擬控制界面（和實(shí)物面板上的功能布局完全一致）來(lái)同步操控、演示和講解數(shù)字存儲(chǔ)示波器的使用方法，在教師機(jī)虛擬示波器的操作過(guò)程中我們會(huì)看到相應(yīng)的操作響應(yīng)，該示波器是4蹤數(shù)字存儲(chǔ)示波器，有自動(dòng)測(cè)量和手動(dòng)光標(biāo)測(cè)量?jī)煞N方式，4個(gè)通道的波形顯示是通過(guò)4種不同顏色的波形進(jìn)行區(qū)分，并對(duì)應(yīng)有4個(gè)不同通道的選擇按鈕進(jìn)行選定顯示，如果教師機(jī)這邊不進(jìn)行操作，學(xué)生端進(jìn)行示波器的操作，同樣可以在教師機(jī)上看到學(xué)生端的操作，這種互動(dòng)式的操作演示學(xué)習(xí)，方便了學(xué)生可通過(guò)示波器或投影儀能直觀的感受到老師的調(diào)試和操作過(guò)程，這樣的教學(xué)方式能起到事半功倍的教學(xué)效果。

圖2 示波器操控界面

2.2 信號(hào)源的遠(yuǎn)程操控

我們也可用同樣的方法通過(guò)點(diǎn)擊在線動(dòng)態(tài)機(jī)信號(hào)源界面來(lái)操控同步信號(hào)源（目前我們只配置了示波器和信號(hào)源這兩種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備），如圖3所示，該信號(hào)源有2個(gè)信號(hào)輸出口，可以同時(shí)輸出兩路不同的周期信號(hào)，信號(hào)源界面上顯示的波形和參數(shù)與輸出端口的按鈕燈亮暗來(lái)提示與區(qū)分，對(duì)輸出信號(hào)波形的參數(shù)調(diào)節(jié)也是有按鍵輸入加旋鈕的調(diào)節(jié)方式來(lái)進(jìn)行，方便操作，同樣通過(guò)操作教師機(jī)的信號(hào)源的虛擬控制面板來(lái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)源的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)操作控制，就能在學(xué)生端的信號(hào)源或投影儀直觀的看到老師的調(diào)試和操作過(guò)程，方便了學(xué)生對(duì)信號(hào)源的理解和使用方法的學(xué)習(xí)。

圖3 信號(hào)源操控界面

3 利用教師機(jī)中的批量操作來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效維護(hù)與管理

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的統(tǒng)一維護(hù)

學(xué)生在使用完實(shí)驗(yàn)儀器后會(huì)因操作不當(dāng)，或開(kāi)啟了不合理的使用模式或關(guān)閉了正常測(cè)試菜單的輔助功能或預(yù)設(shè)的波形和參數(shù)不對(duì)等，都對(duì)下次學(xué)生實(shí)驗(yàn)的正常使用帶來(lái)了許多不便，也給老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器的維護(hù)工作帶來(lái)了諸多困難；為此，我們可以通過(guò)兩種方法對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行同步，第一種方法是將一臺(tái)設(shè)置好的示波器或信號(hào)源通過(guò)教師機(jī)進(jìn)行設(shè)備同步操作就可同步到所有的設(shè)備中去，第二種方法是對(duì)示波器和信號(hào)源進(jìn)行有效設(shè)置好以后，再通過(guò)導(dǎo)出本機(jī)配置按鈕生成一個(gè)配置文件，這樣就可以將預(yù)先調(diào)試好的示波器或信號(hào)源的配置文件通過(guò)批量操作的方式同步配置到所有的20套設(shè)備中去了，方便、快捷又有效。

3.2 設(shè)備資產(chǎn)動(dòng)態(tài)管理

由于我們的設(shè)備已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，所以所有設(shè)備資產(chǎn)信息也是在線自動(dòng)錄入到我們的資產(chǎn)管理信息表格里，不需要手動(dòng)匹配，可將它導(dǎo)入為EXECL文件隨時(shí)進(jìn)行查閱，它顯示的信息有：設(shè)備類型、設(shè)備型號(hào)、設(shè)備SN、使用時(shí)長(zhǎng)、所在實(shí)驗(yàn)位、實(shí)驗(yàn)位IP（如表1所示）。

表1 部分設(shè)備資產(chǎn)信息表

4 利用教師機(jī)的遠(yuǎn)程控制和在線動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)提取與截圖功能對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效監(jiān)控

4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理

在模電實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，教師可以隨時(shí)通過(guò)教師端鎖定某學(xué)生端實(shí)驗(yàn)位的動(dòng)態(tài)機(jī)，進(jìn)行遠(yuǎn)程同步觀察學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，如發(fā)現(xiàn)有明顯的操作不當(dāng)和違規(guī)行為可在教師端立馬鎖定其使用設(shè)備，并當(dāng)面告誡學(xué)生哪方面的操作不當(dāng)，讓他們認(rèn)識(shí)到所要改正的錯(cuò)誤之處后方可重新對(duì)其設(shè)備解鎖，這樣方便了教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的有效指導(dǎo)。

4.2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程提取

老師可以事先建立一個(gè)當(dāng)天實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的每組實(shí)驗(yàn)位的數(shù)據(jù)記錄文檔，如圖4所示，左邊這張圖中是教師機(jī)通過(guò)點(diǎn)擊圖標(biāo)的圓形區(qū)域提取的學(xué)生位1的示波器和信號(hào)源波形圖以及相關(guān)的測(cè)試數(shù)據(jù)為峰峰值1.54V頻率10kHz，右邊圖是學(xué)生位2的示波器信號(hào)源的波形圖和測(cè)試的數(shù)據(jù)為峰峰值1.52V頻率1.5kHz，同時(shí)，教師還可通過(guò)操作界面上學(xué)生位的“提取實(shí)驗(yàn)報(bào)告按鈕”不定時(shí)在線截取示波器波形和自動(dòng)生成的測(cè)試數(shù)據(jù)保存到文檔里，同樣的方法也可對(duì)信號(hào)源進(jìn)行相同的操作來(lái)提取學(xué)生實(shí)驗(yàn)波形和數(shù)據(jù)，以備和學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，從而能有效杜絕個(gè)別學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)抄襲的現(xiàn)象。

圖4 學(xué)生位1和2的波形截圖及示波器參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們打破原有的模電實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模式，引進(jìn)了一套基于NeptuneLab網(wǎng)絡(luò)化的綜合測(cè)試管理平臺(tái)，不僅對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的工作狀態(tài)和資產(chǎn)使用時(shí)長(zhǎng)等進(jìn)行了精準(zhǔn)的信息化管理，而且還能較好的促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的進(jìn)一步提高。