1、虛擬實驗論文：基于LabVIEW的虛擬實驗和遠程實驗室摘要：實驗是理論與實際結合的橋梁，隨著網絡信息化的發展，網絡實驗教學應該緊隨其后,但現在卻是的薄弱環節，因而構建一個突破傳統局限的、不受時間和地域限制的網絡化虛擬實驗室環境成為迫切需要解決的重要課題。本文詳細介紹了虛擬實驗室的功能、組成及特點，并借助于labview 這一軟件平臺來進行虛擬實驗和遠程虛擬實驗室系統的設計，其中針對身份驗證登錄程序的設計與實現原理進行了詳細的論述。關鍵詞：labview；虛擬實驗;遠程虛擬實驗室virtualexperimentandremotevirtuallab based on labviewsu lim

2、in ge xiaohan zuo mingxinabstract：experiments,as the bridge between theory study and the reality，with network informationization progressing , to establish an online lab and share the experiment resources via internet can enlarge the education scope. people can teach and learn“anytime and anywhere“

3、without the limitation of time and space 。after giving a brief introduction to the feature，structure and application of virtual lab,designing virtual experiment and remote virtual lab based on labview ,introducing the design and realization of verifying identity program。本文為互聯網收集，請勿用作商業用途文檔為個人收集整理，來源

4、于網絡key words:labview；virtual lab;remote virtual lab引言：目前，在各高校絕大多數實驗室中，仍采用傳統方式進行實驗。實驗過程往往簡單，需要的儀器卻比較復雜，為了保證人手一套，需要購置大量的儀器儀表，而經費短缺是很多高校面臨的主要困難。因此提出建立“虛擬實驗室”，既能保證教學效果,又能減少投資，簡化實驗系統.隨著計算機技術、和多媒體技術的飛速發展，遠程教育已經成為一種新的教育模式，由于各方面的原因，一些在傳統實驗室中進行的實驗對于遠程教育不利進行。近年來,由于計算機網絡技術、仿真技術和虛擬現實技術快速的發展，由此一種基于網絡的遠程虛擬實驗室應運而生

5、。1、虛擬實驗1.1 虛擬實驗室的概念及特點。 虛擬實驗一般是通過虛擬實驗室而進行的.所謂虛擬實驗室，是指在網絡環境下用虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統，包括相應實驗室環境、有關的實驗儀器設備等，實驗對象以及實驗信息資源等.網絡虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實實現，也可以是虛擬構想成的實驗室。在虛擬實驗室中,實驗者有逼真的感覺，似乎是在真正的現實實驗室里近距離進行現場操作。特點：與現實的實驗室相比,虛擬實驗室具有它自身特點，歸納起來有下面幾個：仿真性。在虛擬現實技術支持下、虛擬實驗室與真正的實驗室同等完美、虛擬儀器與實際儀器功能相同，操作方法也一樣，實驗者在虛擬實驗室里做實

6、驗、訓練技能和汲取知識,與在現實實驗室里同樣方便.開放性.虛擬實驗室又可能給任何實驗者在任何地點任何時間里廣泛地提供賴以學習、工作和研究的實驗場所。超時空性.可利用網絡虛擬實驗室，可以徹底打破空間的限制。可操作性。實驗者可通過使用專門設備，用人類的自然技能實驗對虛擬實驗室的物體或事件進行操作。1。2 虛擬實驗室的構建平臺。建立一個虛擬實驗室，大致需要2方面的工作:用虛擬儀器代替實際儀器；用仿真實驗代替真實實驗。這2個方面的工作都是以軟件為核心，labview便是構建虛擬實驗室的軟件平臺。labview是美國儀器公司（national instruments,ni）推出的一種基于“圖形"

7、;方式的集成化程序開發環境，是目前國際上惟一的編譯型圖形化編程語言。labview程序由前面板（front panel）和流程圖（block diagram）兩部分構成。它的基本特點：具有良好的用戶界面。其用戶界面類似于傳統儀器的面板，包括按鈕、旋鈕、圖形顯示元件、控制元件等.編程方式簡單、直觀。采用圖形語言（g語言）、圖標和連線代替問題文本形式編寫程序.具有層次結構和模塊化的特點.提供程序調試功能.1.3 仿真實驗的開發.數字信號處理、信號與系統課程中設置了有關信號檢測與分析的一系列實驗,用到大量的儀器設備，并且其中有些設備價格昂貴。如果用labview進行仿真實驗，則可以大大節省經費。針對

8、這2門課程開發的仿真實驗有：典型信號的相關分析：用于分析典型信號在不同頻率、不同相位下的相關性。替代的儀器有：信號發生器、同頻檢測儀、雙蹤示波器。典型信號傅立葉變換：用于分析正弦信號、方波、三角波、 經傅立葉變換后的諧波頻率及幅值。替代的儀器有：諧波分析儀、雙蹤示波器。相關分析的應用：以頻譜分析和相關分析的方法分析帶噪聲信號的主頻。替代的儀器有:信號發生器、同頻檢測儀、雙蹤示波器、頻譜分析儀、白噪聲發生器。數字濾波器設計：掌握用各種數字濾波算法消除不同的噪聲,并比較濾波效果。加窗效果比較：在虛擬系統中，輸入周期信號和非周期信號，比較不同窗函數的加窗效果。舉例如下:正弦加高斯白噪聲濾波前后的圖形

9、圖1 程序的前面板 其中右上邊是濾波前的圖形，右下邊是濾波后的圖形圖1 程序框圖2、遠程實驗室2。1 遠程虛擬實驗室的概念,一般有兩種解釋：將internet與虛擬儀器組成一個基于web的虛擬實驗室，使遠端的學員可以不受空間、時間的限制，利用瀏覽器在自己的計算機進行各種虛擬實驗，學習掌握各種虛擬儀器的工作原理及操作使用方法。將實際的虛擬儀器與internet結合組成遠程虛擬儀器系統，將中心實驗室的虛擬儀器和遠端學員計算機上的“虛擬儀器”通過internet聯系起來，建成網絡實驗系統.這種方式由于只需傳送小量的數據與文本，完全能在現有的網絡條件下進行，從而為遠程教育如電大、網校解決實驗教學難的問

10、題提供一種全新的解決方案。2。2 虛擬實驗的主要功能：實驗功能：這是虛擬實驗室的核心功能.每一個典型實驗結構包括：實驗儀器設備、實驗內容步驟、實驗目的原理和實驗報告。安全功能：安全性是開放、透明、資源共享的合作環境所必需的保障條件.虛擬實驗室采取必要的措施和技術手段維護系統軟件、硬件以及用戶知識產權的安全。保存功能：保存功能是指用戶在實驗結束后,可以將實驗結果保存下來。或用戶開始實驗后臨時有事離開，而實驗尚未結速，可將當前的實驗狀態保存下來。下次實驗時,可接著進行而無需重新操作。成績管理功能：在遠程教育中，學生做完實驗后，能夠將實驗報告提交給教師.教師對學生完成實驗的情況進行記載,并給出相應的

11、反饋意見。 2.3 遠程虛擬實驗室系統的設計。根據遠程虛擬實驗室的主要功能，可將虛擬實驗按操作型、演示型實驗、實驗指導及測評三種方式進行，圍繞這三種實驗方式，系統設計了五大功能模塊：登陸管理、操作型實驗、實驗指導及測評、演示型實驗、數據庫,如圖示:登陸管理模塊：主要包括身份驗證、實驗內容的選擇.身份驗證是指將網絡輸入與網絡數據庫中的內容比較,接收合法的教師和學生，拒絕非法用戶。進入系統后，學習者有選擇地進入各個實驗類別，如進入操作型實驗、演示型實驗或實驗測評.操作型實驗：學生或教師進入實驗系統后，從實驗管理庫中選擇好實驗項目，然后根據實驗項目選擇實驗器件，再在虛擬實驗平臺中，對各種元器件進行操

12、作，包括對元器件的大小、位置、狀態進行調整；對于一些大型實驗，由于操作時間較長，實驗者可以利用實驗過程存儲模塊把實驗現狀保存下來以便以后繼續進行或者與其他實驗者進行協同實驗。實驗指導及測評：在這種實驗方式下，學生課進行單獨實驗方式下的所有操作，并且可以將實驗名稱、實驗說明及所有操作過程存儲于網絡數據庫服務器中，教師可以從數據庫中選擇指定學生的指定實驗過程進行瀏覽、評閱,并將成績計入數據庫服務器的相應表格中。教師在這種實驗方式中只能瀏覽選定的實驗，不能進行自己的實驗過程。另外還設計了一個基于文本的電子白板,教師和學生可以通過它實現在線實時交流。演示型實驗：教師在演示實驗課中進行單獨實驗方式下的所

13、有操作，并且可以將實驗的所有操作過程存儲于網絡數據庫服務器中供學生調閱。學生在演示實驗中可以從數據庫中選擇指定的實驗過程進行瀏覽、學習，學生在這種實驗方式中只能觀察選定的實驗,不能進行自己的實驗過程。數據庫：主要包括器件庫和實驗管理庫，實驗管理庫可對數據庫服務器中的用戶表、實驗表、成績表等數據表進行操作,以完成實驗管理、學生成績管理等工作。舉例如下：登陸管理模塊:由于身份驗證的主體程序由labview編程，因此考慮labview與數據庫的連接方法。本例使用的是通過第三方開發的免費labview數據庫訪問的工具包labsql來實現對數據庫的訪問.labsql是一個源代碼開放的、免費的、面向多數據

14、庫的、跨平臺的labview數據庫訪問工具包，支持windows操作系統中任何基于odbc的數據庫，包括access，sql server,oracle,sybase等，可執行各種查詢，對記錄進行各種操作.labsql工具包的下載網址是http：/。身份驗證主體程序的前面板和后面板框圖設計下面介紹后面板框圖的各部分的設計思路：首先設計一個子程序subuersvi實現與數據庫identity.mdb的連接，并且返回users表中的數據,以數組的類型存放。由于users中只有name（用戶名）和password（登陸密碼)兩個字段，因此，subusersvi返回的數組users為一個二維數組第一列

15、為name,第2列為password，這樣可以利用索引提取數組中的元素。利用“索引數組元素"函數index array。vi輸出每個用戶的信息。主體程序附加上登陸按鈕進行條件判斷的調用,就可以完全實現身份驗證的功能了。圖2 上為身份驗證程序的后面板，下為身份驗證程序的前面板在用戶登陸成功后,就可以選擇遠程實驗室中提供的一個實驗。點擊相應的網頁，實驗介紹及說明，進行實驗并觀察實驗結果。2.4 遠程虛擬實驗室系統的實現模式。遠程虛擬實驗室系統的基礎平臺：遠程虛擬實驗室系統是在虛擬現實技術支持下的一種異構的問題解決環境,它使得處于不同位置的學習者可以同時對一個實驗項目進行實驗工作，同時在虛

16、擬實驗室用共享軟件仿真來模擬的虛擬設備或者操縱遠程的虛擬實驗室共用設備，這要求使得它易于在web上得以實現。基于如此可利用web的瀏覽器、服務器(b/s）計算模式作為遠程虛擬實驗的一種基礎平臺。核心服務器端通過虛擬現實技術對各實驗環境進行仿真，接收來自客戶端的實驗操作請求，根據客戶端不同的實驗請求，調整儀器的狀態,模擬產生實驗的現象，輸出對應的實驗數據，并對整個系統進行統一調度；學習者在客戶端進行實驗，其中實驗過程中的數據和實驗結果數據在核心服務器的統一調度下存放于數據庫服務器中。結束語：虛擬實驗室技術是一個隨著網絡和虛擬儀器等技術發展而不斷進步的,從其概念的提出到現在雖然有很多成功的應用。隨

17、著計算機網絡及虛擬現實等技術的發展,遠程虛擬實驗室增強并擴展了實驗教學的功能，既可實現傳統實驗室無法完成的實驗，解決學校購置實驗設備的經費問題，又可使遠程教育的教學實驗課的開設成為可能，為學生提供了一種嶄新的實驗方式。遠程虛擬實驗室還需要添加大量的實驗內容，使之成為一個真正完整的實驗室。相信虛擬實驗室具有的效率高、低成本、資源共享等特點，將很快使其替代現有的傳統實驗室,成為實驗室建設的發展方向和主流。參考文獻1 鄧焱，王磊等。編著labview測試技術與儀器應用m。機械工業出版社2 李小波.基于labview的虛擬實驗室研究 煤礦機械j。2004, (9)3 徐有棟。基于labview的虛擬實驗和遠程實驗室j。2005, 54 胡惟文,曹斌芳.基于labview的虛擬實驗室研究j.中國科技信息2005, （23)5 李萍,朱巧明。基于labview的