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远程网络虚拟实验室系统研究

作　者: 陈昌菊
导　师: 郑萍
学　校: 西华大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 虚拟实验室串口总线 GPIB Internet 仪器控制服务器
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 454次
引　用: 3次
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内容摘要

目前，对于高等院校来说，实验室既是重要的教学阵地，也是主要的科研基地，实验室的装备水平通常被当作衡量一所高校教学、科研水平的重要标志。但是由于部分院校招生规模的扩大以及资金的相对短缺，使得先进的实验仪器设备不足，远远达不到大面积开设实验课要求。网络虚拟实验室正是在这样的要求下发展起来的。同时，由于虚拟仪器和网络技术的飞速发展，通过网络技术构建虚拟实验室已经成为可能，在网上进行实验将成为学生实验的重要部分。学生在网上虚拟大学实验的新型教育模式已悄然而致，在远程教学模式中需要建立和应用于Internet网络的虚拟实验系统。虚拟实验系统可以突破物理设备不足、型号落后、难以更新换代跟上科技发展等缺陷。虚拟实验系统是以计算机网络为核心，将计算机软件模拟器通过网络连接起来，以实现实验数据采集、分析以及远程操作的一个系统。它汇集了计算机网络、传感技术、电子测量技术、数据库技术和计算机接口技术等关键技术。按照实验教学的基本要求，建立虚拟的实验环境，运用各种虚拟实验仪器仪表和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真即构成了新型的虚拟实验室。本文首先介绍虚拟实验室系统的研究背景、目的及其意义，然后具体的给出虚拟实验室测试系统的设计过程。在虚拟实验室测试系统设计分为两个部分分别是：本地虚拟实验室系统的构建和远程虚拟实验室的构建。本地虚拟实验室的构建基于LabVIEW软件环境下完成具有GPIB、串口总线的教学测试设备与PC机的通信、数据采集以及数据分析处理。LabVIEW是一种图形化编程语言(G语言)，具有直观、友好的人机交互界面，利用ActiveX技术实现调用Mmlab脚本节点，因此具有强大的数据处理功能。同时，LabVIEW对PCI-GPIB底层驱动程序的调用采用了在虚拟仪器软件环境下调用动态连接库的方式来实现，因此可以支持各种连接I／O接口设备，实现信号采集后将采集数据送入计算机处理。远程虚拟实验室的构建基于Internet构建Web服务器，利用LabVIEW提供的G Web Server功能创建仪器服务器；通过TCP／IP建立Web服务器与仪器服务器间的通讯；客户端网络管理模块访问Web服务器进行用户交互，从而达到远程实验的目的，实现了仪器功能的扩展。本课题研究可以节省许多基础设施的重复建设和仪器设备重复引进的资金投入，有利于从整体上改善办学条件和提高教学水平。在很大程度上方便了学生，不仅能够引导学生理解实验的理论知识，而且能够指导学生进行正确的实验操作，从而获得感性上和理性上的认识。虚拟实验室不仅极大的弥补了远程教育模式的局限和不足，而且还使得远程教育的方式方法更趋完美。将虚拟实验室与远程教育结合在一起，基于网络技术和虚拟仪器技术的虚拟实验室已成为新型的远程教育模式。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-12
第一章绪论  12-25
  1.1 引言  12-13
  1.2 远程网络虚拟实验室的概述  13-17
    1.2.1 虚拟仪器的概述  13-14
    1.2.2 虚拟实验、虚拟实验室及网络虚拟实验室的概述  14-16
    1.2.3 远程网络虚拟实验室的应用前景  16-17
  1.3 远程网络虚拟实验室的发展背景、意义及近年来国内外发展的概况  17-20
    1.3.1 远程网络虚拟实验室的发展背景、意义  17-18
    1.3.2 远程网络虚拟实验室的国内外发展概况  18-20
  1.4 网络虚拟实验室的系统结构  20-24
  1.5 本课题的主要研究内容  24-25
第二章基于局域网的本地虚拟实验室测试系统设计  25-57
  2.1 CSY型传感器系统实验仪与 PC机通讯实现  25-30
    2.1.1 串口通信接口概述  25
    2.1.2 串口通信方式分类及特点  25-26
    2.1.3 串口通信的接口标准—RS-232C  26-27
    2.1.4 串口通信的实现  27-30
      2.1.4.1 通信协议及帧结构分析  28-29
      2.1.4.2 串口控制程序设计  29-30
  2.2 HP33220A函数/任意波形信号发生器 GPIB通信  30-40
    2.2.1 GPIB通用接口概述  31
    2.2.2 GPIB接口功能  31-33
    2.2.3 GPIB总线结构  33-35
    2.2.4 SCPI简介  35-37
    2.2.5 GPIB通信的实现  37-40
  2.3 基于 LabVIEW软件平台下的虚拟仪器设计  40-53
    2.3.1 虚拟示波器的设计  40-45
    2.3.2 虚拟电压表的设计  45-49
    2.3.3 虚拟频谱分析仪的设计  49-53
      2.3.3.1 FFT频谱分析仪原理  50-52
      2.3.3.2 数字信号处理  52-53
  2.4 LAN内实时监控  53-57
第三章基于 Internet网的远程虚拟实验室测试系统设计  57-77
  3.1 远程虚拟实验室网络系统的实现  57-62
    3.1.1 远程虚拟实验室的软件结构及交互过程  57-60
    3.1.2 LabVIEW强大的网络功能  60-62
  3.2 仪器控制服务器的设计  62-65
  3.3 实验室服务器的设计  65
  3.4 远程虚拟实验室 Web管理系统  65-77
    3.4.1 Web管理系统结构  66-67
    3.4.2 系统模块具体介绍  67-71
    3.4.3 数据库设计  71-77
第四章系统调试过程及结果展示  77-86
  4.1 硬件的通讯  77-80
    4.1.1 串口设备的通讯步骤及结果展示  77-79
    4.1.2 GPIB设备的通讯步骤及结果展示  79-80
  4.2 LabVIEW与Access数据库的链接  80-82
  4.3 调试远程网络虚拟实验室系统  82-84
  4.4 系统设计中的问题及结果分析  84-86
    4.4.1 调试中的问题及原因分析  84-85
    4.4.2 输出波形显示  85-86
第五章结论  86-88
参考文献  88-91
个人简历及研究成果  91-93
致谢  93

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