基于LabVIEW的高职电子远程实验开发

孙春晖

(常州轻工职业技术学院电气工程系，江苏常州,213164)

基于LabVIEW的高职电子远程实验开发

孙春晖

(常州轻工职业技术学院电气工程系，江苏常州,213164)

本课题应用虚拟仪器技术，采用LabVIEW 9.0作为开发工具，构建了一个适合高职电子专业学生远程使用的实验平台。文中重点讨论了远程实验平台的总体框架、实验项目的开发与集成、实验平台网络通信的实现方法。学生使用浏览器或“连接至远程前面板”方式完成实验。此种模式突破了传统实验的时空限制，对于充分利用教学资源、更大程度地实现资源共享具有重要意义。

虚拟仪器；远程实验；LabVIEW

0 引言

近年来，高职教育获得了快速发展，但同时，急速扩张也带来发展经费的不足，造成实验设备的规模和更新无法满足学生需求。利用网络技术和虚拟仪器技术构建远程虚拟实验室，实现远程测控、资源共享，是一个较为经济有效的解决方案。

美国国家仪器公司（NI公司）开发的LabVIEW，是目前应用最广、发展最快、功能最强的一款基于G语言的虚拟仪器软件开发工具。使用LabVIEW开发的虚拟仪器界面美观，其面板和功能与真实仪器也几乎一样。LabVIEW还具有丰富多样的程序调试工具。采用单步调试、设置断点、数据探针、高亮执行等调试方法，可以更快的找到程序中的错误，完成开发。LabVIEW 被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件，是一种面向最终用户的更为易用和高效的开发开具。

本课题将虚拟仪器技术、网络通信技术相结合，采用LabVIEW 9.0作为开发工具，设计实现了一个可供学生远程操控使用的虚拟电子实验平台。平台集成了四个仿真实验项目，通过LabVIEW提供的远程前面板技术实现网络发布。学生采用浏览器方式或者“连接至远程前面板”方式就可远程操作实验项目，使用更加灵活方便。

1 远程实验平台的总体架构

远程电子实验平台的总体设计目标是开发实现一个基于网络的虚拟实验环境，利用互联网技术，将平台所提供的虚拟仪器、实验项目放入建立的网站上。远程用户通过网络浏览器，登录到实验平台，先选择所要进行的实验，然后输入实验参数，观察记录实验数据，完成实验并退出。

1.1 远程电子实验平台的体系结构

主要有两种模式，一种是客户端/服务器模式(C/S模式)，另一种是浏览器/服务器模式(B/S模式)。B/S模式下的用户通过浏览器，可以向分布在网络上的多个服务器发出请求，对数据库的访问和应用程序的执行都在服务器上完成，服务器承担更

多的工作，因而客户机上只需安装、配置少量的客户软件即可，极大地简化了客户机的工作。此处开发的远程实验平台主要提供给用户一系列模拟仿真实验，供用户学习仪器使用、基本理论的验证等实验知识。用户通过软件模拟实验过程，所以决定采用B/S模式开发。这样用户只需通过浏览器访问实验平台，向服务器申请控制权后完成实验。

1.2 远程电子实验平台的软硬件框架

软件系统框架主要包括Web 服务器子系统、应用程序服务器子系统、客户端子系统三大部分。系统软件结构如下图1所示。

硬件系统框架采用PC-DAQ方式构建，包括传感器、信号调理设备、数据采集卡、NI-ELVIS实验仪、应用服务器、Web服务器等。如下图2所示。

2 实验平台的开发实现

设计的实验平台集成四个模拟仿真实验项目，分别为调幅与解调实验、调频与解调实验、混频实验、信号的分解与合成实验。在完成各个实验项目的设计之后，采用LabVIEW 9.0提供的子面板插入技术实现各个实验的动态载入，实现实验平台的主界面集成。

2.1 实验项目的设计实现

下面以调幅与解调实验为例，介绍其开发实现过程。

根据调幅与解调原理，使用LabVIEW软件设计的实验前面板如下图3所示。实验参数由学生通过前面板的旋钮、数值输入控件等设置，点击“启动”运行程序后，调制波与载波、调幅波及解调后波形均直接显示在面板上，非常直观。点击“停止”按钮则关闭程序的运行。通过这个实验，学生可以直观地看到普通单频调幅波、双边带单频调幅波波形，并通过设置相干解调信号参数，进一步理解相干解调原理。

此实验功能对应的程序框图的设计包括初始化、主程序设计及退出三个环节，用顺序结构实现。初始化主要是对前面板控件设初使值，包括清空波形、“启动”“停止”按键均设为“弹起”状态等，并对启动按键注册动态事件。主程序则读取前面板设置的参数，调用LabVIEW极具特色的正弦波函数节点，成生相应的调制信号、载波信号，通过乘法运算得到调幅波，并显示在前面板上。产生与载波同频同相的正弦波，与调幅波相乘后调用Butterworth滤波器滤去高频，再稍作处理就得到了解调后的波形。采用两层While循环结构实现，内层用于实现功能，外层用于查询注册事件有无发生。此种结构的好处是，当注册事件未发生时程序会暂停工作，处于等待状态，因而可以大大节省系统开销。退出部分主要是注销事件，按键复位，为下次程序运行作准备。图4为主程序框图。

采用类似的方法，可以开发实现调频与解调实验、混频实验以及信号的分解与合成实验。

图3 调幅与解调实验前面板

图4 调幅与解调实验主程序框图

2.2 实验项目的集成

采用插入子面板的方法，将此四个实验项目集成于仿真电子实验平台中。采用四个按键用来选择所要进行的实现项目，选择“退出实验”则结束程序并退出。下图5为在平台上运行“信号频率调制与解调实验”的效果图。

实现实验项目集成的程序框图如图6所示，主要使用一个While循环和一个事件结构来监测前面板的五个按键是否按下。若按下某个实验选项，则进入条件结构的真分支，通过索引数组的方法确定需要打开相应实验程序的路径，调用“打开VI引用函数”，再调用节点函数运行该程序，并通过“插入VI”的调用方法将其显示到前面板上，供用户使用。若用户选择退出，则进入条件结构的假分支，通过移位寄存器保存的引用调用“中止VI”节点函数，后关闭引用，退出循环，最后结束程序。

图6 仿真实验平台程序框图

3 实验平台网络通信的实现

LabVIEW具有强大的通信功能，提供多种通信方式，因而基于LabVIEW设计的虚拟系统可以方便地实现远程访问。“远程前面板方式”是其中的一种，又叫浏览器方式。用户使用此种方式无需编程，只需设好网络通信参数，就可直观、方便地使用浏览器看到远程服务器上的VI前面板，并且在服务器允许的情况下远程操控前面板。采用此种方式，用户不需掌握具体的LabVIEW编程知识，也不需特别设置，只需使用浏览器就可方便地实现对远程VI的访问，服务器也无需特别的编程，只需简单设置即可，因此此处，采用远程前面板方式实现实验平台的远程操作。

3.1 服务器的设置

服务器端的设置主要是完成服务器配置及VI程序的发布。具体方法如下：

1)配置Web Server。完成对Web Server配置选项、可见VI选项、浏览器访问选项的设置。方法为：打开要发布VI的前面板，选择工具菜单/选项，从类别列表中选择相应选项页，完成设置。

2)使用“Web发布工具”发布VI。选择菜单“工具/Web发布工具”，打开发布页面，选择要发布的VI及查看模式，键入生成HTML文档的标题、页眉、页脚等内容，选择网页保存目录及文件名，在浏览器中预览没有问题后保存至磁盘，完成VI的发布。

3.2 客户机端的设置

在完成对服务器端的设置后，客户机通过简单设置就可很方便地实现对服务器内存中VI的查看和控制。如果客户机安装有LabVIEW，可通过LabVIEW作为客户端查看和控制远程前面板。只需新建一个VI，并选择“操作/连接远程前机板”，就可打开连接远程前面板对话框，如图7所示。通过此对话框可指定服务器的Internet地址、需要查看的VI名称，勾选“请求控制”选项，则可实现对远程前面板所有控件的操作控制，如同操作本地VI一样。如果此时有其它客户在控制VI，则服务器会把当前客户的请求放入队列，直到其它客户放弃控制或控制超时。

图7 连接远程前面板设置

没有安装LabVIEW的客户机需安装一个免费的LabVIEW Run-Time引擎，然后使用Web浏览器，输入服务器发布VI时生成的URL，就可看到VI的远程前面板，通过鼠标右击前面板任何地方，在弹出快捷菜单中可选择对远程VI的控制权，之后，用户亦可象操作本地VI一样，设置前面板参数，运行VI，观察效果。其它用户则通过浏览器可观看操作效果，原用户释放控制权后新用户可继续申请控制权。

3.3 实验平台远程操作效果

在完成服务器和客户机的配置之后，客户就可采用浏览器方式或“连接至远程前面板”方式远程操控实验平台。图8为客户机

远程操作实验平台效果图。

图8 采用浏览器远程访问实验平台主页面

4 结束语

本文依据高职电子实验教学要求，采用图形化编程语言LabVIEW作为开发工具，构建了一个基于虚拟仪器的远程电子实验平台，为学生提供了一种既经济又方便的现代化教学手段。该平台界面友好，性能稳定，易于扩展，使用方便；更为重要的是，可以远程操作和访问，不仅能满足远程教学和远程实验对时间和空间的要求，更有利于充分利用教学资源、使某一学科的先进教学方法和实验仪器得到最广泛的利用。

[1] 徐有栋.基于LabVIEW的虚拟实验室和远程实验室[D].济南:山东大学,2005:30-32.

[2] 屈晓旭,张用宇,娄景艺.基于虚拟仪器的通信原理远程实验平台设计[J].实验室研究与探索,2011(7):42-43.

[3] 戴志超,向英,吴先球.基于虚拟仪器的锁相放大器远程实验系统设计[J].现代电子技术, 2010(14):149-150.

[4] 沈艳,杨平,古天祥等.网络化虚拟逻辑分析仪研制[J].实验技术与管理, 2010(5):60-61.

[5] 王磊.基于LabVIEW的虚拟实验室与传感器虚拟仪器的设计及实现[D].太原:太原理工大学,2010.

[6] Robert H. Bishop. LabVIEW7 实用教程[M]. 乔瑞萍,林欣等译.北京：电子工业出版社，2005.

[7] 林君,谢宣松等. 虚拟仪器原理及应用[M].北京:科学出版社,2006.

[8] 李海芳,张民,陈俊杰等.LabVIEW下远程虚拟实验室的研究与实现[J].太原理工大学学报. 2010 (2).

[9] 李学成,姜斯平.电工电子虚拟实验室技术研究[J].大学物理实验，2009(3):89-93.

[10] 焦瑞莉,南利平,李学华. 基于LabVIEW的通信专业远程虚拟实验室[J]. 国外电子测量技术,2005(3):4-7.

[11] 梁庶来.基于LabVIEW的调频器与鉴频器的应用研究[J].科技信息. 2009(11):399-400.

[12] 李明利,马光思,周洲.基于虚拟仪器的调相与鉴相实验[J].实验技术与管理,2007 (6):79-81.

[13] 龙华伟,顾永刚. LabVIEW8.2.1与DAQ数据采集[M].北京:清华大学出版社，2008.

表2 启动时间对比

4 小结

本章将多粒度存储器散列运算机制(MMH)应用到了嵌入式处理器的安全启动的过程中。利用MMH初始化时延低的特点，对不同的外部设备和程序进行初始化操作构建完整树，从而提高了嵌入式系统的整体启动速度。

参考文献

[1] 马学文,朱名日,程晓辉.嵌入式系统中Bootloader的设计与实现.计算机工程,2005,31(7):96-97

[2] 宋晓翠,张晋宁.基于PowerPc44o的嵌入式系统设计与研究.新特器件应用,2009,11(7):19-22

[3] 陈卓,杨爱良,王骥.基于PLB总线的多通道SGDMA设计.航空电子技术,2009,40(l):12-15

[4] 黄涛,方艳湘,彭双和.一种安全引导的设计与实现.计算机工程与设计,2007,28(4):745-748

Development of Electronic Laboratory Platform for Remote High Vocational and Technical Education based on LabVIEW

Sun Chunhui
(Department of electronic engineering,ChangZhou institute of light industry,Changzhou,213164,China)

In this thesis,a virtual electronic laboratory platform for remote use in high vocational and technical education is built with virtual instrument technology，adopted LabVIEW 9.0 as a tool.The paper focused on the overall framework of remote experiment system,development and integration of experiments and the implementation of network communication for the system.the students remotely run the pilot projects by a browser or by means of connecting to remote front panel.With this platform,it is very important to make full use of and share the teaching resources,breaking through the constraints of time and space in traditional experiments.

Virtual Instrument；Remote Experiment；LabVIEW

孙春晖(1975-)，女，江苏常州，硕士、讲师，研究方向：虚拟仪器、智能测试