基于Web的自动测试系统实验教学平台设计

赵　骐，金　卫

(电子科技大学　自动化工程学院，成都　611731)



基于Web的自动测试系统实验教学平台设计

赵骐，金卫

(电子科技大学自动化工程学院，成都611731)

通过构建网络化的自动测试系统实验教学平台，为该课程提供一种新型的实验教学方法。平台基于Web三层架构，用户可根据当前实验资源使用情况，灵活地选择真实仪器和虚拟仪器两类实验模式，完成对自动测试系统实验的远程操作；同时兼顾了教学的管理，学生可访问平台获得实验指导等学习资料，教师可在线对实验结果进行审核评分。通过这种新型的实验教学平台，可以有效缓解学校不断增长的教学需求与教学设备短缺间的矛盾，具有现实意义。

网络化；三层架构；自动测试系统；远程实验教学

互联网技术蓬勃发展﹑日益普及，为Web技术与虚拟仪器相结合提供了无限的可能性。而远程自动测试实验平台的出现，实现了多用户在线远程实验操作，提高了实验系统的利用率，降低了教学成本，是对自动测试系统课程教学的完善与补充。

网络化的自动测试系统实验平台是一个无墙的中心，通过互联网的访问，学生不受空间和时间的限制，能随时随地进行在线自动测试实验，共享仪器设备，获取实验数据，同时得到教师的远程指导[1]。借助该平台的功能，能够有效地解决教学需求与教学设备之间的矛盾。

1　实验平台的需求分析

可以将自动测试系统实验平台视为一个开放式教学实验型网站，通过一台安装了Web浏览器的计算机并登录本平台网站即可进行远程自动测试实验。平台拟实现对电子测量仪器的虚拟仿真以及对真实仪器和虚拟仪器两种模式的自动测试系统实验的远程操作[2]；同时兼顾对教学的管理，学生可访问平台获得实验指导等学习资料，教师可在线对实验结果进行审核评分。

本平台用户包括平台管理员、教师、学生以及游客，不同的用户对本平台有不同的用户需求。平台网站主要实现功能包括:用户注册，用户登录与注销，个人信息查询与修改，实验资料下载，留言板提问(学生)，实验操作(学生)，实验审核与评分(教师)，实验资料上传(管理员、教师)，留言板答疑(管理员、教师)，添加实验(管理员)和平台新闻发布(管理员)。

实验平台模块示意图如图1所示。

2　实验平台的结构设计

基于上面的需求分析，本平台采用Web的3层构架设计而成，根据其业务属性，自上而下划分为表现层﹑业务逻辑层﹑数据访问层，与之相对应的分别是Web服务器、应用服务器、数据库服务器，其具体构成如图2所示。3层构架的意义在于:程序员可以只关注整个结构中的其中某一层，降低了层与层之间的依赖，有利于标准化和各层逻辑的复用[3]。

图1　实验平台模块示意图

图2　实验平台网络结构图

网络化的自动测试系统实验平台的实现方式有很多种，根据不同的平台环境会选择不同的编程语言。本平台选用.Net Framework 4.0体系架构，通过使用Visual Studio 2010开发工具进行网站设计，使用SQL Server软件进行数据库管理。

3　自动测试系统实验的分类

根据自动测试系统课程教学的需要，本平台自动测试系统实验分为传统实验室实验和网络化真实仪器实验﹑网络化虚拟仪器实验[4]3类，其相关的实验说明和资料，均可以在网络化实验平台中下载。3类实验有以下区别。

1)传统实验室实验:平台只提供相关的实验介绍和资料，具体实验操作需到真实的实验室环境中进行；

2)网络化真实仪器实验:通过Web技术远程控制实验室的电子测量仪器进行数据测量和数据交互；

3)网络化虚拟仪器实验:通过Web技术远程控制应用服务器端的虚拟仿真仪器进行模拟实验。

网络化自动测量实验提供虚拟系统和真实系统两种实验方式选择，前者是后者在时间和空间上的补充，学生可根据当前实验资源使用情况灵活选择实验方式。网络化真实仪器实验系统构成如图3所示；网络化虚拟仪器实验系统构成如图4所示。

图3　网络化真实仪器实验系统构成图

图4　网络化虚拟仪器实验系统构成图

真实仪器实验系统和虚拟仪器实验系统在Web服务器端共用一个登录平台，其主要区别在于程控对象的不同；前者通过TCP/IP协议，与分布在现代测试技术实验室的测控计算机通信，再通过每台测控机程控真实仪器进行自动测试实验；而后者的电子测量仪器均由LabWindows/CVI程序虚拟仿真而成，平台通过应用服务器端的虚拟仪器实验资源管理器，为用户分配对应的虚拟仪器与实验程序端口号，从而开启自动测试实验[5]。

4　虚拟仪器实验资源管理器的设计

基于Web的自动测试系统实验平台的用户具有随机流动性，并不是每一时刻都有用户登录实验，而在某一时刻可能对实验需求量一下猛增，我们称之为蜂群流量。在网络化虚拟仪器实验环境中，当一个用户进行实验操作时，其他用户必须等待其操作完成后才能获得操作权限，不能满足多用户在线远程实验的要求。为了满足多用户同时操作需求，避免实验资源使用的冲突，有以下两种方式的解决方案。

1)固态虚拟仪器分配。

在应用服务器端，启动固定数量的虚拟仪器实验台(包括配套的虚拟实验程序、虚拟仪器程序)。当用户通过Web进行远程虚拟仪器电子实验时，可以依次访问虚拟仪器实验台，若有空闲态的虚拟仪器实验台则立即开始实验，否则等待其他用户完成操作后开始实验。然而固态分配为了应对蜂群流量，只能增加固定的实验台数，对系统CPU资源占用较高。

2)动态虚拟仪器分配。

在应用服务器端，建立专门的虚拟实验资源管理器。当用户访问平台实验界面时，Web服务器向应用服务器端的资源管理器发起实验开启请求，资源管理器建立相应的虚拟仪器实验台进程；当用户结束实验时，Web服务器再次向资源管理器发送实验结束请求，资源管理器关闭相应的虚拟仪器实验台进程。从效率来分析，动态分配方式只有当用户发送实验请求，才开启相应的实验台，且实验一旦结束，将自动关闭实验台进程，避免了空闲的进程对CPU资源的占用，提高了程序运行效率。

因此在最终实现过程中，本平台采用动态虚拟仪器分配的方式，建立专门的虚拟实验资源管理器，对虚拟仪器实验的资源进行分配与管理。虚拟仪器实验资源管理器具有以下功能:

1)能够接收Web服务器发送过来的实验请求；

2)能够查询虚拟实验程序端口占用状态，并显示在面板之中；

3)能够启动相应虚拟仪器实验台(包括配套的虚拟实验程序，虚拟仪器程序)并动态分配端口号；

4)能够向Web服务器发送虚拟实验程序的端口号；

5)能够根据Web服务器的要求，关闭相对应的虚拟实验程序和虚拟仪器。

5　结束语

本平台使用LabWindows/CVI开发工具完成了电子测量实验以及虚拟仪器的设计[6]。其中电子测量实验包括SCPI可程控仪器标准代码学习、脉冲参数测量两类实验，目的在于帮助学生熟悉常用仪器的程控方法、掌握常用仪器的主要程控命令，旨在提高学生对电子测量专业的掌握程度。由于网络化实验平台具有高效率、操作方便、组建灵活、维护成本低等特点，可以有效缓解学校不断增长的教学需求与教学设备短缺间的矛盾。它的实际应用在理工科教学中，尤其在电工电子、医学、建筑、生化等学科大有作为。当然本平台还有诸多不足之处，后期的开发可以考虑从交互性、及时性以及实验多样性等方面入手，对自动测试实验平台进行改进。

[1]陈长龄.自动测试及接口技术 [M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]秦红磊.自动测试系统—硬件及软件技术 [M].北京：高等教育出版社，2007.

[3]高扬.基于.Net 平台的三层架构软件框架的设计与实现 [J].计算机技术与发展，2011(2):77-80.

[4]段中兴，嵇启春.网上虚拟实验教学系统的开发与应用 [J].实验技术与管理，2008(7):84-87.

[5] 李江全.虚拟仪器设计测控应用典型实例[M].北京：电子工业出版社，2010.

[6]王建新，隋美丽.LabWindows / CVI虚拟仪器测试技术及工程应用[M].北京，化学工业出版社，2011.

Web-Based Experimental Teaching Platform Design for Automatic Test System

ZHAO Qi，JIN Wei

(School of Automation Engineering，University of Electronic Science and Technology of China ，Chengdu 611731，China)

In this paper，the author provides the course Automatic Test System with a new experimental teaching method through establishing a networked automatic test experimental platform.This platform is based on three layer web structrues.Users can flexibly choose between real instrument and virtual instrument test modes account to the current experimental resource，and long-distance operation and control to automatic test experiment.Meanwhile it also realizes the management of teaching.Students can get learning information such as experiment guidance and teachers can review score of the result of the experiment online by this platform.Through this new type of teaching platform，it can effectively alleviate the school's growing contradiction between the shortage of teaching requirements and teaching equipment，and it has a practical significance.

networked; three layers structure; automatic test system; long-distance experimental teaching

2014-11-04；修改日期: 2014-12-09

赵骐(1990-)，男，硕士生，主要从事自动测试系统以及虚拟仪器技术方面的研究。

TP393；G642.4

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.01.022