基于LabVIEW的模拟电子在线实验的设计与开发

江兴盟,胡代弟

（1.郑州铁路职业技术学院电子工程系，河南郑州，451460；2.郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院,河南新郑，451150)

基于LabVIEW的模拟电子在线实验的设计与开发

江兴盟1,胡代弟2

（1.郑州铁路职业技术学院电子工程系，河南郑州，451460；2.郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院,河南新郑，451150)

模拟电子实验是电类相关专业的一门重要的实践课程。本文将提出并设计“一种基于LabVIEW技术的模拟电子在线实验系统”。将该系统应用于教学中，学生可通过网络随时随地远程做实验，取得了很好的教学效果。

在线实验；LabVIEW；实验设备

0 引言

对于大多电类相关专业，模拟电子技术都是一门重要的专业基础课程。模拟电子实验也是很多学生的必修实验课，为此，很多高校还建设了专门的电子电工实验中心。

当前，模拟电子实验室大多采用传统的实验方式。即建设专门的实验室，配置大量的仪器仪表及实验设备，学生需要提前预约，并在规定的时间内完成实验。传统的实验方式主要存在的问题有：实验室需要专门场地，占用学校基础办学资源多；需要专人管理、维护，运行成本高；灵活性差，很难做到全天候开放。

在线实验，是结合了网络、计算控制、虚拟仪器等技术的一种新的实验形式[2]。即客户端不受时间和空间的限制，通过计算机网络，实现随时随地，控制真实的仪器设备做实验[3]。实验设备也可以做到24小时全天开放，且无人值守。

本文从“模拟电子实验”入手，提出并设计了一款“基于LabVIEW技术的模拟电子在线实验系统”。

1 系统构成

实验端PC机通过互联网访问服务器，再通过服务器控制实验设备上的仪表及实验板，完成实验。因此，“模拟电子在线实验系统”开发的主要内容是实验设备和服务器端软件的开发实验设备首先需要实现与传统的实验室相同的实验功能，其次，实验设备通线缆与服务器相连，能够远程遥控遥测。

系统的实验设备主要由：实验板、虚拟仪器及控制系统三部分组成。并采用标准的4U机箱设计，可直接安装在14英寸的机柜中。机箱内有一块底板提供总线接口，实验板及虚拟仪器及控制系统均以插板的形式设计，插接在底板上，通过公共总线相连。

2.1 实验板

实验板结合模拟电子实验教学，每个实验项目设计一块实验板，设计成插板形式，安装在底板上。使用时，还可以实验项目，安装不同的实验板。

每块实验板都包括：实验电路、继电器、接口三部分组成。

实验电路就是模拟电子实验教学要求测试的电路，不同的实验项目，实验电路也不同。这部分与传统实验箱类似，所不同的是，传统实验，需要将待测点通过迭插头线与电源及相应仪表连接，进行实验。

在该系统中，将这些待测点通过继电器连接到64针标准工业排插，通过底板总线再与电源虚拟仪器等连接。继电器由控制系统控制。

2.2 虚拟仪器

实验过程中，需要对电压、电流、电阻、波形等的测量，这些采用传统仪器显然无法满足需要。本系统采用NI公司的NI-MyDAQ虚拟仪器设备实现这些功能。该仪器也被安装固定在插板上，一端与底板总线相连，另一端通过USB直接与服务器相连。

NI-MyDAQ是集数字万用表、示波器、函数发生器、波特图仪、

该系统主要由服务器端和客户端构成，服务器端又包括服务器和实验设备两部分，客户端即实验端由连接到网络的普通PC机实现。

“模拟电子在线实验系统”的主要设备在服务器端，主要包括服务器和模拟电子实验设备。该部分安装在标准机柜，放置在实验室或网络中心，与校园网及互联网连接。

实验端PC机通过互联网访问服务器，再通过服务器控制实验设备上的仪表及实验板，完成实验。因此，“模拟电子在线实验系统”开发的主要内容是实验设备和服务器端软件的开发。

2 模拟电子实验设备

动态信号采集仪、任意信号发生器、数字I/O等多种仪表于一体的测量仪器[5]。仪器测量的真实物理量通过虚拟面板设置和查看，并与LabVIEW软件无缝连接。

2.3 控制系统

控制系统由以STM32为核心处理器及继电器阵列组成，通过USB接口与服务器相连，接收服务器指令，通过继电器实现：实验板的切换、仪表连接、电路通断等功能。控制系统实际上替实验人员完成电路连接功能。

控制系统单独设计成一块插板，其继电器阵列，可根据需要将实验板测试点连接到所需的仪表测量端。根据功能，主要有：电压/电阻测试端、电流测试端、示波器CH1测试端、示波器CH2测试端、函数信号发生器输出端及+12V、+5V、-12V、+24V等电源接入、短路点接入等。

3 服务器软件系统

服务器软件系统包括实验操作面板及远程服务功能两部分。实验操作面板，实现整个实验的人机交互功能，并根据要求对实验设备进行控制、测量。

实验操作面板上，可以完成所有的实验操作。然后再通过LabVIEW的远程发布功能，将其发布到网络，实现远程实验功能。

3.1 实验操作面板

实验操作面板，由LabVIEW 2015软件设计完成，包括了：实验板选择、连线操作、虚拟仪器调用等。

LabVIEW开发软件时，分为前面板设计和后面板程序设计两部分。前面板是仪器的操作面板，后面板是源程序。

本系统的实验操作面板就是前面板，所有的实验操作包括：包括电源控制、线缆连接、仪表调用等。下图1所示为正弦波发生器实验操作面板。

以正弦发波发生器实验为例，该面板可实现的功能有：

1、“电源”按键按下，运放OP07旁边的电源指示灯亮，并将正负12V电源接入该实验板。

2、调节左上角电位器旋钮，可改变真实实验板上的电阻阻值。

3、通过“短路”按键，可以实验上下两部分电路的连接。

4、通地右侧“信号源输入端”等下拉菜单，可以将对应的仪表端口连接到相应的测试端。

5、点击“信号源”、“示波器”图标，调用相应仪器面板，进行设置或读数。再次点击该图标，可隐藏仪器面板。

6、点击右上角的“实验报告”菜单，调出实验报告面板，可以将实验结果及数据通过邮件发送给老师。

实验结束后，关闭电源，点击“返回”，可以回到主菜单，重新选择实验板卡。

3.2 远程发布功能

本系统采用B/S架构，即浏览器/服务器模式。远程端无需安装客户端软件，直接可通过浏览器访问服务器，完成实验。

服务器端，采用Windows SERVER系统，安装由LabVIEW生成的上位机软件安装包。远程发布功能，利用了LabVIEW的远程前面板（Remote Panel）技术，不需要单独开发软件，通过配置就可以在实验操作面板程序上添加WEB服务功能。

具体是通过WEB发布工具，生成实验控制面板的HTML网页，将该网页加入工程，合并生成软件安装包即可。

当服务器安装配置完成后，就可以通过局域网访问。如果需要通过互联网在任何地方，都能访问电机实验平台，只需要为服务器申请一个公网的IP地址即可。

远程端访问，需要采用IE浏览器（或以IE为内核的浏览器），首次使用时，还需要安装LabVIEW 2015引擎及浏览器插件。

浏览器输入服务器网址，即可以IE中打开操作前面板，与服务器端操作一样。通过右键申请VI控制权，获得控制权后，即可实现与服务器端相同的功能。

4 结论

基于LabVIEW的模拟电子在线实验系统设计完成后，安装到实验室中，将系统与校园网连接，分配了独立的IP地址，进行了一段时间应用测试。测试期间，系统实现了24小时全开候开放、无人值守和免维护。

学生可不受空间和时间上的限制，随时随地控制真实设备进行实验。实验结果与现场实验结果一致，并收到了良好的效果。

图1 正弦波发生器实验操作面板

[1]沈茜. 虚拟仪器在电子技术实验教学中的应用及前景[J]. 煤炭技术. 2010(03)

[2] 龙云玲,刘艳,秦鑫. 基于LabVIEW的新型实验教学方式[J].科技信息. 2010(17)

[3] 全晓莉,周南权,余永辉. 基于虚拟仪器技术的网络实验系统的研究[J]. 计算机工程与设计. 2011(09)

[4] 贾燕茹, 胡代弟. 基于LabVIEW的PID电动机远程实验平台[J]. 矿山机械, 2011(5): 109-111.

Design development of online simulation experiment based on LabVIEW

Jiang Xingming1,Hu Daidig2
(1 Department of electronic engineering Zhengzhou Railway Vocational and Technical College, Zhengzhou Henan,451460; 2 SIAS International College of Zhengzhou University, School of electronic and information engineering, Xinzheng Henan, 451150)

Analog electronic experiment is an important practical course for electrical majors. In this paper, we propose and design a kind of analog electronic experiment system based on LabVIEW technology". The system can be used in teaching, students can do experiments at any time and anywhere in the network.

online experiment; LabVIEW; experimental equipment

江兴盟(1982-)，男，汉族，陕西安康人，郑州铁路职业技术学院电子工程系讲师、工学硕士，研究方向：电子及嵌入式。

2015年度河南省重点科技攻关项目：152102210234

胡代弟（1983-），女，侗族，湖南靖州人，郑州大学西亚斯国际学院电子信息工程学院讲师、工学硕士，研究方向：传感器及应用。