網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：國內(nèi)多數(shù)高校的實驗教學(xué)仍然采用實物儀器加簡單數(shù)據(jù)分析的傳統(tǒng)方式，這存在著諸多問題。在此利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，采用B／S體系結(jié)構(gòu)，建立了網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的框架模型。運用圖形化編程語言LabVIEW軟件，設(shè)計了相位差測量等相關(guān)的虛擬實驗，并實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)發(fā)布。實踐表明，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬實驗室，實現(xiàn)了遠程控制和資源共享，可以節(jié)省大量儀器設(shè)備的經(jīng)費投入，為實踐教學(xué)提供了一種全新的現(xiàn)代化手段，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
關(guān)鍵詞：虛擬實驗室；虛擬儀器；LabVIEW；B／S

0 引言
為更好地培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，國內(nèi)高校都加強了實踐環(huán)節(jié)的教學(xué)。通過對理工科院校實踐教學(xué)情況的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)普遍存在以下幾個主要問題：首先，學(xué)生要得到良好的實踐訓(xùn)練，就需要購置很多昂貴的教學(xué)儀器，但各高校普遍存在資金投入不足的問題；其次，實驗中各種元器件的損耗非常大，造成很大的浪費，這也間接對教師和學(xué)生造成一定的心里壓力，實驗中縮手縮腳，擔(dān)心損壞儀器，使得實踐教學(xué)質(zhì)量得不到保證；最后，遠程教育的發(fā)展使教學(xué)不再被限制于學(xué)校的課堂內(nèi)，教學(xué)過程中必然要遇到如何對遠程用戶進行實驗教學(xué)的問題。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的迅速發(fā)展，充分利用“軟件就是儀器的”思想，將兩者結(jié)合，通過數(shù)據(jù)交換共享建成的虛擬實驗室為以上問題的解決提供了很好的方案。

1 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的體系結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室一般采用C／S模式和B／S模式2種體系結(jié)構(gòu)。B／S模式在標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)維護、界面使用、客戶端要求、靈活性以及儀器的安全性等方面都比C／S模式具有更好的優(yōu)越性，故該系統(tǒng)采用B／S模式構(gòu)建。結(jié)構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)采用基于B／S模式的客戶端、Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和應(yīng)用程序服務(wù)器的三層次結(jié)構(gòu)，具有良好的適應(yīng)性及擴展性。在遠程實驗操作中使用虛擬儀器應(yīng)用程序，只需配備支持ActiveX的瀏覽器就可通過Internet登陸虛擬實驗室網(wǎng)站，向Web服務(wù)器提出實驗請求，并進行相關(guān)實驗操作。登陸網(wǎng)站以后，瀏覽器會根據(jù)實驗需要，從Web服務(wù)器中自動載入包含了虛擬儀器模塊的實驗網(wǎng)頁，這樣用戶不需要安裝任何專業(yè)軟件就可以進行實驗，從而使客戶端的需求降到最低。
Web服務(wù)器的主要任務(wù)是將虛擬實驗室以網(wǎng)站的形式發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)中，同時還為遠程實驗的安全運行提供有效的管理與用戶認證機制。遠程用戶可以用Web瀏覽器訪問此服務(wù)器，通過瀏覽器與Web服務(wù)器進行交互，按照步驟完成遠程實驗操作。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于存儲系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括實驗信息、實驗管理信息以及系統(tǒng)管理信息等。應(yīng)用程序服務(wù)器在虛擬實驗室中負責(zé)各個虛擬實驗?zāi)K的管理和調(diào)度。采用虛擬儀器語言設(shè)計的實驗?zāi)K被集成在應(yīng)用程序服務(wù)器中，接收來自Web服務(wù)器的請求并做出響應(yīng)，完成信號的生成、數(shù)據(jù)分析以及結(jié)果顯示。

2 網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室的設(shè)計
2．1 開發(fā)與使用環(huán)境
網(wǎng)絡(luò)虛擬實驗室采用DreamWeaver軟件開發(fā)，各虛擬實驗采用美國NI公司的圖形化編程語言LabVIEW設(shè)計，并生成為應(yīng)用程序?？蛻舳酥灰蠭nternet Explorer 5．0以上的瀏覽器并下載安裝NI公司免費發(fā)布的LabVIEW Run-time Engine小程序即可順利完成各類虛擬實驗。