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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于LabVIEW的多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品以LabVIEW軟件為開發(fā)環(huán)境，利用WEB網(wǎng)頁技術(shù)和TCP/IP、UDP等相關(guān)技術(shù)，開發(fā)能應(yīng)用于測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理、故障診斷、工程機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)等課程的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，為遠(yuǎn)程多終端實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)交流提供了高效的平臺(tái)。
- 詳細(xì)介紹：
- 1 設(shè)計(jì)背景 目前的高等教育中，越來越強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)教育成為理工科教育的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。然而，隨著各學(xué)科實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和學(xué)生人數(shù)的增多，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量很難滿足學(xué)生的需求。因此，遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室作為一種有效的解決方案應(yīng)運(yùn)而生，并且成為高等教育實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的發(fā)展趨勢(shì)之一。 2 LabVIEW簡(jiǎn)介 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國NI（National Instrument）公司推出的一種基于G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。經(jīng)過近30的發(fā)展，它已經(jīng)廣泛的用在了工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，并被學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受。LabVIEW包括前面板和程序框體兩部分。前面板用于放置輸入和顯示控件，是和用戶交互的界面，程序框圖則是編寫程序代碼的地方。用LabVIEW編程，界面非常直觀形象，都是工程師們熟悉的旋鈕、開關(guān)、圖形等，因此LabVIEW對(duì)于沒有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的工程師們來說無疑是個(gè)極好的選擇。另外，LabVIEW也擁有大量由NI公司或第三方公司提供的非常實(shí)用的支持軟件如：Application Builder（用于將用戶的VI程序生成可執(zhí)行文件）、SQLToolkt（用于將LabVIEW程序與本地或遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫相連），也可調(diào)用其它軟件（如Matlab）等。 3 遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室方案描述 本遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)部分：基于Client/Server模式的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室和基于B/S模式的網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室。 Client/Server模式是遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)中一種比較成熟的解決方案。在網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，一臺(tái)計(jì)算機(jī)既充當(dāng)Server角色，同時(shí)，有作為一個(gè)Client，多臺(tái)計(jì)算機(jī)執(zhí)行不同的功能，如數(shù)據(jù)的采集、分析處理和保存等，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程測(cè)控和處理。 B/S結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一種“瘦客戶/胖服務(wù)器”瀏覽模式。客戶機(jī)無需安裝復(fù)雜的客戶軟件，只要有瀏覽器即可，主要的應(yīng)用程序在服務(wù)器上。這種結(jié)構(gòu)把虛擬儀器的前面板移植到Web頁面上，通過Web服務(wù)器處理相關(guān)的操作要求。 通過大量的實(shí)驗(yàn)和對(duì)目前遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)的參考，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選定用B/S模式進(jìn)行構(gòu)建。對(duì)于教學(xué)系統(tǒng)中關(guān)于簡(jiǎn)單定理公式和相關(guān)儀器的處理使用圖形驗(yàn)證，將這些程序嵌入到Web網(wǎng)頁中以便學(xué)生隨時(shí)學(xué)習(xí)，方便快捷，這樣可以讓學(xué)生更直觀跟明了的理解和掌握相關(guān)變換和儀器的變化過程。對(duì)于遠(yuǎn)程采集模塊則使用Web網(wǎng)頁下載程序的形式將軟件下載到本地機(jī)上進(jìn)行運(yùn)行實(shí)現(xiàn)客戶機(jī)和服務(wù)器通過TCP和UDP的通信。 經(jīng)過分析比較綜合上述兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)條件的不同最終選擇兩種方案相結(jié)合的方式來完成本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì),其中以C/S模式為主要設(shè)計(jì)方案，B/S為輔助設(shè)計(jì)方案。 4 功能論述 4、1 LabVIEW網(wǎng)頁發(fā)布實(shí)驗(yàn)（B/S模式） 為了能滿足學(xué)生在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上直接對(duì)本地的VI程序面板進(jìn)行瀏覽或操作，可以利用LabVIEW提供的Web服務(wù)器技術(shù)實(shí)現(xiàn)這一目的。通過使用本地的Web服務(wù)器，用戶可以不需要任何編程就可以在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上通過網(wǎng)頁或是LabVIEW連接本地的VI前面板，本地VI前面板會(huì)原封不動(dòng)的呈現(xiàn)在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)的屏幕上。LabVIEW中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程面板連接僅需要兩個(gè)非常簡(jiǎn)單的步驟： （1）在服務(wù)器端配置并啟動(dòng)LabVIEW Web服務(wù)器。 （2）在客戶端通過網(wǎng)頁或LabVIEW Run-Time引擎連接遠(yuǎn)程面板 4、2 LabVIEW客戶機(jī)遠(yuǎn)程采集實(shí)驗(yàn)（C/S模式） 網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)是基于Web的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由于因特網(wǎng)采用通用的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，而且是一個(gè)全球范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)，因此用因特網(wǎng)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的周期、難度和費(fèi)用都大大低于現(xiàn)場(chǎng)總線局域網(wǎng)與VXI總線系統(tǒng)專用網(wǎng)，這給遠(yuǎn)程測(cè)控用的網(wǎng)絡(luò)化虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的發(fā)展注入了新的活力。因此因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的技術(shù)基礎(chǔ)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速普及，奠定了儀器網(wǎng)絡(luò)化的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)的形成勢(shì)必成為校園網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)的一個(gè)重要組成部分。虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW作為一個(gè)優(yōu)秀的開發(fā)平臺(tái)，為構(gòu)建基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，提供了多種功能強(qiáng)大的工具和方便靈活的方法。LabVIEW支持TCP/IP協(xié)議、UDP協(xié)議，而且NI公司還開發(fā)了一種DataSocket技術(shù)，大大簡(jiǎn)化甚至免除了網(wǎng)絡(luò)通信編程。另外，LabVIEW還具有遠(yuǎn)程面板訪問（Remote Pannel）技術(shù)、RDA技術(shù)、VISever技術(shù)和瀏覽器方式等，這些技術(shù)都能實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)化。 5 設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn) （1）軟件代替硬件，實(shí)現(xiàn)硬件共享。 （2）創(chuàng)造性的實(shí)現(xiàn)了利用有限教學(xué)資源，達(dá)到最大教學(xué)成果的目的。 對(duì)于理工科院校的學(xué)生來說，實(shí)驗(yàn)是必不可少的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。但是，由于教育資源有限，學(xué)生人數(shù)增多等原因，實(shí)驗(yàn)室并不能滿足學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的要求。本遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布，達(dá)到了教育資源的共享，有效的緩解了這一矛盾。 （3）搭建了可擴(kuò)展的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。 基于LabVIEW的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)不僅可以進(jìn)行信號(hào)處理、測(cè)控、故障診斷、工程機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)等領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，而且可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要，隨時(shí)更改實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)其他領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使本設(shè)計(jì)具有更新速度快，擴(kuò)展性強(qiáng)的特點(diǎn)。 （4）為實(shí)驗(yàn)延伸到工程應(yīng)用領(lǐng)域提供了可能。 本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)框架，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集、傳輸與處理，為其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用提供了依據(jù)。比如，針對(duì)某一大型的柴油機(jī)，由于其體積大，移動(dòng)不便等原因，別的地方的工程技術(shù)人員想對(duì)其進(jìn)行故障分析和診斷，就是一件非常難的事情。但是，通過本平臺(tái)，本地的技術(shù)人員可以實(shí)時(shí)的把對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行的診斷工作和數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，別的地方的技術(shù)人員通過遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，就可實(shí)現(xiàn)診斷數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程共享和實(shí)驗(yàn)的遠(yuǎn)程進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了工程中遠(yuǎn)程故障診斷。 6 總結(jié) （1）本設(shè)計(jì)在廣泛查閱國內(nèi)外有關(guān)資料的基礎(chǔ)上，以高等學(xué)校遠(yuǎn)程用于測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理、故障診斷、工程機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)等課程實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象，以轉(zhuǎn)子臺(tái)、傳感器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)為硬件基礎(chǔ)，在LabVIEW 2010開發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行測(cè)試技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Labview的多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)集成兩種遠(yuǎn)程訪問方法、進(jìn)行多種數(shù)據(jù)采集測(cè)量，本系統(tǒng)具有構(gòu)建周期短、調(diào)試維護(hù)方便、通用性強(qiáng)、性價(jià)比高、界面美觀、操作簡(jiǎn)便、易于擴(kuò)展等特點(diǎn)。 （2）遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)相當(dāng)廣泛而且非常實(shí)用的課題，在國內(nèi)很多著名高校中也有很成功的開發(fā)實(shí)例，該課題涉及的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的形式、方法以及數(shù)據(jù)傳遞的模式非常豐富和深邃，本設(shè)計(jì)只是進(jìn)行了初步探討，因此該系統(tǒng)還用進(jìn)一步的改進(jìn)和完善空間。 參考文獻(xiàn) [1]陳錫輝，張銀紅.LABVIEW8.20程序設(shè)計(jì)從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.7 [2]戴鵬飛，王勝開，王格芳，馬欣.測(cè)試工程與LABVEIW應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006：64-77 [3]路林吉，等.虛擬儀器的應(yīng)用[M].電子技術(shù)，2006：40-46 [4]李旭軍，莫漢初，洪耀?；诰W(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[J].測(cè)試技術(shù).2009.7：61-63 [5]呂紅英，吳先球，葉穗紅，王鑫，陳俊芳. 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作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)發(fā)明的目的：1、以LabVIEW軟件為開發(fā)環(huán)境，開發(fā)能應(yīng)用于測(cè)試技術(shù)、信號(hào)處理、故障診斷、工程機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)等課程的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，為遠(yuǎn)程多終端實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)交流提供了高效的平臺(tái)；同時(shí)為工程中現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程分析處理提供了途徑。2、給傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式帶來巨大的變化，使教師和學(xué)生能夠集中精力和時(shí)間用于實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行、數(shù)據(jù)的分析及結(jié)論的總結(jié)上，而不必將大量時(shí)間花在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的搭建上。3、提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性，克服了實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、儀器數(shù)量等對(duì)學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的限制。4、多數(shù)高等院校實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限、學(xué)生人數(shù)增多，本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的共享，合理的配置了教育資源，解決了資金投入與人才培養(yǎng)之間的矛盾。 創(chuàng)新點(diǎn)：1、軟件代替硬件。2、實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的共享。3、構(gòu)建了富有擴(kuò)展性的教學(xué)框架4、為工程測(cè)試數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程分析提供了途徑。 技術(shù)關(guān)鍵：利用WEB網(wǎng)頁技術(shù)和TCP/IP、UDP等相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布；結(jié)合信號(hào)分析技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)開發(fā)出基于LabVIEW的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。 主要技術(shù)指標(biāo)：1、本多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室能夠滿足多種課程的實(shí)驗(yàn)要求，富有擴(kuò)展性。2、本遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室能應(yīng)用于實(shí)際工程領(lǐng)域中，通過此平臺(tái)，工程技術(shù)人員可以方便快速的實(shí)現(xiàn)工程中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和分析處理。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品通過編寫labVIEW可視化的程序，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信互聯(lián)技術(shù)成功地搭建了多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，為實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)交流提供了高效的平臺(tái)。其突出的特點(diǎn)和進(jìn)步如下： 1，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的共享，合理的配置了教育資源，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性。 2，本作品利用軟件代替硬件，降低了教學(xué)成本，有助于將其大范圍推廣。同時(shí)為工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程分析提供了途徑。 3，使用LabVIEW開發(fā)多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方便快捷，不需要很深的軟件編程能力，可以把主要精力放在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)上來。 參考文獻(xiàn)： [1] NI高校技術(shù)市場(chǎng)部. 基于LabVIEW構(gòu)建遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室技術(shù)指導(dǎo)書.2009.7 [2]李旭軍，莫漢初，洪耀.基于網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建[J].測(cè)試技術(shù).2009.7：61-63 [3]杜玉玲，文西芹.基于B/S模式的遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室的開發(fā)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)2004：57—59
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- （ D ）A實(shí)驗(yàn)室階段 B中試階段 C生產(chǎn)階段 D 應(yīng)用階段 （自填）
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實(shí)物、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說明： 用戶只需通過網(wǎng)絡(luò)訪問遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)即可。平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)具有兩種訪問模式：B/S模式和C/S模式，用戶可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)選擇不同的模式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。另外，用戶還可以根據(jù)自己的學(xué)科方向選擇不同的學(xué)科實(shí)驗(yàn)。 作品的技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 1、多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室，為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)術(shù)交流提供了平臺(tái)。達(dá)到了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)資源的共享，合理的配置了教學(xué)資源的目的。 2、利用軟件代替硬件，構(gòu)建了富有擴(kuò)展性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)框架，實(shí)現(xiàn)了不同的遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)搭建，具有很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)適用性和擴(kuò)展性。可以根據(jù)不同課程的要求，搭建不同的教學(xué)平臺(tái)，完成不同學(xué)科的實(shí)驗(yàn)。 3、為工程應(yīng)用中現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和分析處理提供了可行性，具有很大的實(shí)用價(jià)值。 推廣前景： 對(duì)于一般的高等院校由于其實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，學(xué)生數(shù)量增多，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量不易保證，本平臺(tái)克服了這方面的不足，可以在各個(gè)兄弟院校做大范圍推廣。
同類課題研究水平概述
- 隨著虛擬儀器技術(shù)向網(wǎng)絡(luò)方向不斷發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多終端遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室不僅為遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)和學(xué)術(shù)交流提供了高效的平臺(tái)，也給傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和學(xué)生的學(xué)習(xí)方式帶來巨大的變化，同時(shí)可以大大提高實(shí)驗(yàn)效率，使教師和學(xué)生能夠集中精力和時(shí)間用于實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行、數(shù)據(jù)的分析及結(jié)論的總結(jié)上，而不必將大量時(shí)間花在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備的搭建上。 虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（NI）率先提出的一個(gè)創(chuàng)新理念，它是計(jì)算機(jī)和儀器儀表的完美結(jié)合，美國高校的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有很成功的先例，比如斯坦福大學(xué)的Cyberlab 是一個(gè)遠(yuǎn)程的光學(xué)實(shí)驗(yàn)室就是一個(gè)非常有名的例子，在國外大學(xué)里基于labVIEW的實(shí)驗(yàn)室屢見不鮮。 目前，中國已有超過70 所高校建立了以NI 公司軟硬件為基礎(chǔ)的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室，其中包括清華、北大、上交大、等多所國內(nèi)一流院校。每年有超過30000 名學(xué)生在學(xué)習(xí)LabVIEW 軟件以及虛擬儀器課程。 基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)是今后高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展的方向，同時(shí)也為工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程分析與診斷提供了技術(shù)方向，具有很大發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用價(jià)值。
