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实验技术与管理
构建虚拟实验环境。整个虚拟实验室系统采用模块化设计，如图１所示，主要由学习模块、实验模块、安全管理模块和服务模块等组成。
图１虚拟实验室系统功能
２．１学习模块
用于网络实验教学的各个环节。通过文本、图片、音频、动画和视频等形式提供同步和异步学习。使用讨论区、白板、ＢＢＳ和电子邮件等实现疑难解答、学习交流、作业发布、实验虚拟考核等功能。
２．２实验模块
实验模块由设计连线型、分析验证型和编程仿真型实验组成，是整个系统的核心部分。系统以ＳＱＬＳｅｒｖｅｒ存放实验所需的诸如虚拟仪器、附件、工具及知识和事实等各种资源在后台运行，实验界面采用面向对象的Ｊａｖａ语言嵌入到网页中运行，以ＪＤＢＣ与后台数据库相连接，利用多媒体实现实验中产生的声光等现象。数据的计算与仿真则依靠Ｍａｔｌａｂ强大的数据分析完成。整个实验系统模型如图２所示。
掣
事实库（实验已知条件、中间量和结果）
图２实验系统模型构成
通过以上技术，解决了虚拟仪器、设备、附件、工具的调用，实验逻辑推理和判断，虚拟现实场景的构建，模拟现场音效，实验数据的分析、处理以及实现数据的存储、管理等问题。实验者可以通过网络进行模拟仿真实验、数据处理、提交电子实验报告等操作。
２．３安全管理模块
主要采用ＶＣ＋＋设计，实现服务器端系统资料备份，数据库增删加密和用户管理以及多屏监控、交流管理功能。２．４服务模块
通过ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ设计，用户可以按关键字、标题、内容描述等进行搜索查询，并提供操作帮助和打印功能。
３虚拟实验室实现方法
３．１网上发布
虚拟实验室的网络服务器采用Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００Ｓｅｒｖｅｒ操作系统，其内部包含了信息发布系统ＩＩＳ，将其安装后，即可作为服务器供外部访问。虚拟实验室的客户端开发采用ＡＳＰ及Ｊａｖａ语言编程实现，如图３所示。服务器端采用ＪａｖａＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ和ＪＮＩ实现，服务器与数据库之间利用ＡＤＯ及ＪＤＢＣ进行通信。在网页中嵌入ＪａｖａＡｐｐｌｅｔ，并以ＪＡＲ（ＪａｖａＡＲｃｈｉｖｅ）形式发行，在Ｊａｖａ虚拟机的支持下解释和执行，这样，信息与用户之间就由显示和浏览的关系转变为一种实时的、动态的交互关系Ｅ４３。
３．２实验程序设计
实验程序设计分为２个部分：
第一部分是虚拟仪器形体模型设计。在Ｊａｖａ中，ＪＡＶＡＡＭＴ和ＳＷＩＮＧ提供了强大的图形设计功能，如ＢＵＴＴＯＮ（按钮）、ＪＤＩＡＬＯＧ（对话框）等，将仪器外观利用数码设备导入到计算机，利用ＰＯＴＯＳＨＯＰ、ＦＬＡＳＨ等软件进行处理，最后保存成＊．ｇｉｆ图形文件供Ｊａｖａ调用。
第二部分是实现具体的算法。在这一部分中，充分利用Ｊａｖａ面向对象这一特点，将真实实验中每一个独立的元件抽象为一个对象，对象作为独立的主体，包含了自身所有的信息，比如元器件的初始状态、响应鼠标点击的方法、与实验平台沟通的接口等。而对象内部状态对其他对象都是隐蔽的，即所谓的封装。对象之间消息传递通过接口进行联系。另外通过继承，只需变更少量的代码，进行必要的扩展，即可产生新的对象。对象又由变量和方法组成，在虚拟实验中用到的变量一般有：物理变量、控制变量、同步显示变量；基本方法一般有：构造方法、外观绘制方法、消息相应方法、外部方法及其他辅助方法。此外，Ｊａｖａ和Ｍａｔｌａｂ间具有良好的接口，通过在Ｊａｖａ中调用Ｍａｔｌａｂ可以实现学员的自主设计实验。
４虚拟实验实例
设计连线型实验在机电一体化实验中占有较大的比例，本文以此类实验为例，介绍具体的开发过程。
设计连线型实验由学员选择实验设备，自主设计完成，具有很大的自主性，实验中虚拟仪器、配件、工具
的调用及实验逻辑的推理判断，实验数据分析处理和
张春平。等：基于网络的机电一体化虚拟实验室设计与实现
１６ｌ图３虚拟实验室主界面
试验结果的存储与管理，可以通过面向对象编程、虚拟建模等技术实现。
４．１虚拟仪器定义
虚拟仪器在仪器库中需对外形图和功能进行定义，才能很好地使用。
仪器外形图定义：外形图定义主要包括仪器主体名称、配件、输入和输出节点等。定义格式如下：
ＺＴ：：＝（Ｎａｍｅ，Ｐｊｂｚ，Ｚｉｎｐｕｔｐｏｒｔ。Ｚｏｕｔｐｕｔｐｏｒｔ）
Ｚｉｎｐｕｔｐｏｒｔ：：一（Ｚｉｎｐｕｔｌ，ｚｉｎｐｕｔ２…ｉ）
Ｚｏｕｔｐｕｔｐｏｒｔ：：＝（Ｚｏｕｔｐｕｔｌ，ｚｏｕｔｐｕｔ２…ｉ）
Ｎａｍｅ：主体名称；Ｐｊｂｚ：所带配件，“１”表示有配件．“０”表示无配件；Ｚｉｎｐｕｔｐｏｒｔ：输入节点；Ｚｏｕｔｐｕｔｐｏｒｔ：输出节点。
仪器功能定义：每一种仪器具有它独有的功能，条件不同，其体现的功能有所不同。仪器功能定义主要包括仪器名称、条件和相应输出结果等，其定义格式如下：
Ｇｌ：：＝（Ｎａｍｅｌ，ｔｊ，ｊｇｂｓ）
Ｔｊ：：＝（＜条件ｉ＞）
Ｊｇｂｓ：：＝（＜条件ｉ，结果ｉ＞）
Ｎａｍｅｌ：：＝仪器名称；＜条件Ｉ，结果ｉ＞：该仪器满足“条件ｉ”所产生的“结果ｉ”。
４．２其他资源定义
其他资源包含知识、工具、配件和事实等，定义格式分别如下：
知识：ＺＳ（实验名称，仪器名称。操作规则。结果．结果演示）；
工具：ＧＪ（工具名称。使用仪器，使用方法，工具图形名
称）；
配件：ＰＪ（配件名称．输入节点，输出节点，在主体中的装配位置）；
事实：ＳＳ（已知条件，中间量，最后结果），其中，已知条件＝（＜已知条件１，已知条件２…＞），中间量一（＜条件１，结果１＞＜条件２，结果２＞…）
４．３程序流程
在资源定义的基础上，设计相应的资源程序模块和系统主程序。系统主程序调用各资源程序模块，并对实验结果进行处理等。程序流程图如图４所示。
圈４程序流程图
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