网络虚拟电子实验室的设计与实现

基于LabVIEW的网络虚拟实验室设计作者：张明,姜峥嵘来源：《现代电子技术》2010年第16期摘要:实验在普通高等教育中占有非常重要的地位。

为了使实验的设计分析过程得以在计算机上轻松、准确、快捷地完成,提出了以虚拟测试系统的数学模型为基础,采用LabVIEW应用程序开发环境对本地仪器进行控制,并通过GPIB接口将可程控仪器连接到计算机上。

在Web 服务器端和LabVIEW应用程序之间,采用双客户端/服务器结构实现它们之间的通信,实现了通过Intemet进行实验仪器操作的模拟和测量。

关键词:虚拟实验室; 网络化实验室; LabVIEW; GPIB中图分类号文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)16-0178-03Design of Network Virtual Laboratory Based on LabVIEWZHANG Ming1, JIANG Zheng-rong2(1. Daqing Petroleum University, Daqing 163318, China; 2. Institute of Storage and Transportation Sales Company, Daqing 163001, China)Abstract: Experiment plays a very important part in ragular higher education. Based on the mathematical model of the virtual test system, LabVIEW application development environment is adopted to control the local instrument to make the design and analysis process of experiment easy, accurate and quick on computer, and connect the numerically-controlled instrument to the computer via GPIB interface. The dual client/server architecture is employed to implement the communication between Web server and LabVIEW application program. The simulation and detection of the experimental instrument operation are achieved via Internet.Keywords: virtual lab; networked laboratory; LabVIEW; GPIB0 引言随着招生规模的不断扩大,国内普通高等院校实验设备往往比较陈旧,不能及时更新,从而无法跟上教育的飞速发展。

学校网络实验室建设方案2014年12月目录1、网络实训室建设背景 (2)1。

1网络安全概述 (2)1。

2不同应用环境的网络安全及特点 (2)1。

3网络安全实训室建设的意义 (2)1。

4通信网络实验室解决方案 (4)1.5网络实训室建设和选型原则 (4)1.6 IToIP网络实训室总体解决方案 (6)1.7网络实训室建设方案 (7)2、网络实训室的课程体系 (8)2。

1网络基础架构 (8)2.2.网络安全 (9)2.3。

WLAN (13)3、网络实训室的管理 (14)3.1实验管理系统综述 (14)3。

2实验室平台管理 (15)3.2.1设备管理控制台（DMC）概述 (15)3.2.2设备管理控制台的主要功能 (15)3.2。

3DMC的优点 (16)3.3业务管理 (16)4、校企合作 (18)4。

1实验教材 (18)4。

1.1标准化教材 (18)4.1。

2定制化教材 (19)4。

2 师资培训 (20)4。

3 新技术、新应用定期交流 (20)4.4 实验室设备维护服务 (20)4。

5 共建授权培训中心 (21)5、网络实验室方案特点 (23)5。

1 产品和技术符合行业发展趋势 (23)5。

2 涵盖IP所有技术领域的网络技术实训方案 (24)5.3 市场、品牌优势 (24)5。

4人才联盟 (25)5.5 完善的培训认证体系 (25)5。

6 远程开放式实训室 (26)附录一：应用案例..................................................... 错误!未定义书签。

附录二：网络实训室用户部分名单......................... 错误!未定义书签。

1、概述1.1建设背景随着信息技术的迅速发展,网络技术已经渗透到社会生活的各个层面，社会对计算机网络技术人才的需求量与日俱增，因此培养具备网络设备配置、管理维护、安全管理能力的人才成为计算机专业的一项重要任务。

电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering电子技术Electronic Technology基于MATLAB的电力电子技术虚拟实验仿真平台的设计张岩贾小龙（宁夏理工学院宁夏回族自治区石嘴山市753000）摘要：本文在MATLAB的基础上，利用现代仿真技术对电力电子变换器电路进行了SIMULINK仿真，完成了借助于图形用户界面GUI 功能的虚拟实验平台的搭建，达到了基本的实验要求。

关键词：MATLAB;电力电子技术；仿真模型；GUI1背景传统高校实验室所占实验经费比例大，软硬件设备一般比较昂贵的，容量有限且电气信息类技术更新非常快，要建立非常完备且与时俱进的实验教学环境是很困难的。

虚拟仿真实验既节省了资金，又可突破传统实验室在硬件设备上的限制，缓解了实验经费不足与实验人数过多的矛盾，突破了时空的局限，优化了教育资源，提高了学习兴趣和效率，真正实现理论教学与实验教学的结合。

因此，虚拟实验室的研究对于现代远程教学和高等院校的实验教学、课堂教学都很有意义。

2虚拟实验平台的国内外研究现状近年来计算机技术的发展为虚拟仿真实验平台开发提供了技术支持，已有很多高校和企业着手研究虚拟实验仿真平台。

例如：美国卡耐基梅隆大学早期开发的虚拟实验平台，他们的技术方案是通过计算机所搭建出来的函数发生器、示波器等实验硬件设备连接到Internet上，学生或其他用户可以通过上网然后网络远程连接并加以使用。

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）,该院校着手项目的主要是为了建设众多学科科目的虚拟实验平台，此项目是同微软公司通力合作开发出来的I-Lab,设计出来的平台可以用来研究基于虚拟现实的科学技术与电气工程的创新型教育体系。

目前国内的一些高等院校逐渐设计出了自己的虚拟实验平台。

中国科学技术大学早期设计的物理虚拟实验平台是把实验运用在教学的演示和简单物理实验这些问题上，此设计是国内第一套有推广价值的实验教学平台。

基于LabVIEW的虚拟电子实验设备设计摘要：运用虚拟仪器代替传统仪器，不但能满足电子类实验教学的需要，而且大大提高设备利用率实现资源共享，降低实验室建设成本。

该文采用模块化的设计思想，描述了基于labview开发平台设计虚拟信号发生器、虚拟示波器等电子类实验常用仪器设备的设计方法。

通过实践证明，虚拟电子实验设备有效提高了实验教学质量和教学效果，同时该文对虚拟仪器的开发有一定的参考价值。

关键词： labview；虚拟仪器；实验教学中图分类号：tp391 文献标识码：a 文章编号：1009-3044（2013）07-1601-04实验教学是电子类教学课程的一个重要环节，是高等教育教学改革的重要内容。

尤其是电子类的工科院校，电子实验教学在开展素质教育、培养学生综合应用能力等方面有着举足轻重的地位。

随着高校招生规模的不断扩大，学生人数的增加与实验场地和仪器设备套数的局限形成了日益鲜明的矛盾。

另外，知识的推陈出新和电子技术的日新月异，使得部分实验设备已不再适应现代教学大纲的要求，实验室改造、扩建以及仪器设备更新换代的迫切要求与教学经费捉襟见肘的矛盾日益突出。

虚拟仪器技术的出现和发展给电子仪器行业带来了一场变革，其核心思想为“软件就是仪器”，即仪器的功能和可动态操作的图形化的仪器界面由虚拟仪器开发软件来设计实现。

利用计算机软件技术发展的成就，以软件仿真的形式设计制作各类电子实验课件，把部分知识性、理解性的实验教学内容在计算机上完成。

从真实性上讲，计算机屏幕上显示的是真实的仪器设备和实验场景；从可操作性上讲，仪器的控件可以动态地调节，数据、波形可以动态地显示。

不仅可以缓解实验场地、仪器设备紧张的矛盾，大大减轻传统实验教学的负担，而且软件的制作、维护和更新要比硬件设备容易得多，成本也低得多。

1 系统总体设计1.1 技术指标在众仪器中，尤其以示波器和信号发生器最为常用，特别是示波器的使用，直接影响学生的实验效果。

电子技术虚拟实验网络教学初探[摘要]电子技术实验是一门理论与实践相结合的专业基础课，本文分析了目前电子技术传统实验教学在教学模式、教学资源管理等方面存在的不足，并因此提出了在计算机虚拟仿真技术和互联网络高速发展的时代背景下，对电子技术虚拟实验网络教学的应用进行了探索。

[关键词]电子技术实验实验教学改革虚拟实验网络教学一、引言实验教学是高等院校培养高素质合格人才的重要手段，它有助于巩固和加深学生对理论知识的理解，培养学生严谨的科学思维能力和创新精神，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

电子技术实验作为高等院校实验教学必不可少的一部分，它也是电子技术基础课程的重要组成部分，是一门理论与实践相结合的涵盖计算机专业、电子电气专业、光信专业、机械专业、物理专业等专业的基础必修课。

本文分析了目前电子技术传统实验教学在教学模式、教学资源管理等方面存在的不足，并因此提出了在计算机虚拟仿真技术和互联网络高速发展的时代背景下，对电子技术虚拟实验网络教学的应用进行了探索。

二、传统电子技术实验教学模式的不足传统的电子技术教学模式一般是：理论讲述——实验操作——实验验证理论。

显然，传统的电子技术实验项目主要是验证性实验，而综合性实验和设计性实验比较少。

这样就导致学生自主设计电子电路的机会就少，从而束缚了学生对电子电路的思维和设计能力的发展。

在传统实验教学中，实验环境和实验内容都是根据实验教学大纲统一由老师安排，实验所需的元器件也是由所承担实验的相关实验室统一提供。

实验前，实验老师准备好实验设备，实验所需元器件，甚至对实验步骤和实验注意事项进行详细讲解，然后，学生按部就班地完成老师规定的实验内容，最后，学生再按老师的要求处理好实验数据，完成实验报告。

这种传统的实验教学模式大大降低了实验本身的地位，同时，在某种程度上也限制了学生自主学习及创新能力的发展。

电子技术实验最主要的目的是训练学生对电子电路的分析能力和设计能力，培养学生的实践和创新能力。

虚拟实验室软件设计说明书版本：V1.0目录1．虚拟实验室软件概述 (3)1.1虚拟实验室软件功能介绍 (3)1.2虚拟实验室系统设计指标 (3)2．虚拟实验室系统设计方案 (3)3．虚拟实验室软件设计 (4)3.1软件概述 (4)3.2软件程序设计 (5)3.3系统程序结构 (5)3.4虚拟实验室软件通信协议 (7)4．虚拟实验室硬件设计 (8)4.1硬件主控器 (9)1．虚拟实验室软件概述1.1虚拟实验室软件功能介绍虚拟实验室是一种电子类模拟仿真实验，本设计使用电脑与WIFI相结合的方式，使用计算机的3D绘图软件来建立仪器模型，然后导入unity3当中建立虚拟实验场景，通过电脑操作与单片机进行无线通讯进行全方位的模型展示。

学生通过打开软件进入虚拟页面，然后准备好硬件，一切准备就绪，就可以进行仿真实验。

1.2虚拟实验室计指标（1）利用Solidworks对教学仪器进行建模，将建模的图形导入3Dmax进行图像渲染，最后将渲染好的3D图形导入Unity3D中然后在unity中进行场景编程。

（2）使用unity3d软件与下位机进行通讯，获得接口的电平数据。

（3）将下位机的发送的数据进行处理，并控制虚拟的教仪模型进行相关的控制。

（4）下位机使用STM32实现对接口电平的实时准确的采集，并且能够实现对电压电流等模拟量的AD转换并发送给上位机。

2．虚拟实验室设计方案虚拟实验室软件以unity3D为基础的开发的学习软件，通过ARM Cortex-3 架构的STM32F103C8T6 为核心组成控制端主机单元，配置7寸液晶触摸屏，用于进行软件与硬件的WIFI串口通讯。

从而达到以下学习目的：（1）帮助学习stm32单片机以及单片机串口通讯的目的。

（2）学会在以unity3d为开发平台的基础上用C#来编写虚拟实验室软件。

（3）学会用UG或者Solidworks或者3dmax绘图软件来进行建立虚拟模型。

3．虚拟实验室设计3.1 软件概述虚拟实验室软件主要针对unity3D为基础用c#编写程序，服务器数据交互主要使用Java语言进行服务器的搭建，通过硬件端连接服务器使其可以通过无线进行数据交互。

计算机组成原理虚拟实验环境设计及实现的探讨作者：郭文慧来源：《消费电子·理论版》2013年第12期摘要：本文对计算机组成原理虚拟实验环境的构建进行了初步的探讨。

从建立虚拟实验室着手，介绍了虚拟实验室的设计目标和设计流程，以及运用Microsoft Visual C+6.0、OpenGL、SQL Server2000对计算机组成原理虚拟实验环境进行实现。

关键词：虚拟实验室；设计；实现中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01《计算机组成原理》这门课程是一门抽象和不易理解的课程。

这门课程开设的目的是让计算机专业的学生更好地理解计算机是如何工作的原理，帮助学生梳理清楚这方面的基础知识，以方便进一步开展之后的学习。

为了帮助学生学习好这门软硬件都涉及的综合性课程，实践的运用就显得非常重要。

但是，由于客观因素例如高校学生人数日渐增多，实验设备、场地、经费的相对落后和不足，使得传统依靠计算机组成原理实验箱来模拟计算机某些组成部分运行的实践教学方式受到了一定程度的影响。

不可否认，尽管以往的传统实践教学可以起到加深学生对课程理解的作用，但具有一定的局限性。

因此，虚拟实验室的引入就显得尤为重要，它的节约资源，降低成本，共享便利、使用高效等多方面优势有效改进传统实践教学中的不足，不仅从各方面降低了高校进行实验教学的成本负担，学生也可以在较短的时间内消化掉比较多的知识，并将其运用从而更好地提升学生学习效果，增强学生的创新能力。

一、对虚拟实验室的认识虚拟实验室这一概念是用来描述计算机网络化的虚拟实验室环境，最早是由美国教授William Wulf提出的。

它追求的其实是构建一个融合了不同工具和技术的电子化、网络化的科学研究和集合实验的环境。

在这样的环境下，人们通常可以跨越地理位置的限制，有效利用不同领域、不同层面的丰富资源，来完成自己的科学实验或研究活动。

Experience Exchange经验交流DCW271数字通信世界2021.010 引言物联网虚拟仿真类实验教学系统培养大学生创造性思维、网络编程能力和虚拟仿真设计能力。

在国家开展仿真实验室建设条件下，我们提出物联网虚拟仿真类实验教学项目开发，进而建设相关的实验室，将其作用于信息类相关专业的实训过程，对学生物联网设计和虚拟仿真设计起到积极的促进作用，同时也可以让学生更好地获知物联网相关信息、在适当的时机和环境中投入信息技术的应用与实践，拓展就业渠道和相关研究领域。

基于物联网虚拟仿真类实验教学项目的实验套件开发不仅能够为信息类专业的特色和专业方向服务，而且还可以将其与课程教学相结合，提高学生的学习兴趣。

其中，基于物联网虚拟仿真类实验教学项目的实验套件开发可以利用传感器与自动识别设备实现数字媒体信息的采集，并结合ARM 、单片机、树莓派等控制系统和数据处理系统，进行电机、舵机的控制，把数据与局域网和互联网建立数字信息传输的实际实验，同时开发虚拟超市售货系统、虚拟老人看护系统、虚拟智能家居系统等虚拟实验，培养了学生的数字媒体信息处理与传输技术应用能力；增强了学生对虚拟现实技术的应用能力；提高了学生软件技术开发能力；同时进一步加强以ARM 为主体，传感器和网络技术为辅助的物联网教学内容。

该实验系统把物联网器件与半实物和VR 设备相连，更好的建立虚拟物联网仿真系统。

此外，该实验系统可应用于大学生创新创业大赛和实验室开放管理等系统。

1 物联网虚拟仿真类实验在教学中应用物联网虚拟仿真类实验教学项目的实验套件可以综合《单片机程序设计》、《嵌入式程序设计》、《虚拟现实技术》、《传感器技术》和毕业设计等课程内容，一方面提高学生的理论学习兴趣，加深课程理解，另一方面提高学生的实践和应用能力。

物联网虚拟仿真类实验教学适用于多个专业。

信息类的专业课程都与专业方向综合实训相连，把物联网实验套件应用到专业方向综合实训，不但可以增加课程设计的教学内容，而且还可以创新性实验的开设。