课题名称

基于LabVIEW的网络虚拟测控实验系统设计

课题来源

本科毕业设计

课题类型

BY

导师

学生姓名

学号

专业

自动化

选题意义：

随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经突破传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用已经发生了质的变化。在这种背景下，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，简称NI）在20世纪80年代最早提出虚拟仪器（Virtual Instrument，简称ＶＩ）的概念。虚拟仪器这种计算机操纵的模块化仪器系统在世界范围内得到了广泛的认同和应用，国内近几年的应用需求急剧高涨。因此，虚拟仪器的产生是测控领域的一次革命。

课题背景：

虚拟仪器实验教学中的应用。实验教学是许多专业必须进行的一项教学活动。掌握测量仪器和设备的操作使用方法是每个学生进行科学实验基本前提。传统的教学方法是让学生在教师的指导下进行实际的操作使用，随之而来的问题是教师的工作量很大而很难对所有学生进行指导，既影响教学效果又容易造成仪器损坏。运用CAI教学软件辅助实验教学，能较好克服存在的部分困难。但是，由于电子技术实验教学方面的CAl软件还很少，而且功能不强，交互性、操作 性和界面的真实程度较差，适应范围窄，在一定程度上限制了教师和学生使用的积极性。   如果用虚拟仪器开发平台如 LabWindows开发各种不带相关功能硬件的“虚拟仪器”(真正的虚拟仪器是由计算机、软件、功能硬件组成的，为了与之区分，故用引号)，不但简单易行，且交互性、可操作性和真实感与实际的虚拟仪器基本相同。由它们组成一个个虚拟实验室，让学生先在虚拟实验室通过对“虚拟仪器”的模拟操作使用，全面了解和掌握各种虚拟仪器的使用方法和操作要点，为实际使用虚拟仪器设备和传统的实验仪器设备打下较好的基础，既可降低教师的劳动强度，减少仪器设备的损坏，又可以提高实验教学质量与效果。以仪器的学习与使用的实验教学为例，根据实际使用的虚拟仪器设备，将各种虚拟仪器及工作原理、操作使用方法设计成独立的教学模块，共同组建一个基于网络的虚拟实验室。

课题研究的现状及发展趋势：

虚拟仪器技术经过十几年发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台图形化和硬件模块的即插即用方向前进，以开放式模块化仪器标准为基础的虚拟仪器标准正日趋完善，加上计算机技术和网络技术的迅猛发展，建立在虚拟仪器技术上的各种功能强大、性能优良的先进仪器将层出不穷，价格也会越来越低，使用虚拟仪器进行研究、设计、测试将成为一种趋势，同样，虚拟仪器及技术也将成为学校未来教学科研的重要方法和手段，特别是在理工科学校其应用前景非常广阔。

美国的John C. Waller和Natalie Foster用屏幕拷贝监视器显示的方法设计了一个虚拟的气相色谱质谱仪(GC-MS)。学生可以在Web上使用这个虚拟仪器，从而可以较快地掌握这种复杂仪器的使用方法，而真实的仪器则能被用来进行更有价值的实验和获取数据。

澳大利亚RMIT大学的John Ball和Kate Patrick设计的虚拟实验用于进行热传递过程的教学，可以帮助学生快速地掌握这个抽象的概念。这个虚拟实验采用传统的预测—观察—解释的教学方法，一方面可以让学生以实验的方式来描述和测试他们自己对热传递的期望，另一方面也可以让老师更清楚地了解到学生面临的困难。这个虚拟实验使用了多种人机交互手段，为学生提供了一个易于使用的实验学习环境。

美国Clarkson大学的R. C. Dorf和J. A. Svoboda用Java Applets设计的基本电路教学课程Electronic Teaching Assistant让学生通过仿真的方法进行电路设计，调整了电路参数就可以立即验证实验结果。这个实验课程有助于帮助学生进行基本电路原理的学习。类似的仿真实验还有美国Rice大学的S. A. Dodds设计的虚拟示波器实验，它可以帮助学生初步掌握示波器的使用方法和注意事项。

此外，由美国East Carolina大学、Greenville大学和North Carolina大学共同创建的VREL Virtual Reality and Education Laboratory动实验室、由Houston大学和NASA/Johnson航天中心联合建立的VETL (VirtualEnvironment Technology Laboratory)实验室等许多研究机构也都在致力于远程虚拟实验的研究工作随着这项技术的不断发展，足球机器人被称为人工智能技术新的里程碑。机器人足球的最终目标是到21世纪中下叶，按国际足联制定的比赛规则，用机器人足球队打败当时的人类足球冠军队。未来的足球机器人将融合更多的先进技术，包括：机器视觉与传感信息融合技术、无线通信网络技术、基于知识的行为决策技术、嵌入式计算机技术、多Agent协调与合作技术、计算机仿真技术、机电一体化技术、人造皮肤与人工生命学技术、社会组织学、对策论等关键技术。若干年后，足球机器人将能和人类一样自如地进行足球比赛。

本课题研究的内容：

本课题主要针对所设计的实验差动变面积式电容传感器和金属箔式应变片，对测控试验进行整体虚拟，分别建立两试验的模型子VI，进而设计出可以脱离物理仪器教学的虚拟实验。将从模型建立、功能介绍、程序说明、实验结果等方面作详细的阐述，并通过网络发布将设计的实验构建在局域网虚拟实验室中。在其中将进行与关系型数据库SQL SERVER的连接，对实验数据进行存取和优化。

课题研究方案：

1.熟悉虚拟仪器开发环境LabVIEW的使用；

2.回顾学习过的测控试验，对差动变面积式电容传感器与金属箔式应变片电桥性能实验进行全面的的了解，建立稳固的实验虚拟模型；

3.通过LabVIEW进行设计程序设计，将测控试验模型数学化与虚拟化，建立仿真子VI；

4.构建整体实验，建立友好的美化的实验界面，增加用户体验；

5.通过连接SQL SERVER数据库进行实验数据的存取，并实现对已有数据的分析和处理。

6.建立网络发布，通过设置VI与LabVIEW runtime engine在局域网中实现客户机访问服务器的远程前面板，并进行实验和处理实验结果。

设计进度安排：

设计参考文献：

【1】孙天翔.虚拟仪器与未来实验室配置[J].计量与测试技术，1998,(4):69—70.

【2】刘灿涛，赵伟，侯国屏.基于虚拟仪器的电工教学实验[J].实验室研究与探索，2001，20(5)，26—27.

【3】黄明俊.用于电工测量的虚拟仪器软件开发[J].清华大学学报，1999.

【4】周显锋，晏寄夫，段绪红.用虚拟仪器技术做电测实验的新方法[J].电气电子教学学报，2000，22 (1):72—74.

【5】秦树人，汤宝平.面向21世纪的绿色仪器系统[J].中国机械工程，2000，11(3):275—281.

【6】路林吉，饶家明.虚拟仪器概论[J].电子技术，2000，(1):44—47.

【7】周箭.虚拟仪器及其技术研究[J].浙江大学学报，2000，34(11 ):686—689.

【8】张爱平. LabVIEW入门与虚拟仪器[M].北京：电子工业出版社，2004, 1—5.

预期目标：

完成差动变面积式电容传感器、金属箔式应变片电桥性能的虚拟化，进行数据库操作，完成Web发布，进行局域网测试，最终发布程序。

指导教师签名：        日期：（ 20-3-29）