儀器儀表在智能型試驗室架構構建的運用

　　1由于現代電子技術(shù)實(shí)驗及實(shí)驗技術(shù)在電子技術(shù)教學(xué)、實(shí)驗教學(xué)方面的重要作用，對拓寬學(xué)員的知識面和動(dòng)手能力大有益處，開(kāi)設這方面的內容很有必要，但是，因為現代電子技術(shù)實(shí)驗所需設備昂貴、占地面積大，甚至還有一定的安全風(fēng)險，儀器內部結構不能看清楚等原因，不能配備到實(shí)驗室中，用計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)可以彌補上述不足。虛擬現代電子技術(shù)實(shí)驗室，不僅可以用來(lái)預習、模擬訓練，還可以直接用鼠標來(lái)做實(shí)驗，在空間和時(shí)間上均得到了有效延伸，是傳統實(shí)驗方式的有效補充和完善。

　　2設計原則及功能

　　2.1系統設計原則

　　1)系統的可靠性和安全性網(wǎng)絡(luò )設備采用高性能、高可靠性且技術(shù)先進(jìn)的設備，以保證系統的可靠性和穩定性。

　　2)系統的先進(jìn)性和實(shí)用性系統可在局域網(wǎng)內部使用，也支持遠程客戶(hù)，并可作為網(wǎng)上的站點(diǎn)，適合集中或分散教學(xué)。

　　3)系統的可擴充性系統的設計充分考慮到將來(lái)學(xué)科的發(fā)展趨勢及新內容的加入，預留接口。

　　4)系統的易操作性有較好的靈活性和友好性，方便用戶(hù)使用。

　　2.2系統功能

　　虛擬實(shí)驗室的系統功能結構包含四個(gè)模塊：

　　實(shí)驗指南：指南包括信號分析與處理理論的學(xué)習，實(shí)驗預習，實(shí)驗演示三部分。學(xué)生在上課前能夠初步掌握實(shí)驗要求、步驟、注意事項。實(shí)驗演示是對實(shí)驗的原理、背景知識、實(shí)驗過(guò)程的動(dòng)態(tài)演示，達到先學(xué)習，再作實(shí)驗的目的。

　　實(shí)驗預約：預約部分是為實(shí)驗室全面開(kāi)放而服務(wù)，適用于所有高校的實(shí)驗教學(xué)。通過(guò)實(shí)驗預約可以科學(xué)地調度實(shí)驗室，合理地分配實(shí)驗內容，避免學(xué)員來(lái)實(shí)驗室后沒(méi)有場(chǎng)地、沒(méi)有設備的情況發(fā)生。

　　學(xué)生園地：園地是以BBS的形式開(kāi)展教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的交流、討論，學(xué)生無(wú)論是在實(shí)驗室，還是在其它地方，遇到問(wèn)題便可在網(wǎng)上提交。

　　虛擬實(shí)驗：該功能模塊是系統的核心部分。傳統的基礎實(shí)驗一般因實(shí)驗室的空間、實(shí)驗儀器的組數、實(shí)驗指導教員數量等因素限制�，F代電子技術(shù)虛擬實(shí)驗室不受場(chǎng)地的限制，因而在不同終端上可同時(shí)進(jìn)行相同或不同的虛擬實(shí)驗，增加受訓人員的實(shí)驗有效時(shí)數，提高了效率，是傳統實(shí)驗的有效補充和完善。

　　3基于虛擬儀器技術(shù)的電子類(lèi)虛擬實(shí)驗室平臺的開(kāi)發(fā)

　　3.1開(kāi)發(fā)工具

　　本文選用LabWindows/CVI和VisualC6.0進(jìn)行儀器仿真和平臺界面的設計。

　　LabWindows/CVI是美國NI公司開(kāi)發(fā)的一款基于C語(yǔ)言的半圖形化軟件開(kāi)發(fā)平臺，即具有圖形化編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)效率高、修改靈活、界面設計快速的優(yōu)點(diǎn)，又具備文本編程語(yǔ)言功能強大、可控性強、性能靈活的優(yōu)勢，適用于自動(dòng)測試、自動(dòng)控制、測試儀器通信、測試硬件控制和信號分析處理，尤其是大型、復雜的測試系統軟件開(kāi)發(fā)。

　　VisualC6.0是由微軟公司推出的軟件開(kāi)發(fā)工具。它擁有一個(gè)優(yōu)秀的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，集編輯、編譯、連接、調試、向導等多項功能于一體，貫穿了面向對象的程序設計思想，并且提供了目前已成為業(yè)界標準的微軟基本類(lèi)庫MFC.

　　3.2虛擬儀器的開(kāi)發(fā)

　　所謂虛擬儀器，就是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶(hù)設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實(shí)現的一種計算機儀器系統。

　　根據實(shí)驗所要實(shí)現的功能，本文所要開(kāi)發(fā)的虛擬儀器包括信號發(fā)生器、示波器、頻譜分析儀、濾波器等幾個(gè)模塊，下面以信號發(fā)生器為例介紹一下虛擬儀器的開(kāi)發(fā)過(guò)程。

　　儀器面板：

　　面板中的主要控件屬性設置如所示。其中，NumericKnob是CVI中數字旋鈕類(lèi)控件，Ring是循環(huán)控制類(lèi)控件，Graph是圖形顯示窗類(lèi)控件，CommandButton是命令按鈕類(lèi)控件。

　　參數獲得及繪圖：在CVI用戶(hù)界面庫中提供了許多關(guān)于面板和控件的函數，這些函數為用戶(hù)界面事件和工程中的程序文件提供了鏈接。其中，GetCtrlVal()函數實(shí)現從面板上獲得控件參數值的功能。函數原型為：intGetCtrlVal;其中，參數Panel_Handle是控件所在面板句柄，參數Control_ID是控件名稱(chēng)，參數value是變量，放置返回的參數，以地址形式表示。以下是程序設計中獲得調節參數的部分源代碼。

　　//以下代碼為獲得信號的單周期采樣點(diǎn)數、周期、增益、相位信息GetCtrlVal(panelHandle，PANEL_NUMERICKNOB_SAMPOINT，samplepoint);GetCtrlVal(panelHandle，PANEL_NUMERICKNOB_CYCLE，cycle);GetCtrlVal(panelHandle，PANEL_NUMERICKNOB_AMP，amp);GetCtrlVal(panelHandle，PANEL_NUMERICKNOB_PHASE，phase);Graph控件可以使用多種類(lèi)型的繪圖功能函數來(lái)圖形化顯示數據。其中，PlotX()函數實(shí)現沿y軸坐標繪制x軸數組的靜態(tài)曲線(xiàn)圖的功能。函數原型為：

　　intPlotX(intPanel_Handle，intControl_ID，voidX_Array，intNumber_Of_Points，intX_Data_Type，intPlot_Style，intPoint_Style，intLine_Style，intPoint_Frequency，intColor);其中，參數Panel_Handle是控件所在面板句柄，參數Control_ID是控件名稱(chēng)，參數X_Array是沿x軸繪圖數據的數組變量，參數Number_Of_Points是繪制的數據點(diǎn)數，參數X_Data_Type是數據類(lèi)型，參數Plot_Style是繪制圖表的形式，參數Point_Style是點(diǎn)的形狀，參數Line_Style是線(xiàn)的形狀，參數Point_Frequency是定點(diǎn)間隔，參數Color是曲線(xiàn)顏色。

　　3.3虛擬實(shí)驗室界面的設計

　　本文以VisualC6.0作為軟件支撐，采用面向對象思想，構建虛擬電子實(shí)驗室界面。

　　界面程序以窗體類(lèi)、視圖類(lèi)和文檔類(lèi)為基礎，利用窗體類(lèi)實(shí)現種類(lèi)繁多的器件以圖片方式分類(lèi)顯示;通過(guò)在視圖類(lèi)中定義鼠標事件響應和圖片處理函數，實(shí)現圖片的自由拖動(dòng)和顯示;通過(guò)MFC的文檔視圖結構，實(shí)現電路文件的多種格式存儲。通過(guò)分割窗體和對樹(shù)形控件的使用，構建元器件欄和仿真區，顯示各種元器件的狀態(tài)信息，實(shí)現用戶(hù)實(shí)驗。

　　3.4儀器的調用

　　界面創(chuàng )建好之后，通過(guò)雙擊或者拖動(dòng)來(lái)實(shí)現對儀器儀表的修改和使用。這里的儀器儀表都是由LabWindows/CVI開(kāi)發(fā)實(shí)現的，因此需要通過(guò)編程來(lái)實(shí)現對LabWindows/CVI所創(chuàng )建的動(dòng)態(tài)鏈接庫的調用。

　　4結束

　　在虛擬電子實(shí)驗室平臺上，提供了靈活的虛擬實(shí)驗臺面板，使得學(xué)生可以在虛擬實(shí)驗臺面板上自由操作，實(shí)現電路連接、電路檢測等性能，還可以實(shí)時(shí)的調整參數，觀(guān)察參數變化對電路仿真結果造成的影響。學(xué)生可在短暫的時(shí)間里快速完成較復雜的電路連接及測試工作，觀(guān)察實(shí)驗現象。