互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

嚴(yán)桂林 謝海武

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人們的生產(chǎn)生活方式發(fā)生了深刻的變化，互聯(lián)網(wǎng)思維日益深入人心，互聯(lián)網(wǎng)+也已經(jīng)在各行各業(yè)產(chǎn)生飛速的發(fā)展。對(duì)于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)而言，將互聯(lián)網(wǎng)思維應(yīng)用到日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)當(dāng)中，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)教學(xué)提供極大地便利，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，科學(xué)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，同時(shí)也為學(xué)生和教師之間高效的信息交流提供極大地便利。文章主要討論互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器技術(shù)在電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用的相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+；虛擬儀器；電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-000X（2018）17-0097-03

Abstract： With the development and application of computer network technology， profound changes have taken place in people's production and life style. Internet thinking is getting more and more popular. The Internet plus has also taken rapid development in all walks of life. Applying Internet thinking to daily experimental teaching could greatly facilitate experimental teaching， improve the quality of experimental teaching， scientifically monitor the experimental process and provide great convenience for efficient information exchange between students and teachers. This paper mainly discusses the related problems of the application of Internet plus virtual instrument technology in electronic technology experiment teaching

Keywords： internet plus； virtual instrument； electronic technology experiment

引言

基于互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器技術(shù)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是將互聯(lián)網(wǎng)思維應(yīng)用于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，利用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)控，教師通過互聯(lián)網(wǎng)終端為學(xué)生分發(fā)實(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)判，同時(shí)可以監(jiān)控各種實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，對(duì)發(fā)生故障的實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行定點(diǎn)檢測(cè)和維護(hù)，利用這種互聯(lián)網(wǎng)思維課極大地提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，杜絕學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中的違規(guī)和作弊行為。因此，采用互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法是極具優(yōu)勢(shì)的一種實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式。

一、互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器技術(shù)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)

基于互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器技術(shù)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要采用實(shí)體儀器加虛擬儀器和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建而成。就硬件設(shè)備而言，采用具有數(shù)據(jù)傳輸功能的儀器儀表是其主要硬件設(shè)備，將儀器儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)通過通信接口傳輸至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中主要采用虛擬儀器技術(shù)來重構(gòu)儀器儀表。虛擬儀器通過各類通信方式，例如USB、CAN總線或者RS232、485等，借助網(wǎng)絡(luò)與實(shí)體儀器儀表交換數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，這樣實(shí)驗(yàn)教師只需通過計(jì)算器終端便可實(shí)時(shí)掌握各個(gè)終端儀器儀表的運(yùn)行情況，也就掌握了各組實(shí)驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率?；诨ヂ?lián)網(wǎng)+虛擬儀器技術(shù)的電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)中每一組的實(shí)驗(yàn)儀器由信號(hào)發(fā)生器、示波器、萬用表和電源組成，這四類儀器基本可以滿足電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)所需的儀器儀表。由于需要將儀器測(cè)量數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，所以需選擇帶有USB數(shù)據(jù)接口的儀器，例如由泰克生產(chǎn)的示波器、萬用表、信號(hào)發(fā)生器都帶有USB接口，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室規(guī)模和實(shí)驗(yàn)學(xué)生組數(shù)來配備相關(guān)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)儀器和儀表即可。由于USB通信距離較短，不適合遠(yuǎn)距離傳輸，故需將數(shù)據(jù)通過USB-WIFI數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器接入網(wǎng)絡(luò)。教師通過與網(wǎng)絡(luò)相連的終端計(jì)算機(jī)就可查看每一組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)每一組的實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行監(jiān)控。

二、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)試驗(yàn)系統(tǒng)架構(gòu)，采用合適的儀器儀表將是決定系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，本系統(tǒng)主要采用泰克公司的數(shù)字存儲(chǔ)示波器TBS1104、5.5位臺(tái)式數(shù)字萬用表2110、任意波形函數(shù)發(fā)生器AFG1062和3路可編程直流電源2231A-30-3，每臺(tái)儀器都帶有USB接口，可以向主機(jī)傳送數(shù)據(jù)和接收主機(jī)控制命令。另外需配備泰克智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)TekSmartLab。TekSmartLab是泰克開發(fā)的為教學(xué)實(shí)驗(yàn)室提供的基于網(wǎng)絡(luò)的儀器管理解決方案，具有更高效的實(shí)驗(yàn)室體驗(yàn)。通過TekSmartLab與大批儀器組成的網(wǎng)絡(luò)配置系統(tǒng)，教師只需點(diǎn)擊一下鼠標(biāo)，就可以方便地設(shè)置網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的儀器設(shè)備，不需要教師去手動(dòng)配置儀器。學(xué)生可以通過智能設(shè)備以無線方式檢測(cè)和保存測(cè)試結(jié)果，并向教師上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而傳統(tǒng)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需手動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，一次只能記錄一臺(tái)儀器。由TekSmartLab構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖中TBX3000A通過USB 電纜連接和控制儀器，TBX3000A有一個(gè)局域網(wǎng)端口，可兼容USB無線網(wǎng)卡，可以通過WI-FI連接組成無線網(wǎng)絡(luò)與實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器上的TSL3000B軟件通信。在實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器上安裝TSL3000B服務(wù)器端軟件，可以實(shí)現(xiàn)與每個(gè)工作臺(tái)上的TBX3000A通信，通過TSL3000B軟件，教師能夠集中控制大批儀器，學(xué)生也能夠在線檢索和保存測(cè)試結(jié)果。

TSL3000B軟件安裝與實(shí)驗(yàn)室服務(wù)器端，軟件界面如圖3所示。

三、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試

實(shí)驗(yàn)以高頻電路實(shí)驗(yàn)-電容反饋三點(diǎn)式振蕩器實(shí)驗(yàn)為例進(jìn)行試驗(yàn)系統(tǒng)測(cè)試。首先啟動(dòng)儀器，啟動(dòng)服務(wù)器TSL3000B軟件，打開對(duì)應(yīng)組號(hào)的儀器界面，如圖4所示，點(diǎn)擊進(jìn)入，點(diǎn)擊新建實(shí)驗(yàn)，打開儀器界面，設(shè)置課程名稱，設(shè)置好示波器、信號(hào)發(fā)生器等儀器的參數(shù)，如圖5、圖6所示。本次試驗(yàn)共有五組實(shí)驗(yàn)小組，在新建課程界面選擇組號(hào)點(diǎn)擊應(yīng)用，等圖標(biāo)變?yōu)榫G色即表示相關(guān)組號(hào)的儀器設(shè)置完畢，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)了，如圖7所示，圖8為實(shí)驗(yàn)測(cè)試實(shí)物圖。

在實(shí)驗(yàn)過程中，教師可隨時(shí)打開對(duì)應(yīng)組號(hào)儀器界面觀察當(dāng)前實(shí)驗(yàn)波形數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程全程控制，如果學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)儀器調(diào)節(jié)失誤，教師可遠(yuǎn)程為學(xué)生調(diào)試儀器，解決問題，如圖9所示：

學(xué)生實(shí)驗(yàn)做完后，需提交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師通過在服務(wù)器端學(xué)生對(duì)應(yīng)組號(hào)的儀器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)即可完成學(xué)生本次實(shí)驗(yàn)效果的評(píng)價(jià)，以防止學(xué)生抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

四、結(jié)束語

基于互聯(lián)網(wǎng)+虛擬儀器的架構(gòu)，可以充分解放實(shí)驗(yàn)教師的雙手，解決諸如電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課實(shí)驗(yàn)學(xué)生過多，一名實(shí)驗(yàn)教師無法實(shí)現(xiàn)對(duì)所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程監(jiān)控，學(xué)生互相抄襲實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等問題，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，未來的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)更加的智能化、網(wǎng)絡(luò)化，采用“云實(shí)驗(yàn)室”，大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)手段，可為學(xué)生、教師提供更加實(shí)時(shí)、便利、智慧的實(shí)驗(yàn)服務(wù)體驗(yàn)。

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