毕业设计之基于WEB的虚拟实验室设计

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1、 （ 二二七年六月七年六月 本科毕业设计说明书本科毕业设计说明书 题题 目目： 基于基于 WEBWEB 的虚拟实验室设计的虚拟实验室设计 学学生生姓姓名名 ： xxxxxx 学学 院院 ： x x x x x x 系系 别别： x x x x 专专 业业： x x x x 班班 级级： x x 指指导导教教师师 ： x x I 摘 要 随着计算机技术、大规模集成电路技术和通讯技术的飞速发展，仪器技术领域 发生了巨大的变化，虚拟测试技术引入了仪器领域。将网络化虚拟仪器应用到实验 室建设中，构成基于网络化虚拟仪器技术的虚拟实验室，为用户提供一个基于网络 的实验教学、技术交流、共同研究的平台。 本论

2、文首先介绍了基于 Web 虚拟实验室的概念，并对其意义、特点以及设计原 理、方法做了描述。然后就国内外虚拟实验室的研究现状和关键实现技术进行了简 略介绍,并且结合课题的目标及现有的资源情况进行了研究和设计。设计主要包括虚 拟仪器的开发和网站框架的搭建、网站留言板的建立、统一网站的整体风格、网站 管理和使用说明、域名的设计与申请这几个任务。 本系统在应用服务上的设计采用了 ASP 动态网页技术和数据库技术,并详细介 绍了应用这些技术实现对客户端的管理。 关键词：关键词：网络化虚拟仪器；网络虚拟实验室；多层结构；浏览器/服务器； LabVIEW II Abstract Along with the

3、 rapid development of computer science, large-scale integrated circuit technique and communication technique, the region of instrument technique takes place enormously, and virtual measurement technique has developed in the region. Using Networking Virtual Instruments into laboratory construction re

4、sult in virtual lab based on the networking virtual instruments technology, which provides experiments, experience communication and cooperation platform. First of all, this paper introduces the concept of the virtual laboratory based on Web, and describes its significance, characteristic, design th

5、eory and method. Second, researches and key technologies for implementing the virtual laboratory are introduced briefly and aiming at the objective of the paper and the actual situation of the existing resources research and design. Major design include design virtual machines and the website framew

6、ork for the structures, the establishment of the website visitors book, unity for the overall style, website management and the use of that domain name with the design for these tasks. The ASP and database technology are applied in the design of application server. The paper describes in detail how

7、to implement the control and management of the accesses by clients with these technologies. Key words：Networked virtual instruments；Networked virtual laboratory；Multilayer framework；Browser/Server；LabVIEW III 目 录 引 言1 第一章 绪 论3 1.1 虚拟仪器的简介3 1.1.1 虚拟仪器的概念.3 1.1.2 虚拟仪器的组成及特点.3 1.1.3 网络化虚拟仪器.5 1.2 网络虚拟实

8、验室系统的介绍5 1.2.1 虚拟实验室的概念.5 1.2.2 虚拟实验室的组成及特点.6 1.2.3 网络虚拟实验室的国内外发展现状.7 1.3 本次设计的目的与内容8 第二章 基于 LabVIEW 的虚拟实验室前台网站设计10 2.1 网站主要开发工具介绍10 2.1.1 Macromedia Dream weaver MX 2008 及其特点10 2.1.2 Macromedia Fireworks MX 2008 及其特点11 2.1.3 Access 及其特点12 2.1 前台网站的设计与构建12 第三章 虚拟仪器的开发24 3.1 LabVIEW 及其特点.24 3.2 压力显示器

9、26 3.3 函数信号发生器28 第四章 Web 服务器的设计.30 4.1 服务器运行环境配置30 4.2 Web 和 VI 的结合.33 4.3 配置 Web server 及网页发布33 IV 4.4 把 VI 加载到计算机内存中35 结 论36 参考文献38 谢 辞39 1 引 言 实验是人们将理论知识应用于实践的重要手段和途径，特别在本科教育中，实 验是教学活动中一个必不可少的过程，对于培养学生的实际操作能力和解决问题的 能力是很重要的。然而，传统实验室作为一种资源高度密集的综合系统，在实验仪 器和环境的更新和维护上，需要投入大量的人力、物力和财力，这使它的发展受到 很大限制。但是由

10、于资金的相对短缺，高等院校的实验室很难购买多套先进但价格 昂贵的仪器设备，因此在一定范围内实现硬件仪器的共享成为迫切要求，网络虚拟 实验室正是在这样的需求下发展起来的。与传统实验室相比，它的最大优势就是通 过网络实现软件、硬件及信息资源的共享，冲破了时间和空间的束缚，使得资源的 利用率大大提高。 目前，虚拟实验室的概念是在1989年提出的，初衷是为了方便科研人员可以在 远程从事研究工作、使用仪器设备、共享数据资源和交流信息等。虚拟实验室概念 的提出至今仅为十余年的时间，但因其诱人的应用前景，各国均在大力开发，而且 己经取得了一些进展。特别是在国外一些著名的大学，已有较多建好并投入使用的 虚拟实

11、验系统，涵盖了计算机网络、数学、人工智能、生命科学、化学、物理、生 物工程通讯、图形图像、农业科学等教学、科研领域。 VSL虚拟系统实验室，始建于1989年，Gentral Florida大学教育训练研究院建 立，其目标旨在提高计算机图形的艺术表现力以及改进仿真过程中的人机接口设计: 美国巴尔的摩（Baltimore）约翰霍普金斯大学（Johns Hopkins University）的化 学工程系的卡尔威教授在网络上建立了一个“虚拟实验室”，在计算机上模拟各种 实验，让化学工程系的学生可以通过网络来做实验，尝试解决工程上遇到的各种问 题；德国的汉诺威大学建立了虚拟自动化实验室；西班牙大学电子

12、系开发了电子仪 器虚拟工作平台；意大利帕瓦多大学建立了远程虚拟教育实验室；新加坡国立大学 开发了远程示波器实验和压力容器实验。此外，网络虚拟实验室还在诸多领域上得 到应用，如美国实施的Visible Human计划，就是通过将一具尸体进行固化处理，再 用特制的机器将其切成极薄的薄片，然后将这些薄片通过扫描仪输入计算机，再通 过三维重建算法构成三维人体图像，这样就将一个真正的人体显示在计算机屏幕上， 目的可以在屏幕上进行旋转、剖切等操作，医学人员就可以在计算机上进行人体解 剖教学、虚拟手术等。 2 与西方发达国家相比，国内在虚拟实验方面开展的工作还不多，但目前虚拟实 验室的建设也得到了应有的重视

13、，从90年代开始，国内的一些大学相继开展了虚拟 仪器系统的研究与开发工作，己有部分高校初步建立了虚拟实验室。例如：清华大 学利用虚拟仪器构建了汽车发动机检测系统、电网动态监控系统；中国农业大学建 立了网上虚拟土壤作物系统实验室，应用计算机模拟植物在三维空间中的生长发育 状况，探讨虚拟植物模型在农业领域应用的关键问题；哈尔滨工业大学利用内嵌于 网页的虚拟仪器实现了卫星故障诊断的网络化；华中理工大学机械学院建立了一个 工程测试虚拟实验室，学生可以通过联网计算机终端来进行仿真实验，图像处理研 究室设计了数字图像处理虚拟实验室；华中科技大学机械学院开发出一套Web远程诊 断系统，在宝钢的局域网内，对精

14、轧F2轧机的实时监测和诊断；中国科学技术大学 人工智能与计算机应用研究室最新研制出我国第一套虚拟现实教学软件“几何光学 实验设计平台”。此外，西安交通大学和南京航空航天大学也利用不同技术构建了 网络化虚拟仪器系统。国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工 程科学前沿学科之一，并被列为“十五”期间优先资助领域。国内专家预测，未来 的几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器。不久，我国将会有大批的企业使用虚 拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展，各种有 关虚拟仪器开发软件不断诞生，虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试 仪器的主流。 基于这样的大背景，内

15、蒙古工业大学信息学院2002届本科生李党盈同学用 LabVIEW 7.0开发了基于Web的虚拟实验室，并利用ASP和Access技术实现了B/S模式 下的网络数据发布。本文旨在通过研究现有的网络化虚拟仪器技术，实现虚拟仪器 在B/S模式下的网络化并为网络虚拟仪器实验室搭建软件平台，同时对实验室多用户 进行有效管理,形成一个完善的网站系统，充分利用网络资源为校内学生的课程实验 创建了一个高效，便利，完善的实验环境，并且为同学进行自主创新研究建立了一 个开放的实验平台。 我毕业设计所做的就是对2002级李党盈同学所建立的基于Web的虚拟实验室进行 设计与制作上的完善，使其页面更加美观、统一，实验内

16、容更加丰富、完整，同时 功能强大，易于管理，充分发挥网络的优势，达到建立网络虚拟实验室作为一个开 放平台的预期目的。 3 第一章 绪 论 本章首先介绍了与课题相关的虚拟仪器的概念和特点，然后提出了网络化虚拟 仪器，并引出了基于Web的虚拟实验室的概念，并把它与传统实验室进行了比较。最 后简单介绍了本课题开发所用到的软件工具。 1.1 虚拟仪器的简介 1.1.1 虚拟仪器的概念 虚拟仪器是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其它技术领域密集渗 透的过程中，与测试技术、仪器技术密切结合，共同孕育出的一项成果。它是以特 定的软件支持取代相应功能的电子线路，充分利用计算机的软硬件资源，用计算机 完成传统仪器的部分乃至全部功能，以具备控制、处理分析能力的软件为核心的软 仪器。 1986年，美国NI公司（National Instrument）提出了虚拟仪器的概念，提出了 “软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变 的局面，从而引起仪器和自动化工业的一场革命，代表着从传统硬件为主的测量系 统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。