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本科毕业设计（论文）

用于构建支持因特网的实验设置的LabVIEW技术调查

作者：Masoud Naghedolfeizi, Sanjeev Arora, and Singli Garcia

国籍：美国

出处：瓦利堡州立大学

摘要

互联网对教育的影响超越了网络提供的课程和多媒体教学。如今，许多大学，国家实验室和公司正在使用可从远程位置完全控制和监控的支持互联网的应用程序。计算机和电子产品的不断进步，以及这些行业价格的下降，特别是对于教育组织而言，使得基于互联网的技术比以前更加廉价。因此，投资这些技术的成本更低，这些技术对于扩展网络教育和进一步改进和推进此类技术至关重要。

NI公司的LabVIEW软件极大地帮助了研究人员和教育工作者用各种方法将互联网与实验设置结合起来。其他公司也对其中一些方法进行了改进，并且进一步发展，这个举措极大地促进了互联网技术的实施。本文介绍了一项关于互联网技术的调查，以建立可以完全远程操作，控制和监控的实验设置。讨论和评估了这些技术中的每一种的优点和缺点。

介绍

近年来，许多高等教育机构越来越关注各种在线课程，包括具有实验室部件的课程。这些课程主要是为了补充和加强传统的教育方法，特别是为学生提供一种新的，灵活的学习方法。互联网/网络目前被广泛用于远程学习，^[1]这一事实表明，教育组织已经通过互联网和万维网做出了提倡远程学习的承诺。如今，许多学院和大学都提供在线学位课程和创纪录的课程。然而，关于实验室组件的在线课程的一个主要问题一直是在线实验室实验的实用性。在这方面，与远程站点和运行实验装置的本地站点之间的接口技术之间进行调试的难度，其复杂性在该领域中构成了主要的技术挑战。也许，这种复杂性的大部分源于2002年美国工程教育学会年会和博览会版权所有copy;2002，美国工程教育学会提供适当的软件系统，可以利用互联网/网络的力量顺利运行和控制实验应用。LabVIEW是美国国家仪器公司^[2]基于计算机的测量软件系统，已被世界各地的许多研究人员和教育工作者用于复杂工程系统的全自动化和数据采集。事实上，一些大学和私立教育机构已经使用远程站点的软件通过互联网^[3]与本地站点上运行的应用程序进行交互。由于LabVIEW提供了许多不同的方法来通过互联网/万维网操作，监控和控制应用程序（例如实验设置），因此了解每种方法的适用范围并且实施实际操作非常重要。同样重要的是要知道，使用这些方法需要LabVIEW编程和互联网技术原理的一定知识水平。

本文讨论了将LabVIEW应用程序与互联网 / WWW连接的主要方法，这些方法可用于远程操作实验设置。本文主要从教育的角度关注每种方法的优缺点。

还检查了每种方法可以支持的典型实验。

Labview中的在线技术

具有在线功能的两类LabVIEW应用程序是WWW和Internet。

启用WWW的LabVIEW技术可能非常简单或相对复杂，具体取决于应用程序的类型和附加软件系统的使用。LabVIEW支持的主要网络方法包括：

·使用LabVIEW内置Web服务器进行远程查看

·CGI技术

·DataSocket和ActiveX·DataSocket和Java applet

·AppletVIEW Internet方法应用TCP / IP协议构建支持Internet的应用程序。

与Web方法类似，Internet方法的复杂性取决于应用程序类型和附加软件系统的使用。应该注意的是，使用Internet方法的应用程序基于客户机/服务器体系结构，通常不通过Web进行控制。这些应用程序通常要求远程站点（客户端）具有LabVIEW软件（客户端程序）来访问包含运行的主应用程序的服务器站点，例如在线实验。主要的Internet方法包括：

·使用LabVIEW内置TCP / IP功能的客户端服务器

·VI 服务器

·DataSocket

使用LabVIEW内置Web服务器进行远程查看

这是将LabVIEW应用程序与万维网连接的最简单方法。在该方法中，可以以相对短的时间间隔通过Web不断地向用户广播应用的面板图像。这种方法的一个优点是它的简单性（2002年美国工程教育学会年会和博览会版权所有copy;2002），美国工程教育学会表示，它不需要任何编码或附加软件系统。然而，它的主要缺点是用户不能与（虚拟仪器）VI交互。此外，如果大量用户并行访问该应用程序，则可能发生应用程序执行相对显着的减速。LabVIEW内置Web服务器的配置非常简单直接，如参考文献4中详细描述的那样。

该技术可用于仅需要固定输入值的实验，并且可以以自动或手动的方式在特定时间间隔方便地重复使用。应该指出的是，该方法不能实时显示数据，并且远程用户无法直接访问应用程序运行期间生成的数据。要将此方法应用于在线实验，实验的LabVIEW程序必须包含在实验的网站（或与实验相关的课程）上发布实验数据的例程，并在实验运行结束时通知用户。该方法允许学生观察实验过程，然后使用可通过Web访问的实验数据进行分析。在Fort Valley州立大学，这项技术已被用于在线提供RC实验。

同样重要的是，由于内置的Web服务器已添加到LabVIEW 5.1及更高版本中，因此使用早期版本的学生和教育工作者需要升级软件。

CGI 技术

CGI（通用网关接口）本质上是安装在Web服务器上的外部程序构建动态Web页面的标准。换句话说，CGI只是定义了一个接口协议，Web服务器通过该接口协议与其他应用程序通信。CGI脚本几乎可以用任何编程语言编写，包括LabVIEW4。用于LabVIEW6的Internet Toolkit是NI的附加软件包，支持虚拟仪器（VI）形式的CGI应用程序，可用于为支持Web的实验设置开发交互式应用程序。

事实证明，CGI技术是部署基于Web的应用程序的相对强大的工具7。实际上，CGI技术以非常短的时间间隔通过Web广播LabVIEW应用程序的图像映射。图像映射通常包含按钮和/或开关形式的区域（热点），供Web用户进行交互。但是，该技术不能支持广泛的用户交互，因为它需要更加详细的图像映射，这对应于网页的增加的重新加载时间。与内置Web服务器类似，数据无法实时广播，Web用户在执行应用程序期间无法直接访问数据。承载应用程序的服务器可以在应用程序执行结束后在Web上发布数据。

使用CGI技术通常很复杂，因为开发人员需要很好地理解LabVIEW中应用的CGI技术以及利用CGI标签构建动态Web页面的HTML编码。该技术的另一个缺点是开发人员需要购买额外的软件系统来设计支持Web的应用程序。

参考文献4和7提供了对该技术的良好描述，并为具有LabVIEW，CGI编程和HTML编码背景的初学者提供了大量示例。

DataSocket and Active X

Datasocket是NI开发的一项新技术，可以在没有任何TCP / IP编程的情况下，通过Internet / Web极大地促进基于LabVIEW的应用程序之间的实时数据交换^[8]。数据套接字和ActiveX技术的组合可用于构建基于LabVIEW Web的交互式应用程序。这些应用程序可用于广播，以及接收实时数据，并能支持更大的用户交互。该技术的一个吸引人的特性是可以在ActiveX控件中就地执行数据操作，从而通过减少LabVIEW应用程序中的数据处理负载来提高原始数据传输速率。但是，这些应用程序的开发和实现相当复杂。开发人员需要使用National Instruments的Visual Basic和ComponentWorks构建ActiveX控件，然后将它们嵌入到HTML文件中。因此，开发人员应熟悉Visual Basic编程，HTML编码和LabVIEW编程。与此技术相关的其他一些不便之处如下：

·仅适用于微软因特尔浏览器。

·用户需要更改因特尔浏览器的安全设置才能启用ActiveX控件，然后重新启动计算机以使更改生效。

·用户可能看不到将来用于查看旧版应用程序的应用程序的应用程序升级。

·开发人员必须从National Instruments购买ComponentWorks软件系统。

·ActiveX控件可能会对客户端计算机造成安全威胁。

我们利用这项技术监控，用于收集实验室气象信息的LabVIEW应用程序进行交互。虽然与以前的方法相比，在Web浏览器上观察数据方面有了重大改进，但在应用程序需要频繁升级的情况下，我们并未发现此技术的便利与快捷。

DataSocket and Java Applet

DataSocket和Java Applet技术在很多方面与ActiveX技术非常相似。

此方法使用Java Applet将LabVIEW应用程序与Web连接。要应用此技术，应用程序开发人员需要具备Java编程和构建Java Applet的一些背景知识，这些Java Applet可以嵌入到HTML文件中以供Web查看。使用可视化开发环境（例如Visual Age9）可以极大地方便构建需求最少或无需Java编程的Java Applet。此技术优于ActiveX的优点如下：

·IBM Applet开发软件系统（如IBM Visual Age）通常很便宜。

·客户端计算机无需更改浏览器的安全设置或重新启动计算机以初始化Applet。

但是，与ActiveX技术的情况一样，开发人员必须购买图形化仪器控件（称为JavaBean控件），这些控件可用于构建包含旋钮，图表，开关和仪表等项目的更复杂的Web界面。National Instrument的ComponentWorks目前没有任何JavaBean控件。这些控件可以从其他供应商处购买，例如Ergo Tech10。

这项技术尚未在Fort Valley开发在线实验中使用;然而，由于易于应用开发，并且方便升级，我们在简单信号生成仿真应用中使用该技术时的经历很顺利，此事令人感到鼓舞。

VI Server

VI服务器是LabVIEW verison 5.1及更高版本中添加的一项功能，它可通过TCP / IP为联网计算机轻松构建客户端服务器应用程序。在这种方法中，开发人员不需要了解Internet编程，也不需要了解如何在LabVIEW中使用TCP / IP功能。但是，开发人员需要了解LabVIEW中面向对象编程的原理。在VI服务器技术中，开发人员需要定义应用程序和虚拟仪器（VI）类来设计客户端的服务器应用程序。例如，当需要获取有关图形编程环境的信息（例如操作系统的类型和应用程序目录路径）时，使用Application Class。VI类用于设置或获取VI的属性，打印VI和运行VI。VI类方法通常用于设计在线实验。

启用VI服务器时，联网计算机上的客户端服务器应用程序正常运行。VI服务器配置对话框允许开发人员启用服务器并设置服务器的其他属性，例如所需的端口号和TCP / IP访问权限。VI服务器配置很简单，在参考文献4和13中有详细描述。

该技术要求LabVIEW在客户端和服务器上运行。可以生成客户端和服务器应用程序的可执行文件，但在构建可执行文件之前，应将TCP / IP端口设置更改为某些非默认值。

与上一节中提到的技术类似，VI服务器方法中的应用程序维护既昂贵又不方便。此外，客户端和服务器计算机都应运行相同版本的LabVIEW，以避免因版本不兼容而引起的问题。

该方法用于控制和监控Fort Valley的AA电池性能测试实验。学生可以通过互联网和VI服务器技术运行或结束实验，监控电池电压和电流随时间的变化趋势，并记录实验参数的测量结果。

DataSocket

如前所述，DataSocket技术主要用于在本地站点和远程站点之间交换实时数据。该技术包括两个组件：DataSocket服务器应用程序和DataSocket客户端应用程序。DataSoc

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