遠程硬件實驗系統一直是眾多院校急需的教學輔助系統,它比軟件仿真實驗真實直觀,但又克服了傳統本地硬件實驗的占用場地、設備易壞、維護成本高等弊端?,F在借助虛擬儀器技術與遠程控制技術,這類系統已經成為現實,并已在國內外眾多院校得到應用。遠程硬件實驗系統是現有本地硬件實驗室的補充與拓展。
目前這套系統由“電路分析”“模擬電路”“數字電路”“模數系統綜合設計”4個模塊構成,可以覆蓋電子技術基礎課程中大部分實驗。學校只要將實驗模塊與服務器連接,學生就可以用遠程登錄的方式操作實驗對象,取得實驗數據與結果;同時通過遠程視頻窗口觀察實驗模塊狀態的變化。
該系統可以作為理論教學輔助演示系統,即:教師不必攜帶實驗設備到教室,就可以在課堂上給學生做硬件實驗演示,增強學生的直觀感受與體驗;該系統也可以作為全天候開放的實驗室,學生可以在任何時間登錄進來完成實驗預習等工作。
這套系統具有很強的擴展性,可以通過增加不同種類模塊拓展實驗領域,如:自控原理、傳感器應用、單片機與嵌入式系統等等。另外,該系統可以與已有的網絡教學系統、實驗室管理系統融為一體,實現實驗預約與登錄管理、實驗報告生成與上傳、在線批改與打分等功能,從而構成一套完善的實驗教學與管理平臺,提供、全面的教學管理方案。
遠程實驗系統結構圖
系統構成:
系統由服務器、實驗平臺、實驗模塊、配套軟件等部分組成(參見上圖),學生通過客戶端聯接服務器完成實驗,由于服務器提供隊列并行連接方式,一套設備同時允許多個用戶使用,不僅節省了開支,而且有效地利用了設備資源。配合網絡視頻服務器使用,實驗的可視性大大增強。用戶不僅可以在線操控實驗,還可以通過遠程視頻窗口觀看實驗過程。系統具有擴展能力:可以通過增加實驗平臺的數量應對實驗人數的增多;可以通過增加實驗模塊的種類滿足更多專業領域的遠程硬件實驗。
實驗平臺采用NI公司ELVIS II電子學實驗平臺,通過平臺上的ELVIS標準接口,可以接入不同的實驗模塊,從而用于不同的實驗教學領域。其中電子技術基礎課程實驗由“電路分析與模擬電路”“數字電路1”“數字電路2”“模數系統綜合設計”4個實驗模塊構成(參見下圖)。
實驗平臺與4個實驗模塊
實驗項目:
借助上述實驗平臺與模塊可以完成電子技術類26個經典實驗項目,這些實驗項目使用圖形化編程語言LabVIEW編寫,界面美觀、開發簡單、擴展性強,可以根據用戶要求增加更多實驗內容與功能。
模塊1實驗項目 | 模塊3實驗項目 |
l 基爾霍夫定理實驗 l RLC串聯諧振實驗 l 晶體管單管共射極放大電路實驗 l 運放反饋放大電路實驗 l 運放基本運算電路實驗 l 正弦波振蕩器實驗 | l 同步D觸發器功能實驗 l 觸發器二分頻實驗 l 觸發器四分頻實驗 l 觸發器移位寄存器功能實驗 l 移位寄存器型計數器功能實驗 l JK觸發器組成的同步計數器實驗 l 中規模集成計數器74LS290應用實驗 l 555構成的多諧振蕩器實驗 |
模塊2實驗項目 | 模塊4實驗項目 |
l 方波發生器實驗 l 整流濾波電路實驗 l 集成門電路功能測試實驗 l TTL三態門邏輯功能實驗 l 全加器功能實驗 l 譯碼顯示電路實驗 l 四選一功能選擇電路實驗 l 基本RS觸發器實驗 | l 數字秒表設計實驗 l 簡易數字鐘實驗 l 流水燈設計實驗 l 交通燈設計實驗 |
實驗例程:
l 譯碼顯示電路實驗:
學生可以控制服務器端實驗板上HD74LS48P譯碼顯示芯片的輸入端信號,從而讓數碼管顯示不同的BCD碼。我們可以通過遠程視頻觀察服務器端實驗板上數碼管的顯示結果與軟件仿真結果是否一致。
譯碼顯示實驗程序界面
簡易數字鐘實驗:
通過軟件仿真理解電路原理
部分用戶:
目前這種遠程硬件實驗平臺已經在國內外多所院校搭建并投入使用,已開展遠程實驗教學的國內高校主要有如下幾所:
l 浙江廣播電視大學:
浙江廣播電視大學采用的就是上述系統。已經開設的遠程實驗課程有《電路》、《模擬電子技術》、《數字電子技術》、《電子技術綜合設計》四門課程。
l 華南師范大學遠程實驗室:
該實驗室主要開展應用物理學、電路分析方面的遠程硬件實驗。
l 大連理工大學iLab互動實驗室
l 華中科技大學傳感器遠程實驗
通過調整激勵信號的各項參數及遠程視頻檢驗實驗結果