CN102208058A - 基于虚拟仪器技术的实验管理方法及其系统 - Google Patents

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CN102208058A CN 201110145460 CN201110145460A CN102208058A CN 102208058 A CN102208058 A CN 102208058A CN 201110145460 CN201110145460 CN 201110145460 CN 201110145460 A CN201110145460 A CN 201110145460A CN 102208058 A CN102208058 A CN 102208058A
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杨宇
龚赛飞
胡之惠
陈布雨
李渊
陈智鹏
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Abstract

本发明提供了一种基于虚拟仪器技术的实验管理系统，包括：登录管理模块，其使得所述实验管理系统的不同使用对象采用不同的登录模式登录所述实验管理系统；实验项目模块，其通过所述虚拟仪器技术提供实验项目，以供登录后的所述使用对象进行实验；实验数据管理模块，其用于存储所述实验管理系统运行过程中的实验数据，并汇总所述实验数据；实验成绩生成模块，其根据所述实验数据生成实验成绩，其中，所述使用对象通过网络访问所述实验管理系统的各个模块。本发明设计是基于虚拟仪器技术的虚拟实验室系统中，通过Web网络浏览器来实现对该系统的登录和管理，以达到虚拟实验系统的有效管理。

Description

基于虚拟仪器技术的实验管理方法及其系统
技术领域
本发明属于虚拟仪器技术领域，特别是涉及远程实验系统管理。
背景技术
自从美国国家仪器公司(National Instruments，NI)于1986年提出虚拟仪器的概念开始，“软件就是仪器”为特征的、现代仪器技术和计算机技术相结合的虚拟仪器技术迅速被应用到工程控制、科学测量和实验教学中，通过软件实现仪器的测量、控制功能，完成对数据的显示、存储和分析处理。
简单地说，虚拟仪器技术就是利用计算机技术实现的对测控系统的抽象。平常使用的示波器，数字万用表，信号发生器，数据记录仪，以及传感器等传统仪器，都可使用通用计算机和专用的控制器和显示器来模拟，实现向虚拟仪器的转变。
虚拟仪器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，从而使得任何一个用户都可以方便灵活地用鼠标或按键在计算机显示屏幕上操作虚拟仪器软面板的各种“旋钮”进行测试工作，并可以根据不同的测试要求通过窗口切换不同的虚拟仪器，或通过修改软件来改变、增减虚拟仪器系统的功能与规模。虚拟仪器具有的这种“可开发性”和“可扩展性”等优越特点使虚拟仪器具有强大的生命力和竞争力。
目前，国内外许多大学都已经着手通过虚拟仪器技术构建和改造实验室，以提高现有的实验教学和科研的手段和效率。借助虚拟仪器技术的内嵌网络协议，实验系统的远程教学得到了更多的关注。
然而，现有的实验管理大多是针对传统的实验室资源的管理，依靠计算机技术对实验室的教学实现管理。但随着远程实验系统的发展，学生可以通过网络在远端在进行实验课的操作，完成实验教学。如何在这个系统中加强管理，基本没有所涉及的内容。
发明内容
有鉴于现有技术中的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种应用方案基于虚拟仪器技术的远程实验管理系统。其引用虚拟仪器的概念，结合实验管理需求，为学生和教师在网络实验教学平台开设的实验课程实现有效的管理，将实验室及实验项目简介、实验系统登录管理、网络实验室使用情况管理、实验数据管理、实验成绩评定和查询管理等功能系统存储于计算机的网络服务器中，设计出一套完善的远程实验教学管理系统，提高远程实验教学的教学效率和管理效率。
为达成上述目的，本发明提供了一种基于虚拟仪器技术的实验管理系统，包括：登录管理模块，其使得所述实验管理系统的不同使用对象采用不同的登录模式登录所述实验管理系统；实验项目模块，其通过所述虚拟仪器技术提供实验项目，以供登录后的所述使用对象进行实验；实验数据管理模块，其用于存储所述实验管理系统运行过程中的实验数据，并汇总所述实验数据；实验成绩生成模块，其根据所述实验数据生成实验成绩，其中，所述使用对象通过网络访问所述实验管理系统的各个模块。
一些实施例中，所述使用对象包括普通用户，其使用所述实验管理系统接收实验教学；及管理员，其使用所述实验管理系统对所述普通用户进行实验教学。
一些实施例中，当所述使用对象为所述管理员时，其可在所述实验项目模块生成指向具体实验程序的实验项目列表。当所述使用对象为所述普通用户时，其可通过所述实验项目列表访问所述实验程序。
一些实施例中，所述实验数据包括实验程序的过程及结果、实验程序的处理数据、及提交的实验报告。
一些实施例中，所述管理员使用所述实验数据通过所述实验成绩生成模块生成实验成绩。所述普通用户通过所述实验成绩生成模块查询与其相对应的所述实验成绩。
一些实施例中，所述网络为局域网或者广域网。
一些实施例中，所述实验管理系统通过Labview Web服务发布。
一些实施例中，所述使用对象通过浏览器访问所述实验管理系统。
一些实施例中，所述登录管理模块通过用户名、密码及等级来标识所述使用对象。
本发明设计是基于虚拟仪器技术的虚拟实验室系统中，通过Web网络浏览器来实现对该系统的登录和管理，以达到虚拟实验系统的有效管理。
附图说明
结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1为本发明一实施例的实验管理方法的流程图；
图2为本发明的实验管理系统的结构图；
图3为实验管理系统的具体实例的工作示意图；
图4为使用图3所示实例的流程图。
具体实施方式
参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。
现参考图1描述根据本发明的基于虚拟仪器技术的实验管理方法。
图1为本实施例的实验管理方法的流程图。
在步骤S101中，首先判定所述实验的使用对象的类型，并根据所述类型进行不同的授权。
本实施例中，所述使用对象包括普通用户和管理员。所述普通用户接收实验教学。所述使用管理用户对所述普通用户进行实验教学。
具体地，所谓判定就是一个安全认证程序，对实验室资源的维护和管理更加安全。预先给每个使用者创建相应的信息数据库，包括用户名、密码、等级等内容。每个想进入实验室系统的用户都需要经过验证。举例来说，用户在登录界面只需要通过自己的用户名(例如，学号)和密码(例如，学生证编号) 登录系统，就可以使用实验室的资源。这个密码系统主要就是防止未授权用户进行非法操作，保证实验室资源的安全有效。
在步骤S103中，利用虚拟仪器技术提供实验项目，以供经判定的所述使用对象进行实验。
具体地，当所述使用对象为所述管理员时，其可在步骤S103中生成指向具体实验程序的实验项目列表。当所述使用对象为所述普通用户时，其可在步骤S103中通过所述实验项目进行实验操作。
在步骤S105中，存储所述实验的运行过程中的数据，并汇总所述实验数据。
本实施例中，所述实验数据包括实验程序的过程及结果、实验程序的处理数据、及提交的实验报告。
步骤S107中，根据所述实验数据生成实验成绩。本实施例中，所述管理员使用生成实验成绩。所述普通用户查询与其相对应的所述实验成绩。
在本实施例的管理方法中，所述使用对象通过网络访问所述实验管理系统的各个模块。本实施例中，所述网络可为局域网或者广域网。
现参考图2描述根据本发明的实验管理系统。
图2为根据本发明的实验管理系统的结构图。
如图2所示，根据本发明的基于虚拟仪器技术的实验管理系统包括登录管理模块，其使得所述实验管理系统的不同使用对象采用不同的登录模式登录所述实验管理系统。
具体地，登录管理模块就是一个安全认证程序，对实验室资源的维护和管理更加安全。所述使用对象包括普通用户，其使用所述实验管理系统接收实验教学；管理员，其使用所述实验管理系统对所述普通用户进行实验教学。系统会给每个使用者创建相应的信息数据库，包括用户名、密码、等级等内容。每个想进入实验室系统的用户都需要经过验证。举例来说，用户在登录界面只需要通过自己的用户名(例如，学号)和密码(例如，学生证编号)登录系统，就可以使用实验室的资源。这个密码系统主要就是防止未授权用户进行非法操作，保证实验室资源的安全有效。
所述实验管理系统还包括实验项目模块，其通过所述虚拟仪器技术提供实验项目，以供登录后的所述使用对象进行实验。
具体地，当所述使用对象为所述管理员时，其可在所述实验项目模块生成指向具体实验程序的实验项目列表。当所述使用对象为所述普通用户时，其可通过所述实验项目列表访问所述实验程序。
所述实验管理系统还包括实验数据管理模块，其用于存储所述实验管理系统运行过程中的实验数据，并汇总所述实验数据。
具体地，所述实验数据包括实验程序的过程及结果、实验程序的处理数据、及提交的实验报告。
所述实验管理系统还包括实验成绩生成模块，其根据所述实验数据生成实验成绩。
具体地，所述管理员使用所述实验数据通过所述实验成绩生成模块生成实验成绩。所述普通用户通过所述实验成绩生成模块查询与其相对应的所述实验成绩。
在本发明的实验管理系统中，所述使用对象通过网络访问所述实验管理系统的各个模块。本实施例中，所述网络可为局域网或者广域网。此外，实验管理系统中的各个模块可形成在同一计算机系统中使用本地访问方式访问，也可作为网络中的一个节点，通过网络进行访问。
图3为所述实验管理系统的具体实例的工作示意图。
现根据图3描述根据本发明的实验管理系统的实例。
所述实例针对目前基于虚拟仪器技术的高校的远程实验系统，设计LabviewWeb服务的实验教学管理子系统。系统由软件来完成设计，包含系统软件和应用软件两部分，采用Window系统软件为作为平台，通过LabVIEW设计系统功能应用程序，最后将Labview程序前面板发布到网络上，实现学生远程浏览器访问虚拟实验的管理。具体由登录管理模块、实验项目模块、实验数据管理模块、实验成绩生成模块等四部分组成(见图2)。此外，所述系统还包括数据库以存放各种数据。但本技术领域的技术人员应理解，可将数据单独存放在各模块中而不建立统一的数据库。
所述登录管理模块就是一个安全认证程序，对实验室资源的维护和管理更加安全。之前系统会用Access给每个用户创建相应的信息数据库，包括用户名、密码、等级等内容。每个想进入实验室系统的用户都需要经过Labview设计网 络浏览的验证，用户在登录界面只需要通过自己的用户名(学号)和密码(学生证编号)登录系统，就可以使用实验室的资源。这个密码系统主要就是防止未授权用户进行非法操作，保证实验室资源的安全有效。
所述实验项目模块通过虚拟仪器技术开设的实验课目和具体的实验项目做列表，并具体链接到由Labview开发的实验程序上进行实验教学。
所述实验数据管理模块是系统对用户进行远程实验课时网络实验室使用情况数据、实验课测试处理数据和提交的实验报告等数据的汇总，比便管理员对该用户的实验课程的评定。LabVIEW环境下，通过使用ADO技术实现对数据库的操作，完成数据的存储及管理，以及使用ActiveX技术生成Excel数据报表的方法。
所述实验成绩生成模块是对实验课的效果的评定系统，管理员评审用户的课程进行情况、实验数据、实验报告等方面的内容给出相应成绩单，而用户可实现课后的成绩查询。通过Labview设计成绩评定模块并生成对应的成绩单，并提交数据库，以便用户查询。
图4为使用图3所示实例的流程图。
现参考图4描述使用流程。
首先，用户打开网络浏览器访问实验管理系统。所述实验管理系统判定所述用户为普通用户还是管理员。若所述用户既非普通用户，也非管理员，即非法用户，则进行结果显示，告知其无法访问，并随之结束访问。
若所述用户为普通用户，即使用所述实验管理系统接收实验教学的学生，则运行其访问实验项目模块，或者访问实验数据管理模块查询实验成绩。当所述普通用户完成实验项目模块中的实验之后，所述实验模块则将所述实验的相关数据提交给实验数据管理模块。所述实验数据管理模块在根据所述相关数据进行存储入数据库等操作之后进行结果显示，并随之结束访问。当所述普通用户访问实验数据管理模块查询实验成绩时，所述实验数据管理模块从数据库中取出实验成绩(下文将详述)，并进行将结果显示，随之结束访问。
若所述用户为管理员，即使用所述实验管理系统对所述普通用户进行实验教学的老师，则所述实验管理系统运行访问所述实验项目模块，以使其可在所述实验项目模块生成指向具体实验程序的实验项目列表。此外，所述管理员还 可访问实验数据管理模块以查询实验成绩，并根据所述实验数据管理模块中的实验数据使用实验成绩生成模块生成实验成绩，并将所述实验成绩存储在数据库中，以供所述普通用户查询。所述管理员使用所述使用实验成绩生成模块生成实验成绩之后，所述实验管理系统进行结果显示，随之结束访问。
本发明具有如下优点。
(1)本发明设计是基于虚拟仪器技术的虚拟实验室，通过Web网络浏览器来实现对该系统的登录和管理，以达到虚拟实验系统的有效管理。本发明设计整个系统基本采用Labview语言完成虚拟程序的编写，同时借助Web浏览器和数据库等技术对Labview的支持，完成用户网络登录、身份识别，实验模块的调用，实验过程、结论数据、实验报告的管理和查询的有效管理；
(2)根据本发明的实验管理系统是计算机、信息、实验管理等多学科的交叉，通过网络进行访问，改善了实验环境，提高实验的管理效率；
(3)根据本发明的实验管理系统实现虚拟实验资源的有效管理，使得实验及测试设备的综合成本明显下降，为实验室建设提供一条新的思路。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (14)

1.一种基于虚拟仪器技术的实验管理系统，包括：
-登录管理模块，其使得所述实验管理系统的不同使用对象采用不同的登录模式登录所述实验管理系统；
-实验项目模块，其通过所述虚拟仪器技术提供实验项目，以供登录后的所述使用对象进行实验；
-实验数据管理模块，其用于存储所述实验管理系统运行过程中的实验数据，并汇总所述实验数据；
-实验成绩生成模块，其根据所述实验数据生成实验成绩；
其中，所述使用对象通过网络访问所述实验管理系统的各个模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述使用对象包括：
-普通用户，其使用所述实验管理系统接受实验教学；
-管理员，其使用所述实验管理系统对所述普通用户进行实验教学。
3.根据权利要求2所述的系统，其中：
-当所述使用对象为所述管理员时，其可在所述实验项目模块生成指向具体实验程序的实验项目列表；
-当所述使用对象为所述普通用户时，其可通过所述实验项目列表访问所述实验程序。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述实验数据包括实验程序的过程及结果、实验程序的处理数据、及提交的实验报告。
5.根据权利要求4所述的系统，其中：
-所述管理员使用所述实验数据通过所述实验成绩生成模块生成实验成绩；
-所述普通用户通过所述实验成绩生成模块查询与其相对应的所述实验成绩。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述网络为局域网或者广域网。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述实验管理系统通过Labview Web服务发布。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述使用对象通过浏览器访问所述实验管理系统。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述登录管理模块通过用户名、密码及等级来标识所述使用对象。
10.一种基于虚拟仪器技术的实验管理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)判定所述实验的使用对象的类型，并根据所述类型进行不同的授权；
(b)利用虚拟仪器技术提供实验项目，以供经判定的所述使用对象进行实验；
(c)存储所述实验的运行过程中的数据，并汇总所述实验数据；
(d)根据所述实验数据生成实验成绩；
其中，所述使用对象通过网络执行上述各步骤。
11.如权利要求10所述的实验管理方法，其特征在于，所述使用对象包括：
-普通用户，其接受实验教学；
-管理员，其对所述普通用户进行实验教学。
12.如权利要求10所述的实验管理方法，其特征在于，
-当所述使用对象为所述管理员时，其可在步骤(b)中生成指向具体实验程序的实验项目列表；
-当所述使用对象为所述普通用户时，其可在步骤(b)中通过所述实验项目进行实验操作。
13.如权利要求12所述的实验管理方法，其特征在于，所述实验数据包括实验程序的过程及结果、实验程序的处理数据、及提交的实验报告。
14.如权利要求13所述的实验管理方法，其特征在于，步骤(d)中
-所述管理员使用生成实验成绩；
-所述普通用户查询与其相对应的所述实验成绩。
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