2 NI ELVIS和iLabs簡介
2．1 NIELVIS簡介
NI教學實驗虛擬儀器套件(NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite，簡稱ELVIS)是在NI數(shù)據(jù)采集卡和圖形化開發(fā)環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，簡稱LabVIEW)編程的基礎(chǔ)上集成了實驗常用儀器功能的虛擬儀器套件。該套件通過軟硬件相結(jié)合搭建的虛擬儀器開發(fā)平臺。其中軟件部分包括集成的多種通用電路電子測試的軟儀器，如LabVIEW、NI―DAQ開發(fā)軟件等。該套件安裝在計算機軟件前面板(Soft Front Pannel，簡稱SFP)虛擬儀器。NI ELVIS加載了LabVIEW創(chuàng)建的軟件前面板儀器以及儀器的源代碼，通過修改Lab VIEW代碼來更改SFP的功能。NI ELVIS所集成的軟儀器功能：信號分析(示波器，動態(tài)信號分析，波特圖分析，阻抗分析儀等)；數(shù)字萬用表(測量電壓，電流，電阻，電感，二極管的極性等)；信號源(信號發(fā)生器和任意波型發(fā)生器，可手動調(diào)節(jié)，也可編程設(shè)置，并具有掃頻功能)；定時／數(shù)字量(頻率，計數(shù)器和數(shù)字I／O)；直流電源(標準+5 V，±15 V和可變調(diào)節(jié)的±12 V)。而硬件部分包括以數(shù)據(jù)采集卡為中心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，電路搭建平臺(面包板)和ELVIS工作臺。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來測量和分析現(xiàn)實世界的物理量，利用轉(zhuǎn)換器和測試探針或者固定設(shè)備采集測量溫度、壓力、速度等不同類型的電信號，并將其送入計算機處理。該遠程虛擬實驗室采用基于PCI接口的采集卡PCI一6221，該數(shù)據(jù)采集卡具有16路模擬輸入、16位分辨率；采樣速率為250 KS／s；2路模擬輸出，更新速率為833 KS／s；24路數(shù)字I／0 (8路高速可達l MHz)；2個32位80 MHz計數(shù)器／定時器。而硬件電路的搭建平臺(面包板)和ELVIS工作臺的控制面板含有示波器、數(shù)字萬用表、可變電源等儀器，這些基本儀器作為ELVIS可操作的軟面板儀器，并通過連接器在ELVlS軟面板上顯示。面包板與工作臺相連，并搭建相關(guān)電路，允許實驗輸入輸出信號連接。圖1為ELVIS構(gòu)成示意圖。

2．2 iLabs簡介
iLabs是由美國麻省理工學院(MIT)倡導(dǎo)的遠程網(wǎng)絡(luò)實驗室，即MIT公開共享其實驗室，即學生或教師通過互聯(lián)網(wǎng)訪問MIT真實的實驗室，使得高等院校之間能夠共享昂貴設(shè)備以及與實驗室有關(guān)的教學資料。iLabs的最終目標是創(chuàng)造豐富的網(wǎng)上實驗資源，使人們通過網(wǎng)絡(luò)共享實驗資源。目前iLabs實驗系統(tǒng)分為Batched Architecture和Interactive Architecture，前者針對儀器共享網(wǎng)絡(luò)實驗室，后者針對遠程控制實驗室，可以互動控制遠程實驗。該遠程虛擬實驗室采用Interactive Ar-chitecture實驗系統(tǒng)。

3 遠程虛擬實驗室設(shè)計方案
3．1 設(shè)計原理
iLabs網(wǎng)絡(luò)實驗室系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)將在線實驗室分成實驗室服務(wù)器(Lab Server)、實驗室客戶端(Lab Client)、服務(wù)代理端(Service Broker)等功能模塊，如圖2所示。

其中，實驗服務(wù)器是由實驗室管理員操作管理，同時它也是處理執(zhí)行真實在線實驗的硬件，主要用于控制和管理實驗儀器、采集和處理實驗數(shù)據(jù)。實驗客戶端是終端用戶計算機，為用戶提供實驗的交互式操作界面，通過瀏覽器訪問。服務(wù)代理端位于實驗室服務(wù)器和實驗室客戶端的中間，用于交換協(xié)調(diào)這二者之間的信息，用于提供Web接入服務(wù)、用戶認證管理、開放式交互實驗環(huán)境以及動態(tài)網(wǎng)頁生成，并提供存儲和管理服務(wù)。該實驗室Interactive Service Broker是一臺基于ASP2．O的IIS網(wǎng)頁服務(wù)器，后臺使用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫配合用戶管理、動態(tài)網(wǎng)頁生成以及實驗數(shù)據(jù)的存儲和管理。
3．2 硬件構(gòu)成 _
該網(wǎng)絡(luò)實驗室為節(jié)約成本將Lab Server和Service Broker安裝在同一臺電腦上。其主要硬件包括一臺普通電腦為Web服務(wù)器；采集和傳輸實驗設(shè)備數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集卡PCI一6221；提取現(xiàn)場實驗設(shè)備影像的USB接口的攝像頭。NI ELVIS建立實驗?zāi)Ｐ?，搭建實驗電路，?gòu)建小型電子電路系統(tǒng)。
3．3 設(shè)計實現(xiàn)
要實現(xiàn)虛擬儀器在網(wǎng)絡(luò)平臺上的應(yīng)用，必須實現(xiàn)不同應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)共享。雖然TCP／IP,DDE等技術(shù)支持不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享，但不能傳輸動態(tài)數(shù)據(jù)。NI公司提供的Data Socket是專門用于傳輸和發(fā)布動態(tài)數(shù)據(jù)的，簡化網(wǎng)絡(luò)計算機之間尤其是現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸。DataSocket由DataSocketAPI與DataSocket Server兩部分組成。前者用于訪問網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的接口，后者負責提供DSTP協(xié)議和管理底層網(wǎng)絡(luò)通信。DataSocket Server廣播數(shù)據(jù)需要發(fā)布者、DataSocketServer和訂閱者三種角色。發(fā)布者通過DataSocket API向DataSocketServer寫入數(shù)據(jù)，訂閱者通過DataSocket API從DataSocketServer讀取數(shù)據(jù)。利用DataSocket Server實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享，如圖3所示。