• Карта сайта
  • Сделать стартовой
  • Добавить в избранное

  •   ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА МАТЕРИАЛЫ НОВОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННЫЕ КУРСЫ

    РЕКЛАМА

    РЕДАКТОР ЭЛЕКТРОННЫХ КУРСОВ WEBSOFT COURSELAB
    Мощное средство для разработки электронных курсов
    Скачать демо-версию

    Технологии создания учебных материалов

    Конструктор виртуального лабораторного практикума

    Пакет LabVIEW - среда конструирования виртуального лабораторного практикума

    П
    акет LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench) представляет собой универсальную систему (инструмент) программирования с расширенными библиотеками программ, ориентированную на решение задач управления инструментальными средствами измерения и задач сбора, обработки и представления экспериментальных данных. В более общем определении LabVIEW можно рассматривать как интегрированную среду разработки, отладки и выполнения программ  для измерительных, тестирующих и управляющих систем, аппаратно-программных комплексов сбора, обработки и представления измерительной информации. LabVIEW - высоко интерактивная система, предназначенная для наиболее эффективного взаимодействия разработчика программной системы и среды разработки. Она содержит развитую систему меню, проблеммно-ориентированные библиотеки стандартных модулей и процедур для задач проектирования систем сбора и обработки данных, традиционные средства разработки и отладки программных продуктов.
    LabVIEW - система визуального (графического) программирования. Ее характерной особенностью является использование универсального объектно-ориентированного языка визуального программирования, который оперирует графическими символами - пиктограммами, изображениями органов управления, приборных индикаторов,  других элементов, близких и понятных предметной области инженеров и проектировщиков средств измерения. Это дает возможность  пользователю даже с небольшим опытом программирования создавать качественный программный продукт, готовый для решения широкого круга прикладных задач. В процессе работы с LabVIEW пользователь создает программные модули, называемые виртуальными инструментами (ВИ), поскольку их назначение и характер функционирования в составе ЭВМ соответствует характеру функционирования реальных инструментов. Такие программные модули содержат мощные библиотеки математических функций, позволяющих решать задачи обработки сигналов, корреляционно-спектрального и регрессионного анализа анализа,  фильтрации и статистической обработки данных, других функций. Используя подобные библиотеки, ВИ позволяют решать широкий комплекс задач измерения, контроля и регулирования, управления объектами. 
    Виртуальные инструменты, создаваемые в среде LabVIEW, включают три основные части: 

      • переднюю панель
      • блок-диаграмму 
      • пиктограмму-соединитель.

    Передняя панель - интерактивный графический интерфейс пользователя, имитирующий лицевую панель реального физического инструмента. Она может содержать графические изображения кнопок, клавиш, цифровых и логических органов управления и индикации, которые обеспечивают большую наглядность выполнения процедур ввода команд управления и отображения результатов эксперимента на экране компьютера. Используя манипулятор "мышь", оператор управляет работой ВИ, имитируя действие с обычными органами управления физических приборов.

    Блок-диаграмма представляет графическое изображение программы, задающей алгоритм решения задачи и являясь в то же время  "исходным текстом" для спроектированного ВИ. Виртуальный инструмент получает инструкции от блок-диаграммы, которая конструируется на языке графического программирования  (язык G). На рис.4.3.1 приведена передняя панель и блок-диаграмма виртуального инструмента "Частотный анализатор".
     Пиктограмма-соединитель - графический символ ВИ, который задает условное обозначение данного ВИ в общей иерархии виртуальных инструментов, а также определяет схему входо-выходных терминалов ВИ, через которые осуществляется его подключение к другим ВИ. Пиктограмма-соединитель работает подобно графическому параметрическому списку так, что остальные ВИ могут передавать данные к субблокам ВИ. Последнее качество обеспечивает принцип модульности и иерархии системы ВИ, позволяя самостоятельно выполнять как программы верхнего уровня, так и подпрограммы нижнего уровня.


    Рис.4.3.1. 

    Рис.4.3.2

    ВИ как приложение, создаваемое в среде LabVIEW (LV-приложение), имеет модульно-иерархическую структуру. Подобная структура  представляет собой иерархию модулей, каждый из которых является  самостоятельным суб-модулем (суб-блоком), который может рассматриваться как самостоятельный ВИ - субВИ со своей передней панелью, блок-диаграммой и пиктограммой-соединителем. Разбив блок-диаграмму ВИ на отдельные суб-блоки - субВИ, можно их использовать как самостоятельные инструменты или компоненты  для построения ВИ более сложной архитектуры. В то же время, создав пиктограмму для собственного ВИ, его можно использовать как отдельный независимый элемент в других ВИ.
    Объекты передней панели.  Проблемная ориентированность пакета LabVIEW обуславливает наличие специальной библиотеки объектов, предназначенных для конструирования передней панели виртуального инструмента. Библиотека доступна в режиме редактирования и открывается выбором Control главного меню, которое находится в окне после выбора Show Diagram  меню  Windows (Рис.4.3.2). Основными разделами библиотеки, в которых сконцентрированы объекты создания передних панелей ВИ, являются:

      • Numeric- библиотека цифровых органов управления и индикаторов
      • Boolean - библиотека органов управления и индикаторов логического (булевского) типа
      • String - библиотека органов управления и индикаторов строкового типа
      • Array & Cluster - библиотека органов управления и индикаторов массивов и кластеров
      • Graph - библиотека индикаторов отображения графиков
      • Path & RefNum - библиотека органов управления и индикаторов отображения связей и ссылочных номеров
      • Decorations - библиотека элементов декоративного оформления передней панели.
    Примеры некоторых объектов передней панели, соответствующих органам управления (а) и индикаторам (в), приведены на рис. 4.3.3a. и рис. 4.3.3b. Выбор нужного органа управления или индикатора осуществляется открытием соотвотствующего окна меню и щелчком курсора мыши на требуемом объекте.
    Объекты блок-диаграммы.  Блок-диаграмма - это по сути программный код приложения. Объекты конструирования блок-диаграммы ВИ сгруппированы в библиотеках, которые становятся доступными в режиме редактирования. Все объекты конструирования блок-диаграмм разделяются на различные типы, к которым относятся:
      • узлы
      • терминалы
      • соединения. 
    Узлы - программно-исполняемые элементы, которые являются аналогами элементов языка программирования, как утверждения, операторы, функции, процедуры. К узлам также относятся узлы кодовых интерфейсов, формулы, атрибуты органов управления и т.д.


    Рис.4.3.3.а

    Рис.4.3.3.б

    Терминалы - это порты, через которые передаются данные между блок-диаграммой и передней панелью, так же как и между узлами на блок-диаграмме. Терминалы подразумевают соответствие определенным пиктограммам функций, а также и самим виртуальным инструментам. Для отображения терминала некоторой функции или ВИ необходимо вызвать их пиктограмму и вызвать опцию Show Terminal во всплывающем меню данного объекта.
    Соединения - передают данные между входными и выходными терминалами элементов блок-диаграммы. Они изображаются в виде линий различного типа, связывающих отдельные пиктограммы или терминалы  на блок-диаграмме.
    Библиотеки объектов конструирования блок-диаграммы открываются  после выбора опции Functions главного меню, которое находится в окне блок-диаграмм и открывается после выбора Show Panel  меню  Windows (Рис.4.3.4):


     Рис.4.3.4

     Рис.4.3.5

    Основными библиотеками объектов конструирования блок-диаграммы ВИ являются:

      • Struct & Constants - библиотека узлов, называемых "структуры", и различных констант
      • Arithmetic - библиотека математических функций и выражений
      • Trig & Log - библиотека тригонометрических и логических функций и выражений
      • Comparison - библиотека функций сравнения и условий сопоставления
      • Conversion - библиотека обратных преобразований
      • String - библиотека объектов и функций работы со строками
      • Array & Claster - библиотека функций работы с массивами и кластерами
      • File I/O - библиотека функций работы  с файлами
      • Dialog & Date/Time - библиотека функций управления данными и временными характеристиками, 
    а также ряд других библиотек, содержащих необходимые структуры. В этих же библиотеках находятся некоторые стандартных блоки и суб-ВИ, которые могут быть использованы как отдельные самостоятельные элементы блок-диаграммы.
    4.3.2. Виртуальный практикум в Web-среде
    Р
    ешение  задач создания виртуальных лабораторий и организации удаленного доступа к сложным инженерным компьютерным приложениям при использовании сетевых технологий принципиально возможно на основе Java-Web технологий, однако достаточно общая схема создания таких приложений пока еще далеко не сформирована, и сейчас можно говорить лишь о некоторых из возможных путей реализации системы виртуального лабораторного практикума в сетевой среде. Программную имитацию лабораторной установки на базе определенной математической модели исследуемых процессов можно реализовать в форме Java-апплета Так, на рис. 4.3.5 иллюстрируется пример виртуальной лабораторной работы по исследованию системы частотной автоматической подстройки частоты (кафедра "Радиотехника и телекоммуникации" СПбГТУ совместно с ЦДО). При этом, на основе использования возможностей языка, графический интерфейс такой модели выполнен в форме "обычных" регуляторов параметров соответствующей лабораторной установки. Принципиальным является возможность исследования методом численного эксперимента тех характеристик, которые обычно исследуются в реальной установке. Возможности подобной виртуальной "лабораторной установки" могут быть существенно богаче ее физического аналога. Последнее, разумеется,  не означает, что виртуальный практикум может заменить реальный физический эксперимент, но он может существенно ускорить проведение работы в лаборатории, сделать ее более осознанной и продуктивной. 

    В целом ряде случаев создание адекватных программных имитаторов лабораторных установок может  привести к чрезмерно большому размеру байт-кода апплета, и пересылка его по сетевым соединениям может оказаться крайне затруднительна. В такой ситуации сетевые возможности Java-апплетов могут быть использованы для организации удаленного доступа к серверным приложениям посредством Web-интерфейса. Задачей Java-апплета в такой клиент-серверной конфигурации является предоставление возможности пользователю в удобной графической среде сформировать задание для серверного приложения (возможно, выполнив при этом определенную предобработку исходных данных), передать его серверу, и по завершению выполнения задачи переслать результаты соответствующему клиенту. Посредством этого же апплета результаты выполнения задания могут быть представлены в графической форме или на их основе проведены дополнительные, менее требовательные к вычислительным ресурсам, расчеты. Следует отметить, что в такой модели ресурсы сети на этапах формирования и предобработки исходных данных, равно как и при обработке результатов, не используются. Они потребляются лишь для относительно "легких" операций пересылки апплета, задания и результатов моделирования.
     
    Реализация основных элементов описанной выше схемы была проведена при разработке имитатора установки для исследования характеристик модема, предназначенного для работы в составе высокоскоростных спутниковых радиолиний (кафедра "Радиотехника и телекоммуникации" СПбГТУ совместно с ЦДО). Сложность математических моделей компонент модема и процессов цифровой обработки радиосигналов, реализованных в нем, многообразие режимов работы устройства заставили разделить программную реализацию модели на серверную и клиентскую части. Первая была написана на языке Delphi и реализована на достаточно производительном компьютере. Она  ведет расчет характеристик режимов работы устройства, заданных пользователем посредством клиентской части модели, представляющей собой небольшой  Java-апплет (рис.4.3.6). В целом программная реализация модели обеспечивает возможность изменения более 30 параметров, получение результирующей информации в форме графиков исследуемых зависимостей (рис.4.3.7), гистограмм и значений определенных характеристик модема. Все результаты моделирования сохраняются в форме, позволяющей их дальнейшую обработку и повторное использование. При этом, в то время, как размер исполняемого кода серверной части модели достигает 900 кбайт, размер байт-кода этого аплета не превышает 20 кбайт.


    Рис. 4.3.6  

    Рис.4.3.7

    Представляется, что для большого числа пользователей такой способ доступа к большим приложениям будет предпочтительнее их установки на своих компьютерах, ибо им не потребуется модернизировать свои вычислительные ресурсы в соответствии с требованиями приложения и им всегда будет доступна последняя версия программного продукта.  Заметим, что для создания больших удобств зарегистрированным пользователям может быть предоставлен исходный текст  интерфейсного Java-апплета, что позволит им экономить время и средства, обычно затрачиваемые на оплату коммуникационной линии во время его многократной загрузки.

    РЕКЛАМА

    СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОБУЧЕНИЕМ WEBTUTOR
    Готовое решение для создания корпоративного Учебного Портала!!
    Система дистанционного обучения и тестирования
    Учебный портал
    Автоматизация работы корпоративного учебного центра
    Автоматизация процедур оценки персонала

    Более 500 российских компаний уже выбрало WebTutor!
    См. также:
    Дополнительная информация о продукте
    Демо-версия



    Copyright © 2003 www.distance-learning.ru
    e-mail: info@distance-learning.ru

    Дизайн: vladalex.ru
    Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru