利用NeptuneLab網(wǎng)絡綜合測試管理平臺有效提高模電實驗教學效果

◇樂山師范學院電子與材料工程學院 余江

本文重點闡述了網(wǎng)絡綜合測試管理平臺的遠程操控和使用方法，并將這種網(wǎng)絡化的操控管理方式應用于模擬電路實驗課的測試教學環(huán)節(jié)中，有效提高了實驗課的實驗教學效果。

傳統(tǒng)的模電實驗課需要老師一開始要對電子測試儀器（示波器、信號源）的使用方法進行詳細的講述，往往在這個教學過程中花費了大量的時間進行指導收效也不太理想，學生在對實驗儀器的使用過程中難免會操作不當，或開啟了不合理的使用模式或關(guān)閉了正常測試菜單的輔助測試功能等，都對實驗儀器的正常使用和老師對實驗儀器的重新矯正帶來了諸多困難，另外還存在個別同學的實驗報告有抄襲數(shù)據(jù)的現(xiàn)象，對此，我們新建了一套基于NeptuneLab網(wǎng)絡綜合測試管理平臺，將20套各種實驗儀器設備通過一臺電腦服務器進行網(wǎng)絡連接，以達到突破傳統(tǒng)教學管理模式的目的。

1 管理系統(tǒng)的建立與使用

1.1 管理系統(tǒng)的建立

我們通過招標組建了20套（帶網(wǎng)口的數(shù)字存儲示波器和函數(shù)信號發(fā)生器）實驗測試平臺，這些儀器都需要進行IP地址的手動配置：（20臺示波器的IP地址是從192.168.1.11～192.168.1.30，20臺信號源的IP地址是從192.168.1.101～192.168.1.120），實驗位的IP地址還可根據(jù)實驗儀器的增加在管理系統(tǒng)軟件上進行添加和修改。

1.2 管理軟件的使用

我們打開管理軟件后即可在電腦界面上觀看到如圖1所示教師端界面，軟件顯示功能主要有：配置實驗位、實驗報告模板管理、設備資產(chǎn)信息；下面一排就是對示波器和信號源的相關(guān)操作菜單，它們分別是：批量操作、設備鎖定、同步配置、AUTO（自動設備控制）、恢復出廠設置、更新設備固件、載入任意波形等。

圖1 教師機管理控制界面

（1）批量操作：在界面的中央是依次排列顯示的所有實驗設備管理信息，高亮彩色顯示按鈕就是處于在線的動態(tài)機，灰色部分按鈕表示該設備不在線上，還有就是電源、萬用表和毫伏表我們還未配備，所以它的顯示也是灰色按鈕，并且每個圖標上面都有一個復選框，我們可以進行單選和多選操作，當在示波器的右側(cè)復選框里選擇了所有在線的示波器后，就可對示波器進行批量操作了，同樣信號源也有相應的批量操作功能。

（2）設備鎖定：當我們想對某個學生端的示波器或信號源進行單個鎖定設備和解鎖設備的操作時，就可選定該組的示波器或信號源的復選框打√，如果對該組學生端的實驗設備進行了鎖定操作后，學生端的設備就不能操作了，只有解鎖后學生端才能恢復操作和使用。

（3）同步配置：我們還可對選定的某組設備進行同步配置操作，也可將20臺實驗設備進行一次同步配置，同步配置功能非常實用，就是將所有的實驗設備同步到一個相同的初始狀態(tài)，這種設備的初始狀態(tài)是可以對某臺示波器或信號源進行自行設置，再通過導出本機配置文件予以保存，再將導出的本機配置文件在不到一分鐘的時間就同步配置到了這20臺的設備中去。

（4）AUTO（自動設備控制）：我們還可對示波器進行一個AUTO設置，這種AUTO設置是示波器對信號的自動控制查找功能，有開啟和禁用兩種操作，一旦教師機進行了AUTO的禁用操作后，學生端就只能進行手動查找操作信號。

（5）恢復出廠設置：這項功能操作需謹慎對待，如果一旦示波器處在一個錯亂的狀態(tài)而調(diào)不回來后，才被迫需要進行此操作使之恢復到出廠時的設置。

（6）設備更新固件：此操作是需要廠家提供一個遠程操作才能來完成設備的更新。

（7）載入任意波形：這項功能是只針對信號源的一個操作，信號源是支持任意波形的編輯和下載功能的，可在電腦上進行非規(guī)則波形的繪制并生成*.bs文件，并將這種編輯好的任意波文件下載到信號源的任意通道中去就行了。

2 利用管理系統(tǒng)中配置實驗位的操作功能來實現(xiàn)對實驗儀器的教學演示

2.1 示波器遠程操控

我們可以在教師端電腦顯示的實驗位動態(tài)機中點擊某臺在線示波器按鈕，打開示波器的控制窗口，如圖2所示，通過操作示波器的虛擬控制界面（和實物面板上的功能布局完全一致）來同步操控、演示和講解數(shù)字存儲示波器的使用方法，在教師機虛擬示波器的操作過程中我們會看到相應的操作響應，該示波器是4蹤數(shù)字存儲示波器，有自動測量和手動光標測量兩種方式，4個通道的波形顯示是通過4種不同顏色的波形進行區(qū)分，并對應有4個不同通道的選擇按鈕進行選定顯示，如果教師機這邊不進行操作，學生端進行示波器的操作，同樣可以在教師機上看到學生端的操作，這種互動式的操作演示學習，方便了學生可通過示波器或投影儀能直觀的感受到老師的調(diào)試和操作過程，這樣的教學方式能起到事半功倍的教學效果。

圖2 示波器操控界面

2.2 信號源的遠程操控

我們也可用同樣的方法通過點擊在線動態(tài)機信號源界面來操控同步信號源（目前我們只配置了示波器和信號源這兩種網(wǎng)絡設備），如圖3所示，該信號源有2個信號輸出口，可以同時輸出兩路不同的周期信號，信號源界面上顯示的波形和參數(shù)與輸出端口的按鈕燈亮暗來提示與區(qū)分，對輸出信號波形的參數(shù)調(diào)節(jié)也是有按鍵輸入加旋鈕的調(diào)節(jié)方式來進行，方便操作，同樣通過操作教師機的信號源的虛擬控制面板來來實現(xiàn)對信號源的遠程網(wǎng)絡操作控制，就能在學生端的信號源或投影儀直觀的看到老師的調(diào)試和操作過程，方便了學生對信號源的理解和使用方法的學習。

圖3 信號源操控界面

3 利用教師機中的批量操作來對設備進行有效維護與管理

3.1 實驗設備的統(tǒng)一維護

學生在使用完實驗儀器后會因操作不當，或開啟了不合理的使用模式或關(guān)閉了正常測試菜單的輔助功能或預設的波形和參數(shù)不對等，都對下次學生實驗的正常使用帶來了許多不便，也給老師進行實驗儀器的維護工作帶來了諸多困難；為此，我們可以通過兩種方法對所有設備進行同步，第一種方法是將一臺設置好的示波器或信號源通過教師機進行設備同步操作就可同步到所有的設備中去，第二種方法是對示波器和信號源進行有效設置好以后，再通過導出本機配置按鈕生成一個配置文件，這樣就可以將預先調(diào)試好的示波器或信號源的配置文件通過批量操作的方式同步配置到所有的20套設備中去了，方便、快捷又有效。

3.2 設備資產(chǎn)動態(tài)管理

由于我們的設備已經(jīng)聯(lián)網(wǎng)，所以所有設備資產(chǎn)信息也是在線自動錄入到我們的資產(chǎn)管理信息表格里，不需要手動匹配，可將它導入為EXECL文件隨時進行查閱，它顯示的信息有：設備類型、設備型號、設備SN、使用時長、所在實驗位、實驗位IP（如表1所示）。

表1 部分設備資產(chǎn)信息表

4 利用教師機的遠程控制和在線動態(tài)數(shù)據(jù)提取與截圖功能對學生實驗進行有效監(jiān)控

4.1 實驗過程管理

在模電實驗教學過程中，教師可以隨時通過教師端鎖定某學生端實驗位的動態(tài)機，進行遠程同步觀察學生的實驗情況，如發(fā)現(xiàn)有明顯的操作不當和違規(guī)行為可在教師端立馬鎖定其使用設備，并當面告誡學生哪方面的操作不當，讓他們認識到所要改正的錯誤之處后方可重新對其設備解鎖，這樣方便了教師對學生實驗的有效指導。

4.2 學生實驗數(shù)據(jù)的遠程提取

老師可以事先建立一個當天實驗項目的每組實驗位的數(shù)據(jù)記錄文檔，如圖4所示，左邊這張圖中是教師機通過點擊圖標的圓形區(qū)域提取的學生位1的示波器和信號源波形圖以及相關(guān)的測試數(shù)據(jù)為峰峰值1.54V頻率10kHz，右邊圖是學生位2的示波器信號源的波形圖和測試的數(shù)據(jù)為峰峰值1.52V頻率1.5kHz，同時，教師還可通過操作界面上學生位的“提取實驗報告按鈕”不定時在線截取示波器波形和自動生成的測試數(shù)據(jù)保存到文檔里，同樣的方法也可對信號源進行相同的操作來提取學生實驗波形和數(shù)據(jù)，以備和學生提交的實驗報告數(shù)據(jù)進行核對，從而能有效杜絕個別學生實驗報告數(shù)據(jù)抄襲的現(xiàn)象。

圖4 學生位1和2的波形截圖及示波器參數(shù)測量數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語

隨著電子信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們打破原有的模電實驗教學管理模式，引進了一套基于NeptuneLab網(wǎng)絡化的綜合測試管理平臺，不僅對實驗設備的工作狀態(tài)和資產(chǎn)使用時長等進行了精準的信息化管理，而且還能較好的促進實驗教學效果的進一步提高。