后疫情时代线上教学的普及，让理工类实验课程的远程开展成为行业研究重点。传统线上教学工具仅能满足理论知识的传播，针对需要动手实操的实验课程，存在实践操作不便、课堂监管缺失、实验成果验收效率低等问题。国内现有远程实验系统多以虚拟仿真为主，学生实际动手控制类实验占比低，难以培养实操能力。同时，传统实验成果反馈采用视频、截屏等方式，存在数据量大、传输卡顿、教师无法实时指导的问题，亟需一套能实现远程实测数据采集、实时传输、可视化监测的实验系统。
LabVIEW 作为图形化的虚拟仪器开发平台，具备丰富的数据采集、信号处理函数库，且支持与各类硬件设备、网络协议的无缝对接，结合 TCP/IP 协议的可靠传输特性，成为开发远程实验监测系统的最优技术选择，可有效解决线上实验课的实操与监测痛点，实现学生居家实操、教师远程实时指导的教学需求。
LabVIEW 技术特性
LabVIEW 以图形化编程为核心，区别于传统文本编程，工程师可通过模块化的函数控件、数据流框图快速搭建程序，大幅降低开发周期，这一特性让实验系统的快速开发与功能迭代成为可能。平台内置多类数据采集专用控件，可直接对接温湿度、压力、电压等各类传感器，完成模拟信号到数字信号的转换，无需额外编写复杂的信号转换代码，适配实验教学中多类型的数据采集需求。
同时，LabVIEW 提供完善的网络通信函数库，封装了 TCP 连接、数据读写、连接关闭等核心功能，开发者仅需简单配置参数即可实现网络数据传输，结合其强大的可视化设计能力，可快速制作包含波形图、数据面板、参数设置区的虚拟仪器界面，让师生通过直观的图形化界面完成实验操作与数据监测。此外，LabVIEW 支持数据的多格式存储，可直接将采集数据导出为 Excel、TXT 等格式，兼顾数据的实时分析与归档管理，且平台的兼容性强，可在 Windows、Linux 等多系统运行，适配师生不同的终端设备。
系统整体设计
本系统基于 LabVIEW 搭建核心框架，结合 TCP/IP 协议实现远程数据通信，采用 C/S 架构设计，师生共用一套虚拟仪器界面，分为学生端与教师端两个操作端，核心实现实时数据采集、远程数据传输、数据处理存储、虚拟仪器仿真四大功能，系统运行流程围绕 LabVIEW 的功能逻辑设计：程序启动后，用户选择数据采集或虚拟信号生成功能，配置对应的 IP 地址与端口号，选定信号通道并自定义波形、采样等参数，若为虚拟仿真模式可选择叠加噪声，随后系统完成数据采集或信号生成，最终实现数据的可视化展示与本地自动存储。
系统的硬件端可对接各类实验箱与传感器，软件端依托 LabVIEW 完成全部功能开发，无需额外搭载其他开发平台，整体架构简洁，操作门槛低，适配学生居家实验的设备条件，同时教师端可通过网络直接连接学生端实验设备，实现实验数据的实时读取与操作指导，让线上实验课具备与线下实验一致的实操性与互动性。
数据采集模块开发
数据采集模块是系统的核心，完全基于 LabVIEW 的网络通信与数据采集函数实现，核心调用 LabVIEW 中打开 TCP 连接、读取 TCP 数据、关闭 TCP 连接三个封装函数，开发者仅需在函数面板中配置目标 IP 地址、远程端口号，即可建立教师端与学生端的 TCP 可靠连接，解决了传统网络传输中数据丢包、卡顿的问题。
LabVIEW 的采集函数支持自定义读取模式与字节数，可精准获取服务器端传输的实验数据，同时该模块具备极强的通用性，通过 LabVIEW 的硬件接口控件，可直接对接温湿度、光电、振动等不同类型传感器，仅需更换传感器并在 LabVIEW 中简单配置采集参数，即可实现对应物理量的数据采集，无需重构程序框架。学生端通过该模块将实验设备采集的实时数据传输至 LabVIEW 前面板，以波形图形式实时展示，教师端通过连接学生端 IP，可同步查看波形数据，直观判断实验操作的正确性。
数据处理与存储
TCP 协议传输的报文数据包含冗余信息，LabVIEW 通过字符串处理与数据类型转换函数，对接收的报文数据进行有效信息截取，将字符串类型的原始数据转换为浮点型数值并整合为数组，再通过 LabVIEW 的波形图控件实现数据的可视化展示，该过程全程在 LabVIEW 内部完成，无需调用外部工具，处理效率高，且波形图支持实时刷新、坐标缩放、数据点查看，方便师生精准分析实验数据。
在数据存储方面，利用 LabVIEW 的报表生成与文件 I/O 函数，将处理后的有效数据自动导出为 Excel 格式并本地存储，存储路径与文件命名可在 LabVIEW 中提前配置，实现统一格式化归档。相较于传统的视频、图片存储方式，Excel 文件占用存储空间小，且教师可直接对数据进行排序、计算、分析，同时 LabVIEW 的自动存储功能可实现采集与存储同步进行，避免学生漏交实验数据，大幅提升实验成果的管理效率。
虚拟信号发生器实现
依托 LabVIEW 的基本函数发生器控件，开发系统的虚拟信号发生器模块，完全还原物理信号发生器的功能，用户可在 LabVIEW 前面板通过输入控件自定义信号的频率、幅值、采样率、采样数等参数，支持正弦波、三角波、方波等多种波形生成，信号生成后直接与 LabVIEW 的双通道波形图控件连接，可实现单通道独立显示或双通道叠加显示。
为贴近真实实验环境，LabVIEW 的噪声生成函数可向自定义信号叠加白噪声、高斯噪声，噪声幅值可通过滑动控件自由调节，让学生在居家无物理仪器的条件下，体验信号发生器与双踪示波器的操作流程。该模块的所有功能均通过 LabVIEW 的模块化控件组合实现，无需额外硬件支持，学生通过点击、拖拽等简单操作即可完成信号设置与波形观测，充分调动实操积极性，解决了线上实验课无仪器可用的核心问题。
系统应用优势
基于 LabVIEW 开发的该系统，完美适配线上实验教学的需求，依托 LabVIEW 的图形化界面，师生无需具备专业的编程知识，即可快速上手操作，降低了系统的使用门槛。LabVIEW 的实时数据处理与可视化能力，让教师可通过波形图实时监测学生的实验数据，发现问题后可立即指导学生调整实验参数，学生端的 LabVIEW 界面可同步反馈调整后的波形变化，实现教师与学生的实时互动，大幅提升线上实验课的教学效率。
系统的虚拟仪器模块依托 LabVIEW 的仿真能力，让学生在无物理实验设备的条件下完成实操训练，培养仪器操作与数据观测能力，而数据采集模块则可对接物理设备，实现实测数据的远程传输，兼顾虚拟仿真与实际操作两种实验模式。同时，LabVIEW 的多格式存储与通用化设计，让系统可适配不同学科、不同类型的实验教学，且系统仅需联网即可运行，不受场地、设备的限制，部署成本低。
实验验证与效果
为验证系统的实用性，选取温湿度采集实验与虚拟信号生成实验进行测试。温湿度实验中，将温湿度传感器对接实验设备，在 LabVIEW 中配置 TCP 连接参数，实验设备作为服务器端，系统作为客户端实现数据的远程无线传输，LabVIEW 实时将采集数据转换为波形图，温度与湿度波形平稳，数据与实际环境一致，且 Excel 存储数据与波形图完全匹配，无数据丢失、偏差问题。
虚拟信号生成实验中，在 LabVIEW 中设置 CH1 为 1.5Hz、2V 幅值的正弦波，CH2 为 2Hz、2V 幅值的三角波，采样率 1kHz、采样数 1000，叠加幅值 1 的高斯噪声，LabVIEW 的双通道波形图清晰展示了叠加噪声后的信号波形，无失真、延迟现象，完美还原了物理仪器的实验效果。两次实验均验证，LabVIEW 可稳定实现数据采集、信号生成、远程传输等功能，系统运行可靠，数据精准度高。
