La instrumentación virtual remota en la Intranet académica con fines docentes RESUMEN

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1 La instrumentación virtual remota en la Intranet académica con fines docentes Luis Gabriel Viciedo Caraballoso * Ernesto Valdés Zaldivar ** Angel Emilio Castañeda Hevia *** * Departamento de Informática, Facultad de Informática, Universidad de Ciego de Avila, Carretera de Morón Km. 9, Ciego de Avila, Cuba. ** Centro de Investigaciones en Investigaciones en Microelectrónica *** Centro de Referencia para la Educación de Avanzada RESUMEN En este trabajo se proponen los elementos básicos de una estrategia de enseñanza para el desarrollo de prácticas de laboratorios en la disciplina de Instrumentación en el tercer año de la carrera de Automática. Partiendo del LabVIEW 6i se interactúa con los VI (Virtual Instruments) en paginas Web desde lugares distantes de la Intranet académica, empleando herramientas para el control remoto como VNC (Virtual Network Computer) y el LabVNC disponibles como Open Source en Internet. Igualmente se analizan dentro de la estrategia algunas consideraciones de seguridad, reutilización y modificación de los VI en diferentes prácticas de laboratorio.

2 INTRODUCCIÓN Como parte de la búsqueda de estrategias de enseñanza para el desarrollo de la instrumentación virtual remota en la disciplina de Instrumentación en la carrera de Ingeniería en Automática en el Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, se analizaron varias herramientas para que los estudiantes puedan controlar instrumentos virtuales desde Intranet académica. La compañía National Instruments ha definido un instrumento virtual (IV) de la siguiente manera: Un instrumento que no es real, se ejecuta en una computadora y tienes sus funciones definidas por software. (National Instruments, 2001). Precisamente a este software, creado en el año 1986 por Truchard y Kodosky, se le dio el nombre de Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, o comúnmente LabVIEW, por lo que podemos plantear que la instrumentación virtual es un sistema de medición, análisis y control de señales físicas con una computadora por medio de instrumentos virtuales. Una de las mayores dificultades para realizar una práctica de laboratorio con este tipo de instrumentos consiste en la posibilidad de que sean visualizados simultáneamente por los estudiantes desde lugares remotos de la red y que existan determinadas pautas de seguridad en la interactividad, de manera tal de que no se comprometa la evolución lógica del experimento. En líneas generales, en el puesto de trabajo donde se efectúa el montaje experimental se incluye una computadora que hará las funciones de servidor, con lo que se brinda a los estudiantes el medio para intervenir en el control de la práctica de manera efectiva y segura, por medio de un navegador o una ventana de visualización.

3 Computadora Cliente Control del panel remoto Intranet académica o Internet Computadora Servidor Panel principal y aplicaciones Computadora Cliente Visualización del panel remoto En el campo de la instrumentación virtual remota, existe una abrumadora cantidad de literatura especializada dirigida a aplicaciones en la industria y en menor medida, a analizar la conversión de esta a situaciones de tecnología educativa, en este último caso, en ocasiones se transfieren estrategias del primer tipo al segundo sin considerar las características de ambos campos, con lo que efectivamente, funcionan las aplicaciones igual que en la industria, pero pueden no ser muy apropiadas para la enseñanza o no tienen posibilidades de adaptarse a los cambios tecnológicos que suelen suceder con celeridad. Al definirse dentro del diseño de la estrategia de enseñanza el LabVIEW como lenguaje de programación para estructurar los instrumentos virtuales, se toman en cuenta varios procederes para manejar el control y visualización de los estudiantes en los experimentos:

4 1. Una primera opción es la tradicional opción cliente servidor en que a traves del CGI (Common Gateway Interface) se controlan los instrumentos virtuales que aparecen en un navegador determinado. Esta opción limita la interacción de los estudiantes a la escritura de datos en el navegador del cliente y a un mínimo CGI CGI VIs Web Browser Web Server LabVIEW intercambio con los controles de los instrumentos. Otra restricción está en la imposibilidad de trabajo con datos en tiempo real, ya que la página del navegador está obligada a actualizaciones cada cierto tiempo. 2. La segunda opción es la de controles ActiveX y una herramienta del LabVIEW denominada Data Socket que permite enviar los datos entre el usuario y el experimento en cuestión. Como puede inferirse, los elementos de seguridad disminuyen pero los niveles de interactividad son más altos, si se esta a la búsqueda de un trabajo más independiente y cercano a la realidad. Con el uso de los controles ActiveX esta opción está limitada a aquellas computadoras con Windows como sistema operativo. Active X Web Browser Data Socket

5 3. Esta opción más reciente incluye el uso del Data Socket y de Java. Las posibilidades de interacción con los controles de los instrumentos virtuales son Java Web Browser Data Socket LabVIEW amplias y los niveles de seguridad están en dependencia de la programación hecha en Java. Para nuestro trabajo, combinamos la filosofía de cliente-servidor con las potencialidades de interacción de Java, con ayuda de las herramientas VNC y LabVNC.

6 MATERIALES Y METODOS Para el acceso remoto y control de los instrumentos virtuales fueron empleados como herramientas de trabajo el VNC (Virtual Network Computer, y el LabVNC (Virtual Network Computer for LabVIEW, Virtual Network Computer (VNC) El protocolo VNC, acrónimo de Virtual Network Computing, permite usar entornos gráficos (o entornos X) de máquinas remotas que no necesariamente cuentan con el mismo sistema operativo. Construido sobre la arquitectura cliente-servidor, para realizar la conexión a una máquina remota es imprescindible que ésta esté corriendo un servidor VNC, denominado VNC Server y para conectarse a ella necesitamos el VNC Viewer como cliente VNC. Una ventaja importante que emerge en este protocolo en sus diferentes versiones, es la posibilidad de que cualquier computadora en un momento determinado permita el trabajo con la ventana de visualización y en otro como servidor de los instrumentos virtuales, pero nunca ambas funciones a la vez. Igualmente está la perspectiva de que pueden concurrir en la visualización de los instrumentos virtuales tantas personas como sean necesarias, siempre y cuando posean la clave de entrada correspondiente. Las opciones visualización se obtienen en la ventana de propiedades de servidor VNC como se muestra en la figura 4 Obsérvese que en Connection Setting se ofrece la posibilidad de autorizar o no el control de los instrumentos virtuales desde la computadora remota o del servidor, por medio del teclado y el mouse, lo que ofrece importantes elementos de seguridad. En cuanto a la ventana de visualización para los estudiantes es importante que

7 se seleccione siempre la opción Shared, precisamente para no desconectar otros estudiantes de la ventana en la medida de que se incorporen a la misma. Existen dos maneras de acceder a la ventana de visualización: la primera es por medio de un navegador tal como Internet Explorer o Netscape, en este caso, debe escribirse en la ventana de direcciones URL lo siguiente: <nombre o número de IP del servidor>:5800/ y a continuación aparecerá la ventana solicitando la clave de entrada, accediéndose

8 a los instrumentos virtuales directamente en área de visualización del navegador. Virtual Network Computer for LabVIEW (LabVNC) El LabVNC usa un applet de Java, en el que una representación exacta del instrumento virtual que usted escogió, funcionará en un navegador remoto donde el cliente tiene control completo del VI como si estuviera en su escritorio. Basado en el protocolo VNC, el LabVNC se ofrece bajo los términos del GLP (GNU Public License). El LabVNC contiene un instrumento virtual que funciona como panel de control, algunas DLLs y un ejecutable binario que es el LabVNC Server, que dada sus características debe tener instalado el LabVIEW 6.0 o superior en la computadora que hace las funciones de servidor. La otra opción es usando el directamente la ventana de visualización, en ese caso antes de iniciar la visualización, debe asegurarse que la computadora que ejerce las funciones del servidor tiene funcionado el VNC Server. A continuación en la computadora a visualizar los instrumentos virtuales, se ejecuta el VNC Viewer donde aparece una ventana que solicita el nombre ó número de IP del servidor, seguidamente, otra ventana donde se demanda la clave de entrada y aparecerá la ventana de visualización correspondiente.

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10 RESULTADOS Las prácticas de laboratorios visualizadas en la Intranet académica del ISPJAE con las herramientas LabVNC y VNC fueron realizadas con éxito en ambos casos, aunque la opción VNC ofrece mayores variantes en cuanto a seguridad y visualización. Las opciones de visualización y control remoto de los controles de los instrumentos no mostró ninguna diferencia entre la opción del navegador (se usó Internet Explorer 5.5 y Netscape 6 ), y la ventana de visualización del VNC y del LabVNC.

11 Al inicio de la experiencia, la mayor incidencia desfavorable reportada fue que los estudiantes no marcaban la opción de compartir la ventana de visualización y esto provocaba la desconexión automática de todos aquellos que estaban ya conectados y trabajando sobre la ventana. Una vez ganada la habilidad correspondiente este problema quedó resuelto. Quedo evidenciada la necesidad de reestructuración de algunas prácticas de laboratorios de la asignatura de Instrumentación en Automática, para explotar con mayor profundidad la eventualidad de conexiones espaciadas en tiempo de los estudiantes en la Intranet académica y la de introducir la opción de chat para resolver dudas y fomentar el trabajo colaborativo entre los estudiantes.. RECOMENDACIONES

12 Organizar la página Web de las prácticas de laboratorio de la asignatura de Instrumentación para que esta sirva de portal para acceder a las prácticas de laboratorios previstas a efectuar a bajo la modalidad de experimentación asistida por computadora. La práctica de laboratorio previa debe tener una estructura de curso a distancia, para preparar a los estudiantes y profesores en las potencialidades de las herramientas utilizadas. Cada práctica de laboratorio debe incluir un forum de discusión a través del chat, organizado en la página Web correspondiente, para el fomento del trabajo colaborativo y intercambio de información entre estudiantes, profesores y expertos que accedan a la práctica remota. BIBLIOGRAFÍA Buckman, A. B (2000). A Course in Computer-based Ins-trumentation:learning LabVIEW TM with Case Studies[Special Issue: LabVIEW Applications in Engineering Education]. International Journal of Engineering Education,16(3), Buckman, A. B. (2000). VI-Based Introductory Electrical Engineering Laboratory Course [Special Issue: LabVIEW Applications in Engineering Education]. International Journal of Engineering Education, 16(3), Consonni, D., y Seabra, A. C. (2001). A Modern Approach to Teaching Basic Experimental Electricity and Electronics. IEEE Transactions on Education, 44(1), Ertugrul, N. (2000). Towards Virtual Laboratories: a Survey of LabVIEW based Teaching/Learning Tools and Future Trends [Spe-cial Issue: LabVIEW Applications in Engineering Education]. International Journal of Engineering Education, (16), House R. (1995). Choosing the right Software for Data Acquisition. IEEE Spectrum, Johanson M., Gäfvert M., y Aström K. J. (1998). Interactive Tools for Education in Automatic Control. IEEE Control Systems Magazine, 18(4), National Instruments, (2001). Our History. Disponible en Pulido, J., Serrano, C., & Chacón, R. (2001). Monitoreo y Control de Procesos a través de la Web. III Simposio de Control Automático. Habana, Cuba Schär, S. G., y Krueger, H. (2000). Using New Learning Tech-nologies with Multimedia. IEEE Multimedia, 7(3),

13 Schwartz, T., y Dunkin B. M. (2000). Facilit ating Interdisciplinary Hands-on Learning using LabVIEW [Special Issue: LabVIEW Applications in Engineering Education]. International Journal of Engineering Education, 16(3),

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