使用 LabsL和 Prism4 的远程硬件系统

什么是远程实验室？

在教育和培训领域，远程实验室或远程硬件系统就是硬件和软件系统，可以让学生访问互联网上其他地方的真实设备。远程实验室也可称为远程访问实验室或网络实验室等。学生或学员通常只需通过网络浏览器，就能在任何时候从世界的任何地方访问设备。

例如 FPGA 远程实验室，学生可以在这里控制真正的 FPGA（本例中为带有 Altera FPGA 的 DE1-SoC）。他们可以编写 HDL 代码，进行在线合成，然后将设计发送到 LabsLand 网络上某个可用的 FPGA 远程实验室。随后，学生可以与 FPGA 进行实时交互，同时通过实时视频流观察电路板和实验输出：

（图片来源：Pablo Orduña）

FPGA 是真实存在的，学生可以使用网络浏览器与之进行实时交互。

远程实验室的历史

自上世纪 90 年代中期以来，已有许多此类系统出现在文献中，还有涉及远程工程、化学、物理、机器人、生物和其他实验室的各种倡议。从那时起，人们就开始设计开源软件解决方案，如 LabDiscoveryEngine/WebLab-Deusto、iLab、Labshare 或 RexLab，以便在其基础上构建远程实验室软件。

然而，在硬件方面，大多数远程实验室都是从零开始建造的。这就导致了解决方案不具有可持续性和可扩展性，而且耗时长、成本高，因此阻碍了各所大学创建自己的实验室。

什么是 Prism4？

LabsLand Prism4 是 LabsLand 和 DigiKey 的新产品。这是一款模块化软件和硬件产品，可作为创建、部署远程实验室的框架，其模块化结构包括摄像头、灯光系统、模块化电源管理系统、光扩散系统和光幕。这些组件共同创建了一个可高度定制的远程实验室安装环境。例如，下面是一张空 LabsLand Prism4 的照片，没有正面和背光帘：

（图片来源：Pablo Orduña）

Prism4 可以独立使用，好像是为研究人员创建自己的远程实验室提供了一块整洁的画布，也可以与 LabsLand 合作创建定制解决方案。LabsLand Prism4 还可以与现有的 Prism4 硬件系统一起提供。例如，在上面的 DE1-SoC 例子中，Prism4 硬件系统配有两个像这样的 Phase Dock 工作台板（不含 FPGA）和示波器、支持 4 个 FPGA 的 VGA、音频支持以及更多功能：

（图片来源：Pablo Orduña）

在 Prism4 中安装 Prism4 硬件系统非常简单：将 4 根电缆从工作台板插入 Prism4，然后完成软件注册，就可以使用远程实验室了。

下图所示为 ECEDHA 2024 会议上配备 4 个 DE1-SoC 的完整 Prism4：

（图片来源：Pablo Orduña）

对于有兴趣使用远程实验室的教师或培训人员

方案 1：购买许可证。

对于那些希望立即访问和使用远程实验室的指导人员和培训师，可通过从 DigiKey 购买许可来轻松实现。许可证包括访问 LabsLand 网络中的各种实验室，如 DE1-SoC FPGA、STM32 板、Arduino 机器人和电路板或电子产品。无需硬件，学生也可购买访问权限。LabsLand 将为组织创建一个机构空间，学生可通过该空间访问计划。

方案 2：购买自己的 Prism4。

另外，指导人员也可购买 Prism4 架构，并将其安装在自己的设施中。与只购买许可证相比，这种方案有以下几个优点：

• 学生可以优先使用自己的设备，此外，还可使用 LabsLand 网络上其余的相同设备，
• 学生可以看到自己学校的徽标，
• 学生还可以定制实验室。

这两种选择都包括用于实验室的各种外设，以及与 Canvas、Blackboard 或 Moodle 等学习管理系统的集成、分析等。

（图片来源：Pablo Orduña）

面向有兴趣创建定制型远程实验室的研究人员

想要创建自己的远程实验室的研究人员，可以购买一个空的 Prism4，然后使用 Phase Dock 工作台板构建不同的远程实验室。例如，华盛顿大学远程枢纽实验室使用 Red Pitaya 和 ADALM Pluto 开发了一个软件无线电远程实验室。该团队使用了五个 LabsLand Prism4 架构，每个架构包括四个 Phase Dock 工作台板。

在项目文档网站上，您可以找到相关视频，了解 RHLab 如何被设计为 SDR 设备主机的 3D 部件并安装到 Prism4 中。同样，其他大学也可以使用 Prism4 创建自己的与众不同的远程实验室。