對測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺的設(shè)計分析

摘 要：測控技術(shù)、虛擬儀器是高校自動化與儀器專業(yè)課程教學體系中的重要組成部分，其專業(yè)技術(shù)性、實踐性相對較強。在教育信息化建設(shè)背景下，為提升測控技術(shù)與虛擬儀器課程實踐教學質(zhì)量。依據(jù)課程特征與實踐教學需求，從硬件系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)兩個層面出發(fā)，進行了測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺的設(shè)計。該平臺的應(yīng)用可有效提升實踐教學的深度與廣度，滿足多層次教學需求，為學生理論知識與技能的理論與實踐學習奠定良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：測控技術(shù)；虛擬儀器；實驗平臺設(shè)計

引言

在高校自動化與儀器專業(yè)教學中，測控技術(shù)與虛擬儀器是學生所需學習的基礎(chǔ)課程，在豐富學生專業(yè)知識與技能，培養(yǎng)學生專業(yè)實踐能力等方面存在重要硬性。由測控技術(shù)與虛擬儀器課程實際教學要求與教學內(nèi)容可知，其技術(shù)性、實驗性相對較強，實驗教學占整體教學比重較大。對此，為滿足課程教學要求，提升課程教學質(zhì)量，實現(xiàn)現(xiàn)有實驗教學的有效延伸，為教學研究提供優(yōu)質(zhì)的資源環(huán)境，有必要加強測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺設(shè)計。

一、測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺設(shè)計思路

測控技術(shù)與虛擬儀器教學設(shè)計的內(nèi)容相對較多，且技術(shù)性、實驗性強，如理工專業(yè)測控技術(shù)涉及到自動控制原理、自動測試技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、電子通信技術(shù)等；虛擬儀器的實驗教學，其實驗裝置包括示波器、頻率計、波形記錄儀等。因此，測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺設(shè)計需滿足多項測控技術(shù)與虛擬儀器實驗要求，存在較強的開放性、創(chuàng)新性與適用性。在此次平臺設(shè)計過程中，利用PXI（Peripheral Component Interconnection，外圍組件互連）總線技術(shù)與LabWindouw/CVI軟件開發(fā)技術(shù)進行實踐[1]。平臺主要由便攜式機箱、電纜、教學實驗箱體、配套設(shè)備等共同組成。能夠依據(jù)已設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)實驗自動控制，在手動模式操作下實現(xiàn)實驗自主設(shè)計。

二、測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺硬件系統(tǒng)設(shè)計

測控技術(shù)與虛擬儀表綜合實驗平臺硬件系統(tǒng)的設(shè)計主要包括兩大部門：一為由PXI嵌入式零槽控制裝置、數(shù)字萬用表、多功能數(shù)據(jù)采集裝置、任意波形發(fā)生裝置、便攜式機箱主體、多路復(fù)用開關(guān)以及雙口隔離轉(zhuǎn)換裝置等共同組成的便攜式機箱；二為由光電、溫度傳感器，直流電機，自動實驗?zāi)Ｊ介_關(guān)，手動實驗?zāi)Ｊ介_關(guān)等共同組成的教學實驗箱，功能在于為測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺提供被測控裝置，以便于學生利用實驗裝置完成便捷式箱體內(nèi)部各模塊的實驗操作，包括溫度測量、電機控制等[2]。與此同時，在教學實驗箱設(shè)計過程中，將實驗面板劃分為十個區(qū)域，并通過模擬量輸入與輸出通道、數(shù)字量輸入與輸出通道、T/C定時、電氣信號測量以及電機測速等接口與計算機實現(xiàn)有效通信，并依托軟件系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的處理與分析。

三、測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺軟件系統(tǒng)設(shè)計

測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺軟件系統(tǒng)的設(shè)計，是系統(tǒng)設(shè)計工作中的重點，是促進實驗教學內(nèi)容有效落實的關(guān)鍵。在本次軟件系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用LabWindouw/CVI軟件開發(fā)技術(shù)進行實踐。LabWindouw/CVI軟件開發(fā)是一種交互式的C語言開發(fā)平臺，蘊含著豐富的測量、分析、工程設(shè)計資源，在測試軟件開發(fā)、故障分析軟件開發(fā)、控制與信息處理軟件開發(fā)等領(lǐng)域存在廣泛應(yīng)用性。與此同時，LabWindouw/CVI能夠有效將C語言與測控技術(shù)相結(jié)合，提升開發(fā)環(huán)境的開放性，為測控技術(shù)實驗教學與虛擬儀器實驗教學及其相關(guān)實驗教學提供服務(wù)。與此同時，嚴格遵循“規(guī)范性”、“嚴謹性”、“層次性”、“參數(shù)與模塊性”等原則進行實驗平臺的設(shè)計，以促進軟件系統(tǒng)與硬件系統(tǒng)的有效連接，增強實驗儀器與工具操作的便利性、可行性。此外，在本次綜合實驗平臺軟件系統(tǒng)設(shè)計中，將實驗平臺共分成兩部分：一為由資源管理體系與信息管控體系組成的系統(tǒng)平臺，用于對系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備、元件運行情況進行管理；實現(xiàn)用戶實驗數(shù)據(jù)、操作數(shù)據(jù)、實驗文檔、實驗成績等信息的有效管控。二為由基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性、工程性實驗?zāi)K組成的實驗平臺。能夠有效滿足測控技術(shù)與虛擬儀器課程實驗教學需求，包括頻譜分析實驗教學、數(shù)字濾波器實驗教學、信號概率密度與相關(guān)性實驗教學、遠程測控實驗教學、ITEM文檔研發(fā)實驗教學、電子電路故障分析實驗教學、自動化測試系統(tǒng)設(shè)計培訓、PXI總線應(yīng)用傳感器測速實驗教學、電橋電路實驗教學、直流電機測速實驗教學、多傳感器綜合實驗教學等[3]。例如，在電子電路測試實驗教學中，可利用基于PXI總線與LabWindouw/CVI軟件開發(fā)的測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺對放大器電路、二極管元件、施密特電路等的特性進行直觀展現(xiàn)，幫助學生對電子元器件、電子電路工作原理進行進一步的了解與掌握，提升學生基礎(chǔ)理論知識學習效率，使學生在實驗體驗中，感知知識學習樂趣。

四、測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺應(yīng)用分析

以虛擬儀器實驗教學中的“信號發(fā)生器開發(fā)”為例，應(yīng)用測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺，有效實現(xiàn)對標準波形（如正弦波）、非標性波形（如隨機信號、白噪聲等）等的直觀顯示（圖1），學生通過系統(tǒng)顯示結(jié)果，對PXI總線的相關(guān)內(nèi)容具有了更為深刻的理解。與此同時，利用LabWindouw/CVI圖形化編程系統(tǒng)進行編程，其程序的控制性相對較強，為學生自主操作能力的強化奠定了基礎(chǔ)，有利于增強學生實驗教學活動參與積極性，提高其對虛擬儀器板卡的應(yīng)用能力。

結(jié)論

總而言之，測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺的設(shè)計與應(yīng)用對提升自動化與儀器專業(yè)教學質(zhì)量與效率存在積極影響作用。本文結(jié)合測控技術(shù)與虛擬儀器課程教學要求與特征，利用PXI總線技術(shù)與LabWindouw/CVI技術(shù)設(shè)計了綜合實驗平臺，該平臺資源豐富、實驗教學內(nèi)容新穎、系統(tǒng)管理與維修便利，可有效滿足不同層次以及相關(guān)專業(yè)學生實踐教學需求，提升實驗教學開發(fā)性、創(chuàng)新性。

參考文獻

[1]王朕，秦亮，肖支才.測控技術(shù)與虛擬儀器綜合實驗平臺的設(shè)計[J].實驗技術(shù)與管理，2018，35（06）：113-117.

[2]張文正.基于LabVIEW的虛擬儀器技術(shù)在機械電子綜合實驗中應(yīng)用[J].赤峰學院學報（自然科學版），2016，32（06）：37-39.

[3]楊文龍，陳東方，匡忠輝，肖曉琳.電信號測控虛擬儀器的研發(fā)及在實訓中的應(yīng)用[J].中國職業(yè)技術(shù)教育，2015（07）：47-52.

（作者單位：北京交通大學海濱學院）