LabVIEW在電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用及意義①

黃惠玲

(東莞市信息技術(shù)學(xué)校 廣東東莞 523900)

電子技術(shù)是一門關(guān)于電子元器件的識(shí)別與應(yīng)用、電路分析與檢測(cè)、電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的電類基礎(chǔ)性課程，包含模擬電路、數(shù)字電路、電路分析等內(nèi)容。電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，衍生了許多非常熱門的專業(yè)，如智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防、無(wú)人機(jī)、人工智能、機(jī)器人等，都是電子技術(shù)在不同領(lǐng)域的研究與拓展，如果把它們比喻為“多頭彈道導(dǎo)彈”，電子技術(shù)課程是“多頭彈道導(dǎo)彈”的母艙，專業(yè)研究與拓展方向是“多頭彈道導(dǎo)彈”的彈頭。所以，電子技術(shù)是作為基礎(chǔ)性課程起著舉足輕重的作用。

1 電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)痼疾難克

圖1 烘箱控制電路圖

圖2 烘箱控制電路搭建

電子技術(shù)是一門理論比較枯燥、抽象，實(shí)踐操作、電路應(yīng)用難度比較大，對(duì)學(xué)生要求比較高的學(xué)科。目前，電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式主要有兩種：一種是按照傳統(tǒng)系統(tǒng)性知識(shí)體系組織教學(xué)的模式。把電子技術(shù)的相關(guān)知識(shí)分割成不同的知識(shí)點(diǎn)，并按順序授課、實(shí)訓(xùn)，比如第一章講述二極管，理論和實(shí)訓(xùn)均圍繞二極管相關(guān)內(nèi)容；第二章講述三極管，理論和實(shí)訓(xùn)均圍繞三極管相關(guān)內(nèi)容。這種實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式最大的缺點(diǎn)是內(nèi)容離散，知識(shí)點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)性不高，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)學(xué)完了，但不會(huì)應(yīng)用。另一種是基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法項(xiàng)目式教學(xué)的模式。把教學(xué)內(nèi)容巧妙地設(shè)計(jì)在每個(gè)項(xiàng)目中，學(xué)生在完成項(xiàng)目過(guò)程中完成知識(shí)獲取、技能訓(xùn)練。這種教學(xué)模式有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性，是當(dāng)前中職學(xué)校主流的教學(xué)模式，但實(shí)訓(xùn)教學(xué)大部分仍處于驗(yàn)證階段，不能滿足技能型人才培養(yǎng)需求，更不能發(fā)揮電子技術(shù)作為一門其他衍生專業(yè)的重要基礎(chǔ)性課程的作用。所以，不管是傳統(tǒng)教學(xué)模式還是項(xiàng)目式教學(xué)模式，都不能達(dá)到學(xué)生靈活應(yīng)用電路知識(shí)的目標(biāo)，以滿足人才培養(yǎng)及專業(yè)發(fā)展需求。

我們把電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)設(shè)置分為三個(gè)層次：驗(yàn)證型實(shí)訓(xùn)、設(shè)計(jì)型實(shí)訓(xùn)和綜合型實(shí)訓(xùn)。從人才培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)發(fā)展需求看，只有設(shè)計(jì)型實(shí)訓(xùn)和綜合型實(shí)訓(xùn)才能更好滿足要求，因此，在新型實(shí)訓(xùn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，更新、調(diào)整驗(yàn)證型實(shí)訓(xùn)手段和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，增加設(shè)計(jì)型和綜合型實(shí)訓(xùn)。

圖3 可視化界面

圖4 烘箱控制程序框圖

圖5 物聯(lián)網(wǎng)組成結(jié)構(gòu)

圖6 智能家居組成結(jié)構(gòu)

2 LabVIEW在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用

NI LabVIEW軟件是美國(guó)國(guó)家儀器公司開(kāi)發(fā)的一種圖形化的編程語(yǔ)言，分為前面板窗口及程序框圖窗口，其中前面板窗口是圖形用戶界面，相當(dāng)于實(shí)際儀器的控制面板，它將用戶和程序聯(lián)系起來(lái)，是程序運(yùn)行時(shí)顯示和輸入的交互窗口。NI MyDAQ采集卡采集電路信號(hào)，采集到電路信號(hào)后通過(guò)USB數(shù)據(jù)線傳送到計(jì)算機(jī)，由NI LabVIEW軟件通過(guò)編寫程序框圖完成數(shù)據(jù)的讀取、處理及對(duì)電路的控制。

采用NI LabVIEW軟件和IN MYDAQ數(shù)據(jù)采集卡更新電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)手段，電子電路與計(jì)算機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)電子智能控制的目的，更契合當(dāng)前“智能化”主題，吸引學(xué)生的興趣。以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目搭建“烘箱控制電路”為例，介紹NI LabVIEW軟件在電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的應(yīng)用。

2.1 課前準(zhǔn)備

基于YL-292、YL-1050A教學(xué)實(shí)訓(xùn)模塊，教師根據(jù)“烘箱控制電路”項(xiàng)目要求，設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)。

電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)教師的要求非常高，也給教師帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)，在時(shí)間和精力有限的情況下，建議可以線上購(gòu)買一些跟YL-292、YL-1050A教學(xué)實(shí)訓(xùn)套件相匹配的系統(tǒng)電路圖及單片機(jī)控制程序。本例采用YL-292、YL-1050A教學(xué)實(shí)訓(xùn)套件里面的模塊電路設(shè)計(jì)的“烘箱控制電路”如圖1所示。

2.2 搭建電路

學(xué)生根據(jù)系統(tǒng)電路圖，從YL-292及YL-1050A中準(zhǔn)確選出對(duì)應(yīng)的模塊電路，搭建“烘箱控制電路”。如圖2所示。

模塊電路是由基礎(chǔ)電路組成，功能單一，把相應(yīng)的電路模塊搭建成系統(tǒng)電路，就能具備一定的產(chǎn)品功能，YL-292共有99個(gè)基本模塊電路，YL-1050A共有12個(gè)電路模塊，基本滿足學(xué)生系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)需求。搭建系統(tǒng)電路，使實(shí)訓(xùn)教學(xué)與生活實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)習(xí)不再是云里霧里的抽象與枯燥，而是落到實(shí)處的準(zhǔn)電子產(chǎn)品，如本例的“烘箱控制電路”，為了更好地與實(shí)踐相結(jié)合，在電路功能上設(shè)計(jì)了溫度顯示、溫度設(shè)置、高溫報(bào)警、排氣扇等，教學(xué)的落腳點(diǎn)在于實(shí)用性，與使用體驗(yàn)緊密聯(lián)系。這種實(shí)訓(xùn)模式有以下好處：

（1）增強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的感知認(rèn)識(shí)，提高學(xué)習(xí)興趣；

圖7 育嬰監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖

圖8 基于無(wú)線傳輸?shù)挠龐氡O(jiān)控系統(tǒng)原理框圖

（2）通過(guò)不同電路模塊的組合，實(shí)現(xiàn)不同的電路功能，達(dá)到不同的設(shè)計(jì)需求，有利于對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)以致用的能力；

（3）因?yàn)長(zhǎng)abVIEW具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在電路設(shè)計(jì)時(shí)，LabVIEW可替代微處理器，學(xué)生在不會(huì)C語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言的情況下，仍能進(jìn)行信號(hào)處理。

2.3 智能控制

用NI LabVIEW軟件進(jìn)行程序編寫及可視化界面設(shè)計(jì)。

LabVIEW分為前面板窗口及程序框圖窗口，其中前面板窗口是圖形用戶界面，相當(dāng)于實(shí)際儀器的控制面板，它將用戶和程序聯(lián)系起來(lái)，是程序運(yùn)行時(shí)顯示和輸入的交互窗口。學(xué)生根據(jù)“烘箱控制電路”功能需求在前面板設(shè)計(jì)控制界面，如圖3所示。

烘箱控制界面設(shè)置了溫度顯示窗口、溫度計(jì)、布爾、按鍵、溫度設(shè)置顯示窗口、報(bào)警提示窗口等，根據(jù)它們的功能要求，在程序框圖窗口編寫對(duì)應(yīng)的程序，如圖4所示。

2.4 調(diào)試與檢測(cè)

把NI MyDAQ數(shù)據(jù)采集卡分別接入“烘箱控制電路”和計(jì)算機(jī)調(diào)試程序。

數(shù)據(jù)采集卡的作用是信號(hào)的讀取與寫入，是計(jì)算機(jī)讀取硬件電路信號(hào)，控制硬件電路工作的橋梁。它的工作于數(shù)據(jù)讀取還是寫入硬件電路，取決于LabVIEW的程序設(shè)置。本例中接入采集卡，就可以調(diào)試程序了，如：檢驗(yàn)溫度顯示是否與準(zhǔn)確，是否會(huì)隨環(huán)境溫度變化而變化，能否設(shè)置加熱溫度等，此間需不斷調(diào)整程序編寫，直到滿足系統(tǒng)要求。

LabVIEW在電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的使用，更新了電子實(shí)訓(xùn)手段，結(jié)合模塊電路搭建的使用，調(diào)整了實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，較之傳統(tǒng)電子實(shí)訓(xùn)教學(xué)，有以下優(yōu)勢(shì)：

（1）用戶通過(guò)可視界面控制硬件電路工作，實(shí)訓(xùn)教學(xué)與當(dāng)前熱門的“智能化”緊密結(jié)合，更能吸引學(xué)生，提高學(xué)習(xí)興趣，使電子技術(shù)教學(xué)契合現(xiàn)代工業(yè)大環(huán)境。

（2）傳統(tǒng)電子實(shí)訓(xùn)大部分停留在驗(yàn)證型，很少達(dá)到設(shè)計(jì)型或綜合型實(shí)訓(xùn)，而以LabVIEW為手段，結(jié)合模塊電路搭建的實(shí)訓(xùn)設(shè)置，內(nèi)容更豐富，且滿足綜合型和設(shè)計(jì)型實(shí)訓(xùn)的要求。

（3）LabVIEW結(jié)合模塊電路搭建，電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容具有更好的開(kāi)放性，學(xué)生可以在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下設(shè)計(jì)系統(tǒng)電路，學(xué)以致用，符合企業(yè)崗位需求，符合學(xué)校培養(yǎng)電子技術(shù)技能型人才的目標(biāo)。

（4）加強(qiáng)了電子技術(shù)作為基礎(chǔ)性課程的專業(yè)拓展能力，LabVIEW的使用使實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與“智能”關(guān)聯(lián)性更大了，比如智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防、機(jī)器人等，學(xué)生學(xué)完電子技術(shù)課程就能輕松進(jìn)入不同的智能控制領(lǐng)域。

基于LabVIEW的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)具有可操作性。全國(guó)職業(yè)院校技能競(jìng)賽（中職組）電子電路裝調(diào)與應(yīng)用賽項(xiàng)，其中任務(wù)三就是考核選手電路搭建能力及可視化編程能力，該賽項(xiàng)題庫(kù)公布了超過(guò)40個(gè)搭建電路及可視化界面，可選用其中部分內(nèi)容作為實(shí)訓(xùn)教學(xué)內(nèi)容。

3 LabVIEW對(duì)發(fā)揮電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的意義

電子技術(shù)作為電類基礎(chǔ)性課程，應(yīng)具有較好的專業(yè)拓展性，而LabVIEW在電子技術(shù)中的應(yīng)用就很好地發(fā)揮了電子技術(shù)專業(yè)拓展能力。以電子技術(shù)向物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)拓展為例。

物聯(lián)網(wǎng)分別由：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層組成，它們?nèi)哧P(guān)系如圖5所示。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跨電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等領(lǐng)域。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其中一個(gè)分支--智能家居為例，如圖6所示：感知層是各種傳感器、家居安防、家居控制等，是電子技術(shù)在智能家居的應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)層是信息處理中心；應(yīng)用層就是用戶終端，如智能手機(jī)、電腦、電視終端等。

基于LabVIEW的實(shí)訓(xùn)教學(xué)能培養(yǎng)學(xué)生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的思維，學(xué)生在學(xué)習(xí)完電子技術(shù)后輕松向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)發(fā)展，有效發(fā)揮電子技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)性課程的作用。以實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目“育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”為例：

電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目的育嬰監(jiān)控系統(tǒng)由檢測(cè)電路、信號(hào)采集和可視化控制界面三大模塊組成，如圖7所示。從圖中可以看到，檢測(cè)電路對(duì)應(yīng)的是物聯(lián)網(wǎng)的感應(yīng)層，可視化控制界面對(duì)應(yīng)的是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用層，即用戶端，唯一不同的是電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目沒(méi)有采用網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)信號(hào)傳送到計(jì)算機(jī)終端，而是檢測(cè)電路信號(hào)直接被NI MyDAQ采集卡采集后通過(guò)USB接口把數(shù)據(jù)信號(hào)傳到計(jì)算機(jī)終端。

基于LabVIEW的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)調(diào)整實(shí)訓(xùn)手段和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，采用ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)，讓數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層傳輸，實(shí)現(xiàn)短距離無(wú)線傳輸，這就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在YL-292教學(xué)實(shí)訓(xùn)模塊中含有ZigBee電路模塊和RFID電路模塊，能滿足短距離無(wú)線傳輸實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)。調(diào)整后的“育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目原理圖框圖如圖8所示。

綜合上述，LabVIEW在電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的使用，更新、調(diào)整了電子實(shí)訓(xùn)手段和實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，電子技術(shù)更符合人才培養(yǎng)需求，更好發(fā)揮電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的作用。