基于虛擬儀器技術的機電一體化教學實驗平臺

于秀娜

摘 ?要：具備先進的機電一體化教學實驗設備是培養高素質、高技能的機電一體化技能人才的重要部分之一。但是由于實驗教學中各種原因已經影響了機電一體化教學實驗的教學質量，因此將虛擬儀器技術應用其中，建立一個更加高質的機電一體化教學實驗平臺。本文主要從剖析虛擬儀器技術展開，在了解清楚虛擬儀器技術的基礎上將其融入進機電一體化教學實驗平臺中，旨在為實際的實驗教學提供一定的理論參考。

關鍵詞：虛擬儀器技術;機電一體化教學;實驗教學

引言：機電一體化教學旨在培養出能夠重拾數控設備相關的技術與管理的工作人才。隨著機電一體化技術的快速發展，特別是再加上計算機技術的普及，目前的機電一體化技術是將機械與微電子技術緊密結合在一起的一門技術。因此，該課程想要為我國輸送更多的應用型人才，就應該在日常的教學中將理論與實踐充分結合，特別是在實踐方面。將虛擬儀器技術應用進實驗教學中，能夠起到一定的效果。

一、虛擬儀器技術

所謂的虛擬儀器技術，就是借助高性能的模塊化硬件，再結合高效靈活的軟件完整各種測試、測量和自動化的應用。記住模塊化硬件，能夠提供全方位的系統集成，而高效靈活的軟件則可以創建一個完全個性化、自定義的用戶界面。之所以將虛擬儀器技術融入進機電一體化實驗教學中，主要是看中了其具有性能高、擴展性強、開發時間少、無縫集成的特點。

從發展現狀而言，虛擬儀器技術已經在測試行業、自動化、石油鉆探等領域都有涉及，因此將虛擬儀器技術應用進機電一體化實驗教學中可以借鑒到一定的經驗。

二、機電一體化教學實驗中融入虛擬儀器技術的具體措施

（一）模塊化的I/O硬件。虛擬儀器技術能夠提供各種各樣的硬件產品，從數據的采集、信號處理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口都有。在機電一體化教學實驗平臺中，主要由數據采集與處理模塊、視覺模塊組成[1]。其中的數據采集與處理模塊主要由傳感器、動態應變儀、NI數據采集卡和計算機。這個模塊主要是對柔性機械臂的動態測試從而達到實現數據的采集與處理功能。視覺模塊包括了CCD攝像頭、NI圖像采集卡和計算機。這個模塊的主要功能是對數字圖像進行處理，同時還能夠提供給學生機器視覺研究。

（二）高效靈活的軟件。軟件是虛擬儀器技術中最重要的部分[2]。通過借助正確的軟件工具并設計或者調用特定的程序模塊，就能夠創建一個自己的應用以及友好的人機交互界面。其中能夠提供行業標準圖形化編程的軟件——LabVIEW，其不僅能夠完成基本的各種軟硬件的連接，另外還能夠提供一個強大的數據處理能力，設置數據處理、轉換、儲存的方式，并且將結果顯示出來。此外，其還能夠提供更多交互式的測量工具和更加高層次的系統管理軟件工具，例如針對微軟Visual Studio的

Measurement Studio等，都能夠滿足高性能應用的要求。而這個要求能夠幫助機電一體化在測試應用中發揮出更大的優勢。

將數據采集以及信號處理功能模塊放入進機電一體化教學實驗當中，借助LabVIEW作為試驗的開發工具，在這種情況之下，學生能夠了解到如何測量熱電偶、電熱調節器、應變傳感器等各種傳感器信號，同時學生還可以在實驗過程中了解如何根據不同的硬件配置搭建一個不同的信號測試系統。

（三）加強實踐教學。利用虛擬儀器技術中的視覺反饋的位置控制模塊實現對位置的跟蹤控制。在這個機電一體化教學實驗中其實驗模塊涉及到控制系統的閉環控制、圖像采集、圖像識別以及PD矯正。

實驗中，負責圖像采集的是利用CCD攝像頭和圖像采集卡。在實驗中采集到動態圖像，利用圖像采集卡將其轉換成為數字化體香，接著通過PCI總線即時傳輸到計算機當中，再借助圖像處理對轉換后的圖像做進一步的處理。

在實驗中進行圖像處理時，需要獲取到目標物體的質心坐標，而想要獲得質心坐標就需要先檢車到目標物體的邊緣，得到其輪廓之后再計算出其質心坐標，得到了質心坐標就能夠計算出目標物體的具體位置。整個實驗過程不僅能夠增強學生對虛擬儀器技術的理解，同時還能夠加強其實踐能力。

三、結語

總而言之，將虛擬儀器技術應用進機電一體化教學實驗平臺的建設中，不僅能夠彌補以往的實驗中存在的不足，同時還能夠有效提高學生的實踐能力以及理論結合實踐的能力，對于提高教學效果也有一定幫助。

參考文獻：

[1]潘海彬，張春果，李伯全等.基于虛擬儀器和DataSocket技術的機械振動遠程監測系統[J].儀表技術與傳感器，2012，19（07）：158-159.

[2]簡家文，朱雙東，謝建軍.虛擬儀器技術在傳感器檢測技術實驗教學中的應用[J].合肥工業大學學報（社會科學版），2010，11（05）：136.endprint