基于虚拟仪器的实验教学平台设计

第ｌ５卷第４期　２０１３年８月　衡水学院学报　Ｊｏｕｍａｌ　ｏｆＨｅｎｇｓｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ＶＯ１．１５．ＮＯ．４　Ａｕｇ．２０１３　基于虚拟仪器的实验教学平台设计　范智平　，宛传平　，周　荣　（１．安徽科技学院机电与车辆工程学院，安徽凤阳２３３１００；２．成都技师学院，四川　成都６１００００）　摘要：实验教学对于提高学生的实践动手能力非常重要，基于虚拟仪器的实验教学平台能够降低实验成本并提高学生学　习的积极性．采用灵活性较好的ＰＣＩ插卡式数据采集卡构成实验教学平台的硬件系统，能够实现数据信号发生等功能，同　时能够实现网上远程教学，实现资源优化．　关键词：Ｌａｂ　ＶＩＥＷ；ＰＣＩ采集卡；信号发生器；虚拟仪器；实验教学平台　中图分类号：ＴＰ３１７　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３．２０６５（２０１３）０４．００２１．０３　近年来，高校的扩招给实验室教学带来较大压力．对于理工科学生来讲，具备实践动手能力既是自身素质的　发展，更是为了满足社会的需求．而实践动手能力的培养在高校主要是通过实验课完成，然而传统实验课具有设　备昂贵、教学手段单一、理论知识与实践动手操作相分离、学生学习缺乏主动性及创造性等缺点．将虚拟仪器引　入到实验教学中，构建基于虚拟仪器技术的实验教学平台，不仅降低了实验成本，同时培养了学生学习的积极　性，提高了学生的动手能力【Ｊ　Ｊ．　虚拟仪器起源于２０世纪８０年代的美国，指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器．由通用个人计算机、模块　化功能硬件和控制软件组成【　，操作人员通过友好的图形用户界面以及图形化编程语言来控制仪器的运行，完成　对被测试量的采集、分析、判断、显示、存储以及数据生成等功能．　通过分析比较，本文采用灵活性较好的ＰＣＩ插卡式数据采集卡（ＰＣ．ＤＡＱ）硬件体系结构构成实验教学平台　的硬件系统，设计并实现了数据信号发生等功能，此类实验室具有修改和改进计算机虚拟驱动程序，不需要增加　新的硬件设备，并且具有分析处理数据的功能，同时虚拟仪器具有开展网上远程教学的工程功能．　１　电气类虚拟仪器实验平台硬件实现　电气类虚拟仪器实验教学平台由ＰＣＩ插卡式数据采集卡（ＰＣ．ＤＡＱ）方式构建，硬件部分由传感器、信号调　理器、数据采集卡组成，图ｌ给出了基于虚拟仪器的电子类实验平台的结构框图．　图１　虚拟仪器实验平台结构框图　通过传感器将接收到的信号经信号调理系统调理后传递到数据采集卡，数据采集卡安装测试后完成对数据的　转换，将现场物理信号转变为电信号，这一转换过程直接影响虚拟仪器测试系统采集功能的速度与精度，数据采　集板卡将采集与读取转换后的数据传递给ＰＣ机，并通过虚拟仪器软件平台实现对实验教学系统的设计．　根据电气类实验教学系统的实验要求精度与准确度，电气类虚拟仪器实验教学系统采用数据采集卡　收稿日期：２０１３．０３．２０　基金项目：安徽科技学院重点建设学科支持项目（ＡＫＸＫ２０１０２—５）；安徽高校省级自然科学研究项目（ＫＪ２０１０２Ｚ０５７）　安徽科技学院青年基金（ＺＲＣ２０１１２８７）　作者简介：范智平（１９８３－），女，内蒙古锡林浩特人，安徽科技学院机电与车辆工程学院教师，工学硕士：　宛传平（１９７５一），男，安徽庐江人，安徽科技学院机电与车辆工程学院教师，工学硕士．　２２　衡水学院学报投稿平台：ｈｔｔｐ：／／ｈｓｓｚ．ｃｂｐｔ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／　第１　５卷　ＰＣＩ２０１３，ＰＣＩ２０１３卡是一种基于ＰＣＩ总线的数据采集卡，具有较高的分辨率与转换精度，可直接插在ＩＢＭ．ＰＣ／ＡＴ　或与之兼容的计算机内的任－－ＰＣＩ插槽中［３】，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析　和处理系统．也可构成工业生产过程监控系统．　２电气类虚拟仪器实验平台软件实现　在ＬａｂⅥＥｗ中可以通过外挂式调用驱动程序，实现相互兼容．数据采集软件的实现可以通过Ｌａｂ　ＶＩＥＷ提供的　动态链接库函数创建数据采集卡的接口函数，本实验平台采用非空查询方式获取Ａ／Ｄ数据，流程如图２所示．　图２非空查询方式流程图　在虚拟仪器实验教学平台中数据采集使用ＦＩＦＯ非空标志读取ＡＤ数据，并释放设备上的ＡＤ控件，完成数　据的采集．虚拟仪器的核心部件是软件，通过不断地修改程序可以实现功能完全不同的实验项目．因此，虚拟仪　器并不虚拟，而面对的是真实的物理系统．也就是“软件就是仪器”，只要利用数据采集卡，就可以在计算上构　造新的仪器系统，由软件进行编程实现不同的功能．以典型信号发生器为例说明高校虚拟仪器实验室的建立【　．　在电气实验室中，信号发生源必不可少，传统的信号发生源功能简单单一，而且价格昂贵，利用虚拟仪器技　术可产生参数随实验条件改变的信号源，所产生的信号源具有如下特点：１）频率在１０～１００　Ｈｚ；２）所产生信号　的相位、占空比等参数可根据实验进行微调与粗调；３）使用方便简单．　虚拟信号发生器前面板主要设置以下控件：　１）信号类型：用来选择实验所需的波形．　２）幅值：在一个周期内，信号出现的最大值．　３）频率：信号周期的倒数．　４）占空比：高电平在一个周期之内所占的时间比率．　５）ＳＴＯＰ：程序结束，停止运行．　虚拟信号发生器调用函数时使用归一化频率，因此要将输入的数字频率单位转化为归一化频率单位，也即将　单位统－Ｎ周期数／采样数．虚拟典型信号发生器前面板如图３所示：