發(fā)布時(shí)間：2023-03-21 17:08:48
序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的虛擬儀器技術(shù)論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
【關(guān)鍵詞】Labview軟件;MATLAB軟件;Visual Basic軟件;JAVA軟件;優(yōu)缺點(diǎn)
1.引言
傳統(tǒng)示波器是電子工業(yè)、科學(xué)研究和教學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域中一種必備的儀器，并且都在這些領(lǐng)域中占有重要的地位。在高速發(fā)展的現(xiàn)代科技技術(shù)下，對(duì)傳統(tǒng)測控儀器提出了新的技術(shù)要求，主要包括智能化、自動(dòng)化、多樣化等等[1]。傳統(tǒng)儀器跟其他傳統(tǒng)測控儀器一樣，越來越不能滿足這些新技術(shù)的要求，與此同時(shí)，新儀器的開發(fā)對(duì)開發(fā)商與用戶都帶來了更大的挑戰(zhàn)?；谏鲜鲈颍滦偷臏y控儀器設(shè)備的出現(xiàn)是當(dāng)務(wù)之急，虛擬儀器這個(gè)概念變得不再陌生。
虛擬儀器的開發(fā)基于強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件和硬件，把傳感器技術(shù)，自動(dòng)化控制技術(shù)等有效的融合在一起[2]。軟件設(shè)計(jì)平臺(tái)的靈活性，依據(jù)用戶不同的特殊需求創(chuàng)建出人機(jī)友好操作界面，實(shí)現(xiàn)并取代各類特殊、昂貴的測試儀器的功能。
實(shí)現(xiàn)用戶友好操作界面的軟件操作平臺(tái)有很多，例如，Labview軟件，MATLAB軟件，Visual Basic軟件，JAVA軟件等，本文將對(duì)實(shí)現(xiàn)虛擬示波器用戶操作界面的開發(fā)性軟件進(jìn)行比較。
2.虛擬儀器的發(fā)展
2.1 國外發(fā)展?fàn)顩r
近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少的虛擬儀器開發(fā)軟件，方便了開發(fā)商利用這些開發(fā)軟件組建自己的虛擬儀器或測試系統(tǒng)，并編制測試軟件，最具影響力的是NI公司的Labview和Labwindows/CVi開發(fā)軟件，美國HP公司的HP-VEE和HPTIG平臺(tái)軟件，美國Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS軟件以及HEM Data公司的Snap-Master平臺(tái)軟件等都是國際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)[3]。從1988年陸續(xù)有虛擬儀器產(chǎn)品面市，當(dāng)時(shí)有五家制造商推出30種產(chǎn)品。此后，虛擬儀器產(chǎn)品每年成倍增加，到1994年底，虛擬儀器制造廠已達(dá)95家共生產(chǎn)1000多種虛擬儀器產(chǎn)品，銷售額達(dá)2.93億美元，占整個(gè)儀器銷售額73億的40%。美國是虛擬儀器的誕生地，也是全球最大的虛擬儀器制造國，生產(chǎn)虛擬儀器的主要廠家有HP公司目前生產(chǎn)100多種型號(hào)的虛擬儀器，Tektroflix公司目前生產(chǎn)約80多種型號(hào)的虛擬儀器。
2.2 國內(nèi)發(fā)展?fàn)顩r
國內(nèi)虛擬儀器的開發(fā)和研究起步相對(duì)比較晚，清華大學(xué)，重慶大學(xué)，西安交大以及東方震動(dòng)和噪聲技術(shù)研究等高校和公司對(duì)虛擬儀器的產(chǎn)品和設(shè)計(jì)平臺(tái)以及NI產(chǎn)品做了大量的研究工作，所研究和開發(fā)的結(jié)果在某些方面都得到了很好的應(yīng)用，比較突出的是重慶大學(xué)測試中心所研究的虛擬儀器，目前，部分院校的實(shí)驗(yàn)室也引入了虛擬儀器系統(tǒng)，包括上海復(fù)旦大學(xué)，上海交通大學(xué)，華中科技大學(xué)等[4]。于此，又開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研，其中華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院所開發(fā)出的Inventor可重構(gòu)虛擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)、深圳藍(lán)津信息技術(shù)有限公司開發(fā)出的DRVI快速可重組虛擬儀器平臺(tái)等影響力比較大，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員利用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了用于精密播種機(jī)性能檢測的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化系統(tǒng)。山東大學(xué)醫(yī)學(xué)院基于虛擬儀器技術(shù)研究了胸雙極立體心電圖及其三維可視。
2.3 未來的發(fā)展趨勢
虛擬儀器正在持續(xù)且迅速地發(fā)展，它即將取代測量技術(shù)在傳統(tǒng)領(lǐng)域的各類儀器，使儀器的功能和技術(shù)性能方面具有了靈活性和經(jīng)濟(jì)性，因而更適應(yīng)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)迅速發(fā)展和科學(xué)研究所提出的更高更新的測量需求[5]。并且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的不斷完善，虛擬儀器技術(shù)也會(huì)在向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，即基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬儀器，使用的網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器，可以在任何地點(diǎn)，任何時(shí)間獲取測試的數(shù)據(jù)，因此圖像化編輯平臺(tái)的發(fā)展將帶動(dòng)和完善虛擬儀器的發(fā)展。國內(nèi)專家預(yù)測未來的幾年內(nèi)我國將有50%的儀器為虛擬儀器，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
3.幾種虛擬示波器常用開發(fā)環(huán)境的特點(diǎn)
3.1 基于Labview的虛擬示波器
Labview是一種基于圖形編程語言的可視化優(yōu)秀開發(fā)平臺(tái)，它與傳統(tǒng)編程語言最大的區(qū)別是使用圖形語言，以框圖的形式編寫程序[6]。它與VisualC++、visual basic、LabWindows/CVI等編程語言不同，是使用圖形化程序設(shè)計(jì)語言G，而不是基于文本語言的程序代碼，用方框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼，一個(gè)Labview程序主要包括前面板、框圖程序、圖標(biāo)/接線端口3部分[7]。為用戶提供一個(gè)便捷、輕松的設(shè)計(jì)環(huán)境，利用它設(shè)計(jì)者可以像搭積木一樣，輕松組建一個(gè)測量系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并可以任意構(gòu)建儀器面板，而無須進(jìn)行任何繁瑣的計(jì)算機(jī)程序代碼的編程，從而可以大大簡化程序的設(shè)計(jì)。
在設(shè)計(jì)虛擬示波器時(shí)，程序包括數(shù)據(jù)采集，波形顯示，信號(hào)處理，波形存儲(chǔ)和回放幾個(gè)模塊。因而硬件部分的主要功能就是采集外部的信號(hào)，可以是PCI、USB、DAQ等數(shù)據(jù)采集裝置，然后是信號(hào)調(diào)理，目的就是完成信號(hào)緩沖、放大、濾波等功能[8]，Labview開發(fā)平臺(tái)自帶的函數(shù)具有強(qiáng)大的信號(hào)處理功能，充分發(fā)揮Labview的優(yōu)勢所在。在它的前面板上可以非常直觀地顯示出旋鈕，開關(guān)，波形等示波器應(yīng)有的界面設(shè)置，參數(shù)設(shè)置，可以根據(jù)開發(fā)者的想法自行定義，具有很強(qiáng)的靈活性[9]，真正的操控系統(tǒng)的是后面板，建立功能模塊，元器件的連接，按鍵功能的實(shí)現(xiàn)等等，模塊化的實(shí)現(xiàn)使虛擬示波器的功能更加完善。
3.2 基于MATLAB的虛擬示波器
MATLAB是Matrix和Labortaty前三個(gè)字母的縮寫，意思是“距陣實(shí)驗(yàn)室”[10]。是一套功能十分強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助和設(shè)計(jì)教學(xué)軟件，MATLAB具有以下的主要功能：數(shù)值計(jì)算功能，符號(hào)計(jì)算功能，圖形處理功能及可視化功能，可視化建模及動(dòng)態(tài)仿真功能。
基于MATLAB平臺(tái)設(shè)計(jì)的虛擬示波器可以充分發(fā)揮它的數(shù)據(jù)分析功能，不僅方便了實(shí)驗(yàn)研究，也可以為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了有效的途徑[11]。基于MATLAB的虛擬示波器硬件系統(tǒng)主要是完成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要有MCU、數(shù)字I/O、A/D、數(shù)據(jù)通信接口，以及電源部分組成。而對(duì)計(jì)算機(jī)串口以及數(shù)據(jù)輸入的控制，由MATLAB軟件的儀器控制工具箱中的函數(shù)來完成。通過調(diào)用MATLAB的數(shù)據(jù)采集，畫圖程序來完善虛擬示波器的功能。MATLAB是很好的數(shù)據(jù)分析處理軟件，而將其與Labview相結(jié)合編程可以極大的提高系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、分析、故障診斷的能力，具有很強(qiáng)的技術(shù)提升空間。
3.3 基于Visual Basic的虛擬示波器
Visual Basic簡稱VB，是Microsoft公司推出的一種Windows應(yīng)用程序開發(fā)工具。在界面設(shè)計(jì)、文件處理、多媒體應(yīng)用、數(shù)據(jù)訪問等方面提供了有力的幫助，具有易懂、易學(xué)的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于虛擬示波器開發(fā)而言，VB在數(shù)據(jù)處理和圖形顯示方面不如Labview。在使用VB開發(fā)工業(yè)測量與控制系統(tǒng)應(yīng)用軟件時(shí)，需要對(duì)待測量信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示、以及實(shí)時(shí)處理等VB并不擅長。對(duì)此類應(yīng)用程序的開發(fā)，最為理想的解決方案是將VB的圖形用戶界面開發(fā)及其他方面的優(yōu)勢和LabVIEW在數(shù)據(jù)采集、顯示與處理方面的優(yōu)勢結(jié)合起來[12]，互相取長補(bǔ)短，從而開發(fā)出功能更加強(qiáng)大的測控軟件系統(tǒng)。
MATLAB與VB的結(jié)合主要有兩種方式。其一是在VB中引入MATRIXVB，使得VB可以調(diào)用MATLAB函數(shù)。其二是將在MATLAB中編寫的文件編譯成VB可以調(diào)用的DLL文件。通過混合編程，利用VB和MATRIXVB，快速、簡潔地生成虛擬儀器[13]。
3.4 基于JAVA的虛擬示波器
JAVA是由Sun Microsystems公司推出的JAVA程序設(shè)計(jì)語言和平臺(tái)的總稱。面向?qū)ο蟮囊淮尉幾g隨處運(yùn)行的高級(jí)語言，提供了強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)支持，用Java實(shí)現(xiàn)的HotJava瀏覽器跨平臺(tái)、動(dòng)感的Web、Internet計(jì)算的功能。推動(dòng)了Web的迅速發(fā)展，常用的瀏覽器均支持Java applet[14]?；贘AVA開發(fā)網(wǎng)絡(luò)化的虛擬測控系統(tǒng)具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)和跨平臺(tái)的優(yōu)勢。
基于JAVA的網(wǎng)絡(luò)化虛擬示波器，利用socket和多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使用雙緩存技術(shù)解決了波形顯示時(shí)的閃爍問題，由系統(tǒng)啟動(dòng)用戶界面線程，同時(shí)啟動(dòng)不斷偵聽對(duì)客戶連接請(qǐng)求的線程。如果偵聽到客戶的連接請(qǐng)求，就開辟一個(gè)新的線程來處理其連接請(qǐng)求。與此同時(shí)還要查詢數(shù)據(jù)是否已經(jīng)傳送完畢，一旦完成便要通知用戶界面線程更新界面。
除了上述的幾種開發(fā)平臺(tái)外，還有C++ Bulider，Visual ，VC等都可以是結(jié)合多種軟件的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，另外國內(nèi)也有一些虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)，如吉林大學(xué)自主研發(fā)的圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabScene，重慶大學(xué)研制的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)VMIDS等等[15]。并在相應(yīng)領(lǐng)域取得了一定的成果。
4.結(jié)束語
在各領(lǐng)域的應(yīng)用中，虛擬儀器正在取代著傳統(tǒng)儀器，它的優(yōu)勢也是顯而易見的，它的出現(xiàn)是儀器界的一次革命，具體表現(xiàn)為：智能化程度高，處理能力強(qiáng);復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低;可操作性強(qiáng)等等。對(duì)于虛擬儀器的設(shè)計(jì)而言，軟件設(shè)計(jì)是核心，對(duì)于每一種虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)都有它自己的特色與缺陷，MATLAB是一款數(shù)字處理與圖形化處理的強(qiáng)大軟件，在設(shè)計(jì)虛擬示波器時(shí)可以發(fā)揮它強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)于Visual Basic而言，它的缺陷是存在的，但它是一款作為結(jié)合型開發(fā)軟件的好處;利用JAVA的開發(fā)的虛擬儀器是現(xiàn)在乃至未來的重要開發(fā)平臺(tái)，它是儀器朝著網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，就目前而言，Labview是虛擬示波器開發(fā)軟件的首選，它的圖型化編程語言使用戶和開發(fā)者都能比較容易理解。在實(shí)際應(yīng)用中，我們不僅僅局限于單種軟件開發(fā)工具，可以將它們結(jié)合起來使用，取長補(bǔ)短，各抒其長，會(huì)使所開發(fā)的虛擬儀器得到更全面的設(shè)計(jì)。再者在實(shí)施方案前，對(duì)開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行分析探討、比較，最終選擇適合的虛擬平臺(tái)，對(duì)之后的工作會(huì)帶來更多的便利。
參考文獻(xiàn)
[1]王波.虛擬示波器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘇州大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.
[2]王維喜.基于聲卡的多功能虛擬示波器和虛擬函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)[D].青島大學(xué)學(xué)位論文，2009.
[3]李艷.基于Labview虛擬儀器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用[D].南京理工大學(xué)學(xué)位論文，2006.
[4]丁鵬.基于USB數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器的研究和設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué)學(xué)位論文，2010.
[5]王美剛.基于聲卡的虛擬儀器[D].太原理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2006.
[6]姜碧瓊.基于Labview的虛擬示波器的設(shè)計(jì)[D].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)位論文，2008.
[7]朱紅林，劉武.基于Labview的虛擬示波器的設(shè)計(jì)[J].電子工程師.2006.32（11）：17-19.
[8]曾秀云.基于虛擬儀器的信號(hào)采集與控制系統(tǒng)開發(fā)[D].電子科技大學(xué).2010.
[9]朱治國，鄭建榮，劉小平等.虛擬儀器及常用開發(fā)軟件[J].現(xiàn)代儀器，2004，1：28-31.
[10]薛德慶，姚世鋒，劉銳，蔡繼軍.MATLAB在虛擬儀器中的編程應(yīng)用研究[J].傳感器與儀器儀表，2006，22（5-1）：157-159.
[11]羅彬，曾岳南，張雪群.基于MATLAB的虛擬示波器設(shè)計(jì)[J].儀器儀表用戶，2006.13（4）：107-110.
[12]宋波，陳一民.關(guān)于虛擬儀器開發(fā)工具的比較與選取[J].國外電子測量技術(shù)，2006，25（8）：1-5.
[13]戴永彬，關(guān)維國.VB和MATRIXVB在虛擬示波器中的應(yīng)用[J].儀表技術(shù)，2004（6）：21-22.
【關(guān)鍵詞】虛擬儀器 實(shí)驗(yàn)教學(xué) 創(chuàng)新能力
計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器的結(jié)合是當(dāng)今儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向，這種結(jié)合有兩種方式，一種方式是將計(jì)算機(jī)裝入儀器中，這就是所謂的智能化儀器，隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大和體積的日趨縮小，這類儀器的功能越來越強(qiáng)大，有著廣泛的應(yīng)用前景。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)中，充分利用計(jì)算機(jī)的軟硬件資源和操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，這就是所謂的虛擬儀器。
一、虛擬儀器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢
虛擬實(shí)驗(yàn)室具有易于構(gòu)建，易于實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)硬件及測試數(shù)據(jù)共享，便于異地在線檢測和遠(yuǎn)程測控等特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使得虛擬儀器在學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中可以發(fā)揮重要作用。運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)，可以應(yīng)用現(xiàn)有設(shè)備搭建功能強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從而節(jié)省大量的購置設(shè)備費(fèi)用，可以提高儀器界面的人機(jī)交互能力和可視化程度，給實(shí)驗(yàn)者提供更好用的儀器。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室相比，虛擬實(shí)驗(yàn)室具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1.能充分利用計(jì)算機(jī)現(xiàn)有資源；2.容易實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新；3.自動(dòng)化、智能化程度高；4.功能齊全、靈活、方便。這些優(yōu)點(diǎn)在實(shí)踐教學(xué)中產(chǎn)生了不可忽視的作用，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的不足。虛擬儀器最簡單的應(yīng)用就是代替常規(guī)的儀器，如函數(shù)發(fā)生器、示波器等，對(duì)實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生及波形記錄，可以取得較好的效果。用計(jì)算機(jī)虛擬出的函數(shù)發(fā)生器，其波形、頻率、幅值等都可用鍵盤或鼠標(biāo)進(jìn)行設(shè)置，完全能代替常規(guī)的儀器使用。學(xué)生可以利用這種虛擬儀器及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，觀察和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。虛擬儀器的設(shè)計(jì)和使用，大大提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣、實(shí)驗(yàn)效果和效率，鞏固了他們對(duì)該課程和理論知識(shí)的掌握。
二、改變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，培養(yǎng)創(chuàng)新人才
有關(guān)“測試自動(dòng)化”方面的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)大多數(shù)以驗(yàn)證性為主，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，學(xué)生無需思考，按部就班地按照實(shí)驗(yàn)步驟就可以做完實(shí)驗(yàn)，缺乏設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。引入虛擬儀器系統(tǒng)，就可靈活地增加各種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容， 使學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行設(shè)計(jì)各種軟面板，定義儀器的功能，以各種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果，實(shí)時(shí)進(jìn)行分析。因此，虛擬儀器設(shè)計(jì)不僅能鍛煉學(xué)生的獨(dú)立構(gòu)思和設(shè)計(jì)能力，而且能激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。
三、提高實(shí)驗(yàn)室水平，滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的新要求
虛擬儀器技術(shù)包括：信號(hào)調(diào)理技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、數(shù)據(jù)輸出和傳輸技術(shù)等，也就是說，虛擬儀器技術(shù)使過去互不相干、獨(dú)立分散的許多技術(shù)領(lǐng)域，相互影響，相互融合，并形成新的技術(shù)方法和規(guī)范。這就要求從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教師具有綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰托酆竦睦碚摶A(chǔ)，能夠緊跟現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展步伐，能夠不斷更新和調(diào)整實(shí)驗(yàn)方法和手段，使實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備保持其先進(jìn)性。虛擬儀器的引入對(duì)人力資源的建設(shè)提出了更高的要求，而唯有人力資源得到有效的開發(fā)，才能使虛擬儀器發(fā)揮出應(yīng)有的作用。
四、可以顯著降低試驗(yàn)成本和提高實(shí)驗(yàn)效率
傳統(tǒng)臺(tái)式儀器價(jià)格相對(duì)較貴，若購進(jìn)一套新型的完整的測試設(shè)備少則幾萬元，多則幾十萬元，另外，還具有占用空間大、更換不方便的缺點(diǎn)。而虛擬儀器很大程度節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，提高了試驗(yàn)效率。虛擬儀器已在學(xué)生的畢業(yè)論文實(shí)驗(yàn)中開始推廣使用，這種訓(xùn)練不僅加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)虛擬儀器的工作原理、使用方法及功能的認(rèn)識(shí)，而且開闊了學(xué)生的思路和眼界，提高了處理問題和解決問題的能力。因此，開發(fā)和利用虛擬儀器系統(tǒng)是改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)新的發(fā)展方向，必將在我校實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域開辟新的天地。
建設(shè)現(xiàn)代化的教學(xué)、科研實(shí)驗(yàn)室是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。虛擬儀器的產(chǎn)生和發(fā)展推動(dòng)了試驗(yàn)方式的改革，將虛擬儀器引入實(shí)驗(yàn)室教學(xué)，不僅可更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，降低實(shí)驗(yàn)儀器費(fèi)用，還可減少實(shí)驗(yàn)測量中的人為誤差，提高實(shí)際測量的準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)效率較高。此外，在激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，增加單位時(shí)間的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力的提高和創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)等方面也收到了良好的效果。
五、結(jié)束語
虛擬儀器克服了傳統(tǒng)儀器自成系統(tǒng)，功能單一，體積龐大，儀器繁多，操作次數(shù)過多出現(xiàn)滑絲、指示不準(zhǔn)等機(jī)械故障所導(dǎo)致的測量誤差。不僅虛擬儀器工作平臺(tái)的PC機(jī)可以一機(jī)多用，就是實(shí)驗(yàn)室也可以一室多用，節(jié)省了大量的設(shè)備購置費(fèi)，可緩解實(shí)驗(yàn)室空間不足，又使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)資源得到充分利用。
將虛擬儀器技術(shù)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，降低實(shí)驗(yàn)儀器費(fèi)用，還可減少實(shí)驗(yàn)測量中的人為誤差，提高實(shí)際測量的準(zhǔn)確度，實(shí)驗(yàn)效率較高。此外，在激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，增加單位時(shí)間的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)等方面也收到了良好的效果。參考文獻(xiàn)：
[1]趙茜,夏慶觀.多功能虛擬測試儀的設(shè)計(jì)[J].電測與儀表.2005.
[2]鄧焱,王磊.LabVIEW7.1測試技術(shù)與儀器應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2004.
關(guān)鍵詞：虛擬仿真實(shí)驗(yàn) 大學(xué)物理 實(shí)驗(yàn)教學(xué)
中圖分類號(hào)：G64 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1673-9795（2013）08（a）-0068-02
1 簡介
《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程是高等理工科院校對(duì)大學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本訓(xùn)練的必修通識(shí)課程，是學(xué)生進(jìn)行物理課程學(xué)習(xí)以及專業(yè)課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。它具有多樣化的實(shí)驗(yàn)方法和手段以及綜合性很強(qiáng)的基本實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維、創(chuàng)新能力和理論聯(lián)系實(shí)際能力，引導(dǎo)學(xué)生確立正確的科學(xué)思想和科學(xué)方法，提高學(xué)生科學(xué)素質(zhì)以適應(yīng)科技發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步等方面有著十分重要的意義。
高校擴(kuò)招及社會(huì)對(duì)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出更高要求，使得各高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的缺陷凸顯，學(xué)校面臨實(shí)驗(yàn)設(shè)備的質(zhì)量和數(shù)量不足，無法為廣泛的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供有效的支持，學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)欠缺等嚴(yán)峻形勢。2001年，教育部提出了積極開展網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的建議，鼓勵(lì)各大高等院校搭建網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)資源的共享與互補(bǔ)。
基于虛擬儀器的仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室是利用虛擬儀器技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由客戶端、實(shí)驗(yàn)管理服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)、實(shí)驗(yàn)單元和實(shí)驗(yàn)儀器單等部分組成，具有良好的資源共享性、互動(dòng)操作性、擴(kuò)展性和安全性，允許多用戶、多實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，可以讓學(xué)生在任何時(shí)候、從任何地點(diǎn)訪問實(shí)驗(yàn)室，從而大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的伸縮性和適應(yīng)性。
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)方式上可以彌補(bǔ)普通教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)不足或輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)；在教學(xué)模式上可綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，完成傳統(tǒng)教學(xué)中無法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，因而在各高校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了長足的發(fā)展，在《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)中也得到了廣泛的應(yīng)用。
在對(duì)大學(xué)物理虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的使用過程中，我們發(fā)現(xiàn)了一些虛擬仿真實(shí)驗(yàn)值得改進(jìn)和加強(qiáng)的地方，在此提出，以供商榷，期望虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)苋照橥昝?，更貼近《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)的要求，在課程教學(xué)及創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面發(fā)揮更大作用。
2 大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的更多期待
2.1 虛擬儀器更趨真實(shí)
虛擬仿真實(shí)驗(yàn)及網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)是虛擬儀器。虛擬儀器是在美國國家儀器公司1986年提出的“軟件就是儀器”這一口號(hào)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其概念是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)及必要的數(shù)據(jù)采集硬件的支持下，根據(jù)測試任務(wù)的需要，通過軟件設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。與廠家設(shè)計(jì)并定義好功能的、有固定的輸入輸出接口和操作面板的、只能實(shí)現(xiàn)一類特定測量功能的傳統(tǒng)儀器不同，虛擬儀器的用戶可以根據(jù)自己的需求設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)，并可通過修改軟件來改變或增減儀器的功能，真正體現(xiàn)“軟件就是儀器”這一概念。
虛擬儀器應(yīng)用于物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)將有助于改革傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源開展網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)，并可開出符合課程內(nèi)容的許多新實(shí)驗(yàn)，改變實(shí)驗(yàn)技術(shù)跟不上新技術(shù)的局面，使學(xué)生的創(chuàng)新能力及掌握新技術(shù)、新知識(shí)的能力得以提高。但目前虛擬實(shí)驗(yàn)儀器模型的種類比較缺乏，無論就外觀還是功能而言，其真實(shí)性與實(shí)驗(yàn)室的具體實(shí)驗(yàn)器材相比都還存在欠缺之處，這會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作時(shí)產(chǎn)生疑問，無所適從，不利于知識(shí)的遷移。比如光學(xué)中的邁克耳遜干涉儀實(shí)驗(yàn)，不同廠家生產(chǎn)的儀器在外觀、調(diào)節(jié)部件及功能等方面有較大的差別，如果學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)中接觸的儀器與實(shí)際操作所使用的儀器相去甚遠(yuǎn)的話，學(xué)生的困惑是可想而知的。因此，完善虛擬元件模型，豐富虛擬器材品種，增強(qiáng)虛擬儀器的仿真效果，是一般認(rèn)知過程的需要，它既可加深學(xué)生對(duì)儀器本身設(shè)計(jì)原理的理解，也有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)的優(yōu)勢和缺陷，激勵(lì)學(xué)生探索性思維。
2.2 包含更豐富的實(shí)驗(yàn)原理
《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)的主要任務(wù)是培養(yǎng)與提高學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)基本素質(zhì)，確立正確的科學(xué)思想和科學(xué)方法；培養(yǎng)與提高學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力；培養(yǎng)與提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。課程教學(xué)的基本要求是學(xué)生具有理論聯(lián)系實(shí)際和實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，嚴(yán)肅認(rèn)真的工作態(tài)度，主動(dòng)研究的探索精神，遵守紀(jì)律，團(tuán)結(jié)協(xié)作和愛護(hù)公共財(cái)產(chǎn)的優(yōu)良品德。要完成上述教學(xué)的主要任務(wù)和基本要求，教學(xué)過程的一個(gè)基本出發(fā)點(diǎn)就是學(xué)生要對(duì)實(shí)驗(yàn)原理有一個(gè)比較正確、全面和清晰的認(rèn)識(shí)理解。
目前，主流的仿真虛擬軟件在知識(shí)導(dǎo)航的設(shè)計(jì)上基本上延續(xù)了傳統(tǒng)多媒體課件的導(dǎo)航模式，通過使用圖片、動(dòng)畫、語音等多媒體元素，以線性結(jié)構(gòu)展示整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程。這種模式不僅使學(xué)生比較難于在短時(shí)間內(nèi)掌握實(shí)驗(yàn)的整體框架和關(guān)鍵操作要領(lǐng)，而且忽略了實(shí)驗(yàn)原理對(duì)實(shí)驗(yàn)的主導(dǎo)及指導(dǎo)作用，不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)知和理解。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)如果能充分利用易于被學(xué)生接受的視覺及聽覺技術(shù)來展示實(shí)驗(yàn)原理，并在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中貫穿實(shí)驗(yàn)原理這一條主線，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到全部的實(shí)驗(yàn)都是基于實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行的，都是在實(shí)驗(yàn)原理的框架下完成的，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)和理解無疑會(huì)更上一層樓，對(duì)科學(xué)思想和科學(xué)方法方面的領(lǐng)悟會(huì)更深入，對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際能力的培養(yǎng)也會(huì)更有效。
2.3 能夠再現(xiàn)復(fù)雜具體的實(shí)驗(yàn)環(huán)境
實(shí)驗(yàn)是人類認(rèn)識(shí)萬千世界的重要方法。實(shí)驗(yàn)研究和理論研究作為兩種相輔相成的科學(xué)研究方法，是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和科技發(fā)展的重要力量。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以其直觀性、實(shí)踐性、創(chuàng)造性等優(yōu)點(diǎn)，在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)、提高動(dòng)手能力、掌握科學(xué)研究方法等方面發(fā)揮著重要作用。虛擬實(shí)驗(yàn)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器結(jié)合起來，改變了實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的構(gòu)建模式，可提升實(shí)驗(yàn)儀器的整體性能，突破實(shí)驗(yàn)操作的時(shí)空限制，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的變革。
虛擬實(shí)驗(yàn)的最終目的是為了認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)世界，也就是說，虛擬實(shí)驗(yàn)最終是要回到復(fù)雜具體的真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境中的。我們從虛擬世界獲得的知識(shí)，其在現(xiàn)實(shí)世界中的有用，或者說有效程度，取決于虛擬對(duì)現(xiàn)實(shí)的模擬程度。目前的虛擬大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)基本上都是理想化的：儀器是標(biāo)準(zhǔn)的，方法是正確的，環(huán)境是理想的，結(jié)果是完美的，一切都是無誤差的，因?yàn)槎际怯稍O(shè)計(jì)好的程序來實(shí)現(xiàn)的。但真實(shí)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境卻是復(fù)雜而具體的：實(shí)驗(yàn)儀器需要組裝、調(diào)試和校準(zhǔn)，同一套實(shí)驗(yàn)方法的施行也會(huì)因人而異，實(shí)驗(yàn)環(huán)境會(huì)因時(shí)因地而改變，實(shí)驗(yàn)結(jié)果也就包含了多方面的誤差在內(nèi)。所以，如果能在虛擬大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中增加對(duì)一些對(duì)常見環(huán)境變化的模擬，考慮一些可預(yù)知的人的因素，使其所虛擬的實(shí)驗(yàn)更加接近真實(shí)，其教學(xué)效果或許會(huì)更加優(yōu)秀。仍以邁克耳遜干涉儀實(shí)驗(yàn)為例，如果能把底座不水平、兩端鏡距離過大（即超出相干長度）、兩鏡不平行時(shí)如果夾角逐漸增大或減小、沒放置補(bǔ)償板等情況都模擬實(shí)現(xiàn)的話，該虛擬實(shí)驗(yàn)與真實(shí)情況的差距即可得到進(jìn)一步的改善。
2.4 對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ母嗯囵B(yǎng)
培養(yǎng)與提高學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力是《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)的主要任務(wù)之一。與所有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)一樣，創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)中尤為重要。在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，開展探索型實(shí)驗(yàn)是使學(xué)生獲得創(chuàng)新能力培養(yǎng)鍛煉的有效方式之一。
與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)一樣，虛擬實(shí)驗(yàn)也可分為演示型實(shí)驗(yàn)、動(dòng)手操作型實(shí)驗(yàn)和探索型實(shí)驗(yàn)。在探索型實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生要經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的整體過程，他們必須自己思考如何選擇及操作實(shí)驗(yàn)儀器，如何實(shí)施及改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過程，如何判斷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和誤差程度，如何總結(jié)規(guī)律或發(fā)現(xiàn)問題等等。所以這類虛擬實(shí)驗(yàn)應(yīng)該具備極強(qiáng)的交互能力：虛擬儀器應(yīng)具有真實(shí)設(shè)備的所有功能屬性；實(shí)驗(yàn)操作應(yīng)該可以自主調(diào)整；測量結(jié)果應(yīng)反映真實(shí)情況等。如此，學(xué)生方可通過虛擬而探索出真知，達(dá)到對(duì)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目的。
3 結(jié)語
在《大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)》課程教學(xué)中，為了利用虛擬實(shí)驗(yàn)，達(dá)到較好的教學(xué)效果，期望虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谔摂M儀器的真實(shí)性、對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的更好體現(xiàn)、對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的模擬，及對(duì)創(chuàng)新能力的更多培養(yǎng)等方面做得更多更好。
參考文獻(xiàn)
[1] 劉志遠(yuǎn).大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)的定位研究[J].吉林省教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，27（11）：133-134.
[2] 原安娟，段蘋，王吉友.基于大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的虛擬儀器探討[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2007，20（4）：70-72.
[3] 呂紅英，吳先球，李凌燕，等.利用虛擬儀器技術(shù)，改革物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J].中山大學(xué)學(xué)報(bào)論叢，2006，26（5）：66-70.
[4] 張慧.虛擬仿真技術(shù)在大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].江蘇廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，18（5）：72-73.
論文摘 要：隨著時(shí)代的進(jìn)步和信息化時(shí)代的到來，我國的網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)得到了跨越式的發(fā)展。傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室已不能滿足當(dāng)代教育發(fā)展的需要，被虛擬實(shí)驗(yàn)室所替代已逐步成為發(fā)展潮流。本文通過對(duì)電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的概述和思考，分析電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的重要功能，旨在與同行交流，以適應(yīng)新時(shí)代下的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求。
我國中職學(xué)校在電工電子教學(xué)過程中，不僅應(yīng)注重中職學(xué)生基本知識(shí)、基本技能和基本方法的培訓(xùn)，也注重中職學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)的要求。這就要求必須配備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室，因?yàn)樗怯糜谂囵B(yǎng)中職學(xué)生的創(chuàng)新能力和發(fā)展復(fù)合型人才的基本教學(xué)和科研場所。而傳統(tǒng)的電工電子實(shí)驗(yàn)的投資相對(duì)較大、硬件設(shè)施依賴性強(qiáng)、運(yùn)行與維護(hù)成本過高且效率不高，又由于受到實(shí)驗(yàn)課數(shù)、實(shí)驗(yàn)室的開放和環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致我國中職學(xué)校的電工電子教學(xué)效果不理想。因此，加強(qiáng)對(duì)電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的功能探究，對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的認(rèn)識(shí)具有十分重要的意義。
一、概述
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷完善，我國中職學(xué)校在虛擬實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)方面得到了一定的普及。虛擬實(shí)驗(yàn)室的本質(zhì)意義就是泛指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，集虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)據(jù)庫、虛擬儀器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控等技術(shù)為一體的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，用戶通過一些渠道把控制信號(hào)和參數(shù)指令發(fā)送至仿真對(duì)象或物理設(shè)備，然后把實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過文檔、圖片、視頻和動(dòng)畫等形式發(fā)給用戶，滿足用戶通過遠(yuǎn)程服務(wù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。虛擬實(shí)驗(yàn)室是集Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、儀器控制技術(shù)和通信技術(shù)于一體的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，用戶只需擁有一臺(tái)電腦，通過因特網(wǎng)就能訪問這一虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，在Web頁面上挑選有關(guān)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操縱實(shí)驗(yàn)所需的儀器設(shè)備，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，另外用戶還可以直接從網(wǎng)上獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)監(jiān)控實(shí)驗(yàn)結(jié)果。目前很多中職學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)造都是客戶端在web的基礎(chǔ)之上，運(yùn)行在瀏覽器之中，由Web服務(wù)器自動(dòng)下載用戶系統(tǒng)所需的客戶端程序；隨后客戶端程序與現(xiàn)實(shí)意義的服務(wù)器端的應(yīng)用程序建立一個(gè)即時(shí)通信平臺(tái)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)是由實(shí)驗(yàn)設(shè)備、客戶端和服務(wù)器端組合而成。
二、關(guān)于電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的思考
隨著教學(xué)體制的改革，實(shí)踐環(huán)節(jié)成為中職學(xué)生深刻理解理論知識(shí)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)成為教學(xué)環(huán)節(jié)中不可缺少的重要組成部分。許多中職學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室存在教學(xué)設(shè)備陳舊、教育資金不足，難以滿足日益增長中職學(xué)生的需求和跟上技術(shù)日新月異發(fā)展的步伐。并且有些實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性大，在實(shí)驗(yàn)室難以開展，使中職學(xué)生難以親眼觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)的性價(jià)比和易用性的提高，使得虛擬實(shí)驗(yàn)室在教學(xué)、科普教育和技術(shù)研究領(lǐng)域應(yīng)用將越來越廣泛。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺，他似乎是在真正的現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場操作。多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)的結(jié)合構(gòu)成了虛擬實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，中職學(xué)生可以在計(jì)算機(jī)屏幕上通過場景式圖形界面擁有自己的實(shí)驗(yàn)室。虛擬儀器技術(shù)與認(rèn)知模擬方法的結(jié)合也賦予虛擬實(shí)驗(yàn)室智能化特征，通過網(wǎng)絡(luò)中職學(xué)生可以身臨其境地觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并可以觀察各實(shí)驗(yàn)儀器的詳盡情況，不受時(shí)間和空間的限制。
近年來，隨著電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的不斷發(fā)展。虛擬實(shí)驗(yàn)室表現(xiàn)在人們可以自主地、靈活地模擬操作各種實(shí)驗(yàn)儀器，完成各種分析測試任務(wù)，評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)者的操作水平與實(shí)際能力。但是現(xiàn)在很多中職學(xué)校的電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)和播放課件方式相似，中職學(xué)生只能通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行簡單的瀏覽及實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線的動(dòng)畫顯示。中職學(xué)生沒有身臨其境的感覺，沒有真正動(dòng)手通過實(shí)驗(yàn)儀器的操作而顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而只是簡單對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的輸入產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
三、電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室的重要功能
我國中職學(xué)校的傳統(tǒng)電工電子實(shí)驗(yàn)室一般有電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、電路實(shí)驗(yàn)室和高頻電路實(shí)驗(yàn)室等實(shí)驗(yàn)室。它們的主要功能是用于開設(shè)基礎(chǔ)訓(xùn)練課目，培養(yǎng)中職學(xué)生了解和使用常用實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備的使用方法和技術(shù)，使中職學(xué)生具備最基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ右造柟汤碚撜n中的所學(xué)的電路工作原理，進(jìn)一步證明理論的準(zhǔn)確性。中職學(xué)?？梢岳枚嗝襟w軟件、電路仿真軟件和虛擬儀器軟件組建電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室，不僅可以解除實(shí)驗(yàn)教學(xué)的空間限制，還能使實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際內(nèi)容和形式變得豐富多彩，從而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果、培養(yǎng)中職學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使他們學(xué)會(huì)利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，通過不斷實(shí)踐和學(xué)習(xí)，逐步擺脫傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室?guī)淼臅r(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備和內(nèi)容等方面的束縛。所以，中職學(xué)校應(yīng)注意電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室在基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)、綜合型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和演示型實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要作用。
（一）基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)
基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)的重要意義就在于能夠培養(yǎng)中職學(xué)生了解和使用常規(guī)的儀器設(shè)備，并對(duì)理論課中的所學(xué)的電路工作原理進(jìn)一步驗(yàn)證和鞏固。借助電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室，中職學(xué)生通過一臺(tái)計(jì)算機(jī)就可以熟悉常用儀器設(shè)備的性能及使用注意事項(xiàng)，分析電路的性質(zhì)，從而提高中職學(xué)生的自學(xué)能力，減輕教師的教學(xué)負(fù)擔(dān)，考驗(yàn)中職學(xué)生獨(dú)立思考能力、分析問題能力和解決問題的能力。
（二）綜合型設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)
借助電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行課程設(shè)計(jì)。例如，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，可以讓中職學(xué)生先檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的電路能否符合仿真檢驗(yàn)電路的性能要求，只有符合仿真檢驗(yàn)電路的性能要求，才能輸?shù)絧rotel進(jìn)行電路板繪制工作，完成電路板制作、焊接與測試。從而大大節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間、節(jié)約設(shè)計(jì)成本。
（三）演示性實(shí)驗(yàn)
對(duì)于一些開設(shè)成本高、儀器設(shè)備復(fù)雜的教學(xué)實(shí)驗(yàn)只能進(jìn)行演示性實(shí)驗(yàn)。比如調(diào)頻、調(diào)幅收發(fā)機(jī)的實(shí)驗(yàn)就十分復(fù)雜，不僅有高頻電路，也有低頻電路；不僅有時(shí)域分析，也有頻域分析，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)是難以完成綜合性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。因此，只有借助于電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，才能使中職學(xué)生掌握綜合性復(fù)雜實(shí)驗(yàn)，逐步意識(shí)到虛擬實(shí)驗(yàn)室的重要作用。
總之，在中職學(xué)校的教學(xué)實(shí)踐工作中，所構(gòu)建的電工電子虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具備為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供重要的技術(shù)支持和服務(wù)，從而推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教改，替代傳統(tǒng)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，降低辦學(xué)成本，助推學(xué)校健康和諧的飛速發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]陳燁，袁小平.電工類專業(yè)中職學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究與實(shí)踐[J].電氣電子教學(xué)學(xué)報(bào)，2010，(S2) .
中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)03-0691-02
LabVIEW是由美國NI公司研制的以框圖形式產(chǎn)生程序的虛擬開發(fā)平臺(tái)，簡明、直觀、易學(xué)易用，在虛擬儀器技術(shù)得到廣泛利用的今天有著重要地位。但它的不足之處是修改程序比較麻煩，不如文本語言方便。然而，C語言具有功能豐富、表達(dá)能力強(qiáng)、使用靈活方便、應(yīng)用面廣、目標(biāo)程序效率高、可移植性好的特點(diǎn)。
本文中，作者就通過LabVIEW的CIN接口來調(diào)用C語言程序，結(jié)合兩種軟件的長處，實(shí)現(xiàn)工程領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用的數(shù)值積分的運(yùn)算。
1 LabVIEW與C語言的接口――CIN
1.1 CIN概述
CIN即“Code Interface Node”的簡稱，是LabVIEW與C語言的接口，在遇到一些LabVIEW軟件難以實(shí)現(xiàn)的功能或者調(diào)試過程中可能需要大量修改的程序時(shí)，就可以通過CIN圖標(biāo)來將C語言編寫的源代碼引入LabVIEW，從而提高LabVIEW數(shù)據(jù)處理功能和程序修改的便捷性。
工作原理：通過輸入、輸出端口實(shí)現(xiàn)兩種語言之間的數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)LabVIEW的程序運(yùn)行到CIN節(jié)點(diǎn)時(shí)，數(shù)據(jù)就會(huì)從CIN的輸入端口傳遞給C語言源代碼，程序就會(huì)去執(zhí)行C源代碼，執(zhí)行完畢后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果再由CIN的輸出端口返回給LabVIEW顯示。1.2 CIN圖標(biāo)調(diào)用路徑
在程序框圖面板，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，執(zhí)行函數(shù)>>互連接口>>庫與可執(zhí)行程序>>代碼接口節(jié)點(diǎn)（如圖1）。1.3 CIN圖標(biāo)的端口參數(shù)設(shè)置
將初始CIN圖標(biāo)根據(jù)所需的具體情況設(shè)置，在本文中，將它設(shè)置為如圖2所示，有四個(gè)輸入和輸出端口，其中最后一個(gè)輸入端口設(shè)置為無效。CIN的輸入、輸出端口的參數(shù)類型由連接在該端口上的空間的數(shù)據(jù)類型所決定。
圖1 CIN圖標(biāo)對(duì)話框
2 LabVIEW調(diào)用C語言實(shí)現(xiàn)數(shù)值積分運(yùn)算的設(shè)計(jì)步驟
本論文是在WindowsXP下，運(yùn)用LabVIEW 8.5通過CIN接口來調(diào)用Visual C++6.0為平臺(tái)編寫的C語言代碼來實(shí)現(xiàn)數(shù)值積分的運(yùn)算的。2.1生成C源代碼框架
首先在LabVIEW 8.5中設(shè)計(jì)出如圖3所示的前面板，同時(shí)在它的程序框圖（圖4）中添加CIN端口，并做如圖的設(shè)置和連接，命名為jifen.vi并且保存。
接著，鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊程序框圖中的CIN圖標(biāo)，在菜單中選擇“創(chuàng)建.c文件”
項(xiàng)，在彈出的儲(chǔ)存對(duì)話框中，將該文件存為“jifen.c”，則會(huì)有C的文件源代碼如下：
/* CIN source file */#include "extcode.h"
MgErr CINRun(LStrHandle fX, float64 *b, float64 *a, float64 *result); MgErr CINRun(LStrHandle fX, float64 *b, float64 *a, float64 *result)
{/* Insert code here */ return noErr; }
2.2源代碼添加
在上述中的“/* Insert code here */”位置添加已經(jīng)編寫好的數(shù)值積分運(yùn)算的C源代碼。這里用最常見的復(fù)化梯形公式：
{/* Insert code here */t=h*(f(a)+f(b));
#include do
#include { t0=t;#define e 1e-5g=0;
#define a 0//積分下限afor (i=1;i
#define b 1//積分上限bg+=f((a+(2*i-1)*h));
#define f(x) (x/((3*x*x*x)+(x*x)+5)) //被積函數(shù)f(x)t=(t0/2)+(h*g); //復(fù)化梯形公式int main();n*=2;{ int i,n;h/=2; }
double h,t0,t,g;while (fabs(t-t0)>e); n=1;printf("%.8lf",t); h=(double)(b-a)/2;return 0; }
2.3 C源代碼文件的編譯
啟動(dòng)VC++6.0，進(jìn)行如下步驟的編譯：
1）新建一個(gè)DLL工程文件，命名為jifen，并保存；
2）在工程文件中執(zhí)行Project>>Add to Project>>Files操作，找到LabVIEW 8.5安裝文件cintools文件夾中的中的cin.obj，labview. lib，lvsb.lib，lvsbmain.def四個(gè)文件和源代碼文件jifen.c；
3）執(zhí)行Project>>Setting對(duì)源代碼文件進(jìn)行編譯前的設(shè)置。
a.將Setting for設(shè)置為All Configuration；
b.打開C/C++標(biāo)簽，在Category下選擇Preprocessor，在Addition Include Directories中添加LabVIEW的cintools文件夾路徑，例如在這里是“：D:\LabVIEW 8.5\cintools”。
c.同樣在C/C++標(biāo)簽，在Category下選擇Code Generation，將Struct Merber Alignment設(shè)置為1Byte；將Use Run-time Zibrary設(shè)置為
Multithreaded DLL。
d.打開Custom Build標(biāo)簽，在Commands中輸入命令D:\LabVIEW 8.5\cintools\lvsbutil$(TargetName)-d"$(WkspDir)\$(OutDir)"；在Output中輸入命令$(OutDir)$(TargetName).lsb。
4）打開jifen.c源文件，進(jìn)行編譯，如有錯(cuò)誤，按給出的提示修改程序，再次編譯，直至沒有錯(cuò)誤。最后對(duì)原文件進(jìn)行組建，即生成可執(zhí)行文件jifen.lvb。2.4裝載、程序運(yùn)行
在LabVIEW8.5的程序框圖窗口中，鼠標(biāo)右鍵CIN圖標(biāo)，選擇“加載代碼資源”，選擇jifen工程文件中Debug文件夾下的jifen.lsb文件。最后，即可運(yùn)行程序，改變上下限b、a的值或者被積函數(shù)（fx）的表達(dá)式，觀察輸出顯示。
3結(jié)束語
LabVIEW雖是功能強(qiáng)大的圖形編程工具，但也存在一定缺陷，遇到一些需要大量修改，或是LabVIEW難以實(shí)現(xiàn)的功能時(shí)，就可
以通過它的CIN接口來調(diào)用C的源代碼來更方便的解決問題。本文就以復(fù)化梯形公式求解數(shù)值積分為例，敘述通過CIN圖標(biāo)在LabVIEW中引入C語言源代碼，從而增強(qiáng)其整體功能。
參考文獻(xiàn):
[1]劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003.
[2]譚浩強(qiáng).C++程序設(shè)計(jì)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.
[3]崔勝民,李建如.數(shù)值為分積分算法及LabVIEW實(shí)現(xiàn)[J].機(jī)床與液壓,2005(4).
關(guān)鍵詞：電子測量；教學(xué)改革；創(chuàng)新型人才
作者簡介：顧明亮（1963-），男，江蘇無錫人，江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，教授；魏明生（1976-），男，山東濟(jì)寧人，江蘇師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院，講師。（江蘇?徐州?221116）
基金項(xiàng)目：本文系中國高等教育學(xué)會(huì)“十一五”教育科學(xué)研究規(guī)劃課題（課題編號(hào)：06AIJ0090048）、江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題重點(diǎn)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：C-b/2011/01/15）的研究成果。
中圖分類號(hào)：G642.0?????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?????文章編號(hào)：1007-0079（2012）23-0048-02
培養(yǎng)具有實(shí)踐創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才是當(dāng)今高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)之一，課程教學(xué)改革是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的根本措施?！半娮訙y量技術(shù)”是現(xiàn)代科學(xué)獲取信息的重要手段，是從事現(xiàn)代電子科學(xué)研究的必備基礎(chǔ)，該課程也是電子信息、電氣自動(dòng)化和機(jī)械電子等專業(yè)的骨干專業(yè)必修課程，旨在提高學(xué)生所學(xué)專業(yè)課程中的專業(yè)基礎(chǔ)理論和單元技術(shù)知識(shí)及獨(dú)立設(shè)計(jì)、構(gòu)建、調(diào)試儀器與檢測系統(tǒng)的能力，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)儀器與檢測系統(tǒng)工程的感性認(rèn)識(shí)。本課程是實(shí)踐性非常強(qiáng)的一門專業(yè)課程，近年來，隨著科技迅速發(fā)展，特別是隨著自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展及其在工業(yè)控制中的廣泛應(yīng)用，電子測量技術(shù)在測量技術(shù)的研究、生產(chǎn)測試方法、信號(hào)處理方法和技術(shù)等方面發(fā)生了一系列的變革。為了配合高等學(xué)校培養(yǎng)實(shí)踐創(chuàng)新性人才的需要，同時(shí)也為了培養(yǎng)的人才能適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，教研室人員對(duì)“電子測量技術(shù)”課程的授課內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方法等進(jìn)行了一系列的改革探索，教學(xué)中的實(shí)踐證明該課程的一系列改革取得了良好的教學(xué)效果。
一、課程內(nèi)容的改革
由于目前科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，電子測量技術(shù)正從傳統(tǒng)的電子測量儀器向智能化、復(fù)雜化自動(dòng)測試儀器和虛擬儀器等方向發(fā)展，使得當(dāng)前的“電子測量技術(shù)”課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前人才培養(yǎng)的新要求。其主要缺陷包括電子測量技術(shù)教材建設(shè)的滯后，該課程內(nèi)容未及時(shí)全面反映技術(shù)新發(fā)展而導(dǎo)致體系陳舊等。因此，電子測量技術(shù)教材應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，在講述傳統(tǒng)測量內(nèi)容的前提下應(yīng)補(bǔ)充智能化儀器、虛擬儀器和復(fù)雜自動(dòng)測試系統(tǒng)等一些新的技術(shù)理論，以及先進(jìn)的儀器設(shè)計(jì)方法和操作方法，而且授課內(nèi)容應(yīng)全面反映現(xiàn)代測量技術(shù)的新方向和新技術(shù)。
在該課程教學(xué)內(nèi)容的改革中，主要以電子測量技術(shù)的教學(xué)大綱為主要依據(jù)，以該課程的原理、結(jié)構(gòu)和測量系統(tǒng)為主要體系，從電子信息科學(xué)的角度來理解和觀察該課程，突破以往教學(xué)中就器件論器件的傳統(tǒng)教學(xué)方式，努力做到思路開闊，層次清晰，闡述準(zhǔn)確，結(jié)構(gòu)科學(xué)合理。按照“理論教學(xué)模塊”和“實(shí)踐教學(xué)模塊”相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行授課，課堂教學(xué)主要采取理論教學(xué)模塊，重點(diǎn)講授該課程教學(xué)大綱基本要求的內(nèi)容。內(nèi)容主要分為：檢測系統(tǒng)的誤差理論部分，非電量檢測方法及智能儀器設(shè)計(jì)應(yīng)用部分，信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集技術(shù)部分和檢測儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分。輔以實(shí)踐教學(xué)模塊，主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)、調(diào)研論文、智能儀器及虛擬儀器測試技術(shù)綜合設(shè)計(jì)為主。
根據(jù)學(xué)生的專業(yè)方向選取不同的授課教材，并且根據(jù)不同的專業(yè)實(shí)際情況自編講義加以補(bǔ)充，主要對(duì)教材中沒有涉及的內(nèi)容和講解不充分的內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充。還可以聯(lián)系社會(huì)熱點(diǎn)問題，如社會(huì)上地溝油問題出現(xiàn)之后，教師隨時(shí)給學(xué)生補(bǔ)充探討地溝油的測量方法，這樣課堂和現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系在一起，使學(xué)生感覺到課堂授課內(nèi)容的重要性和實(shí)用性，提高了學(xué)生課堂聽課的積極性。
為了在授課中縮短理論與技術(shù)實(shí)踐的差距，在課堂授課中，通過運(yùn)用案例教學(xué)，大大提高了學(xué)生解決客觀實(shí)際問題的能力，教學(xué)過程中進(jìn)行校際合作，提高教學(xué)效果。讓學(xué)生從教學(xué)內(nèi)容融入到實(shí)際科研項(xiàng)目中去，比如講到電磁檢測時(shí)，給學(xué)生列舉一些在研的省部級(jí)科研項(xiàng)目，使學(xué)生了解管道泄露的不同檢測方法，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到某一種物理量不同測量方法，讓學(xué)生體會(huì)到檢測一些物理量的新方法、新思路，引發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)，取得了很好的教學(xué)效果。
為適應(yīng)創(chuàng)新型本科人才培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)實(shí)際，在實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)中，把理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，適當(dāng)增加設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)和綜合型實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力的鍛煉，共設(shè)計(jì)了4個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和3個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)踐教學(xué)中一方面為了使學(xué)生理解電子測量技術(shù)的基本原理保留了基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)，另一方面，開發(fā)了新的工程應(yīng)用性綜合性實(shí)驗(yàn)，可以對(duì)高年級(jí)各專業(yè)學(xué)科之間的學(xué)生因材施教。
二、教學(xué)方法的改革
1.重視第一堂課的教學(xué)
關(guān)鍵詞：LabVIEW；可燃?xì)怏w；遠(yuǎn)程測控方案；測控
中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2013）04-0022-03
0 引 言
近年來，全國燃?xì)庑袠I(yè)發(fā)展迅猛，液化氣、天然氣等易燃、易爆、有毒氣體的種類和應(yīng)用范圍都顯著增加，它們易流動(dòng)、易燃燒。在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中，有毒、易爆氣體的泄漏是可能存在的，具體泄漏位置較難查詢，易造成重大火災(zāi)、爆炸、中毒事故，給國家和人民生命財(cái)產(chǎn)造成損失。為了防患于未然，在生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)置可燃、有毒氣體檢測報(bào)警器，及時(shí)檢測并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，采取有力措施，防止事故的發(fā)生便顯得尤為重要。本系統(tǒng)采用目前流行的NI公司虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LabVIEW作為軟件編程環(huán)境，研究基于LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)可燃?xì)怏w的遠(yuǎn)程檢測、報(bào)警、輸出控制等功能，從而便捷、直觀、安全、快速地檢測和控制可燃?xì)怏w泄露現(xiàn)場環(huán)境。
1 系統(tǒng)功能及構(gòu)建思路
本設(shè)計(jì)為基于PC―DAQ的虛擬儀器系統(tǒng)。以LabVIEW8.6為軟件開發(fā)平臺(tái)，采用具有USB接口的多功能數(shù)據(jù)采集卡LabJack U12及傳感器完成對(duì)工作場所多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的氣體信號(hào)采集、信號(hào)調(diào)理、濃度測量、控制信號(hào)輸出等功能。選用繼電器、蜂鳴器等電氣元件來完成排風(fēng)扇、電磁閥對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的報(bào)警控制功能。利用在Web上HTML文件的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)工作現(xiàn)場可燃?xì)怏w的遠(yuǎn)程檢測，可以使用戶在本地或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上瀏覽并且操作LabVIEW程序面板，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程報(bào)警及自動(dòng)或人工控制。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖，被控對(duì)象是揚(yáng)聲器、排風(fēng)扇和電磁閥。系統(tǒng)采用多個(gè)氣敏傳感器工作現(xiàn)場可燃?xì)怏w信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路放大、濾波后，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)，控制程序根據(jù)現(xiàn)場內(nèi)的氣體濃度值與系統(tǒng)給定閾值作比較。若超出參考值，采集卡將輸出控制信號(hào)，并開啟揚(yáng)聲器、指示燈進(jìn)行聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)扇，關(guān)閉電磁閥，進(jìn)行處理。
2.1 傳感器
本系統(tǒng)中采用MC―112型傳感器，它是一種催化燃燒式傳感器。其工作原理是：氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃性氣體在催化劑作用下氧化燃燒，產(chǎn)生的熱量使電熱絲升溫，從而使其電阻值發(fā)生變化，通過測量鉑絲的電阻變化的大小，就知道可燃性氣體的濃度。此種傳感器在任何環(huán)境溫度下非常穩(wěn)定，并能對(duì)爆炸下限的絕大多數(shù)可燃性氣體進(jìn)行檢測，具有輸出信號(hào)線性好，指數(shù)可靠，價(jià)格便宜，不會(huì)與其他非可燃性氣體發(fā)生交叉感染等特點(diǎn)。MC―112型傳感器普遍應(yīng)用于石油化工廠、造船廠、浴室、廚房等處的可燃?xì)怏w的監(jiān)測和報(bào)警。
2.2 測量電路
測量電路主要由傳感器和信號(hào)調(diào)理電路組成，氣敏傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后通過采集卡的模擬通道輸入計(jì)算機(jī)，并由LabVIEW程序計(jì)算得到濃度測量值。調(diào)理電路的作用是把傳感器采集的溫濕度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并將其放大，以滿足數(shù)據(jù)采集卡A/D輸入端電氣參數(shù)要求。
本系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理采用雙恒流源法，其設(shè)計(jì)圖如圖2所示。根據(jù)氣敏傳感器的特性，其電阻值隨著濃度的變化而變化，在反饋放大器中設(shè)計(jì)了兩個(gè)相同的恒流源，其值用IS表示。其中R（T）是氣敏傳感器根據(jù)感知的所測濃度所變化的阻值，標(biāo)準(zhǔn)電阻RN=100 Ω。根據(jù)采集濃度的不同，即電阻阻值的不同，轉(zhuǎn)換的電壓值也不同。
2.3 數(shù)據(jù)采集卡選擇
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)采集卡。數(shù)據(jù)采集卡是實(shí)現(xiàn)將檢測信號(hào)從模擬信號(hào)變成計(jì)算機(jī)能接收和處理的數(shù)字信號(hào)功能的硬件，其選用在整個(gè)硬件選用的過程中占據(jù)了重要位置。這是因?yàn)樗粌H關(guān)系到與其他硬件設(shè)備之間的性能匹配，而且還涉及到應(yīng)用程序開發(fā)的難易程度以及應(yīng)用環(huán)境的具體要求。綜合考慮本系統(tǒng)待定參數(shù)的特征，以及數(shù)據(jù)采集板的可靠性、精度和性價(jià)比等因素，我們選擇了美國LabJACK公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集板LabJACK U12。它是一種可以與帶USB接口的計(jì)算機(jī)通訊的多功能模擬、數(shù)字和定時(shí)I/O數(shù)據(jù)通訊設(shè)備。
2.4 控制電路
本系統(tǒng)的控制電路如圖3所示。整個(gè)電路由排風(fēng)電路和電磁閥電路組成，排風(fēng)電路部分采用380 V/750 W的循環(huán)風(fēng)機(jī)，并應(yīng)用繼電器和交流接觸器對(duì)其進(jìn)行控制。本設(shè)計(jì)中選用的繼電器的型號(hào)是hrs1H―S―DC5V，繼電器線圈需要較大的電流才能使繼電器吸合，一般的集成電路不能提供這樣大的電流，因此必須進(jìn)行擴(kuò)流，即驅(qū)動(dòng)。采集卡把控制電壓輸出給控制三極管基極，繼電器線圈作為集電極負(fù)載而接到集電極和正電源之間。當(dāng)輸入為+VCC（5 V）時(shí)，三極管飽和，繼電器線圈有相當(dāng)大的電流流過，則繼電器吸合（ON），220 V的交流電導(dǎo)通，此時(shí)交流接觸器的主觸點(diǎn)吸合，使380 V的循環(huán)風(fēng)機(jī)開始工作，完成對(duì)循環(huán)風(fēng)機(jī)的開啟控制。在此過程中，三極管有放大和開關(guān)兩個(gè)作用。采集卡有輸出保持作用，當(dāng)希望系統(tǒng)停止工作時(shí)，采集卡輸出為0 V，三極管截止，繼電器線圈無電流流過，則繼電器釋放（OFF），220 V交流電斷開，交流接觸器的主觸點(diǎn)釋放，循環(huán)風(fēng)機(jī)停止工作。聲光報(bào)警和電磁閥電路都由采集卡U12的輸出控制端AO1完成，當(dāng)軟件將AO1置1，三極管VT1，VT3導(dǎo)通，報(bào)警燈點(diǎn)亮，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，并且電磁閥關(guān)閉。
3 軟件設(shè)計(jì)
可燃?xì)怏w監(jiān)測系統(tǒng)的主控程序采用模塊化的設(shè)計(jì)方法，將系統(tǒng)劃分成幾個(gè)相互獨(dú)立的功能模塊，各模塊內(nèi)部分別完成確定的任務(wù)，模塊之間相對(duì)獨(dú)立而又通過系統(tǒng)的框架協(xié)議相互聯(lián)系。為了使各模塊之間按照系統(tǒng)的框架協(xié)議協(xié)調(diào)動(dòng)作和相互通信，以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，設(shè)計(jì)了提供用戶接口的主控程序。在用戶通過鼠標(biāo)或鍵盤發(fā)出指令后，主控程序通過統(tǒng)一調(diào)度各功能模塊實(shí)現(xiàn)用戶意圖。
3.1 系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的前面板分為顯示、操作和報(bào)警三個(gè)功能區(qū)域。
顯示包括數(shù)值顯示、波形顯示及表頭監(jiān)控顯示。數(shù)值顯示顯示傳感器實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)；波形顯示以曲線形式直觀地反映現(xiàn)場環(huán)境濃度的變化；表頭監(jiān)控顯示用時(shí)間控件顯示當(dāng)前時(shí)間，水平滑動(dòng)條顯示當(dāng)前的環(huán)境濃度，指示燈顯示報(bào)警的具體情況并伴隨有BEEP聲音提醒。
用戶在操作區(qū)域完成測試和程序響應(yīng)用戶的操作，并完成參數(shù)保存、測控、查詢、生成報(bào)表和打印等功能。
報(bào)警區(qū)域的功能可對(duì)被測指標(biāo)與預(yù)先設(shè)定的極限值進(jìn)行比較，若超出極限值，系統(tǒng)報(bào)警。報(bào)警區(qū)域的設(shè)置為用戶提供了有效的監(jiān)測手段，可避免因設(shè)備故障而造成的損失。
為了讓前面板更加美觀以及對(duì)圖表控件初始化，程序使用大量的屬性節(jié)點(diǎn)對(duì)控件的顏色、可見性、閃爍、比例進(jìn)行設(shè)置。
3.2 數(shù)據(jù)采集模塊
圖4所示是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊的框圖程序。數(shù)據(jù)采集模塊用于完成對(duì)數(shù)據(jù)采集卡LabJack U12的驅(qū)動(dòng)以及各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，如通道設(shè)置、增益、讀寫狀態(tài)等。實(shí)現(xiàn)方法是在LabVIEW界面下調(diào)用采集卡LabJack U12提供的AI simple函數(shù)，通過采集卡AI0，AI1，AI2 ，AI3 四個(gè)通道同時(shí)對(duì)四個(gè)不同采集點(diǎn)濃度信號(hào)進(jìn)行采集。之后連接解析簇函數(shù)unbundle函數(shù)解析出一維電壓值數(shù)組，再由索引數(shù)組函數(shù)Index Array給函數(shù)四個(gè)索引端口連接索引值，element參數(shù)輸出該索引值對(duì)應(yīng)的電壓值。最后四路電壓求平均，求出傳感器采集的現(xiàn)場四個(gè)點(diǎn)的電壓值，經(jīng)過換算得出現(xiàn)場濃度。
3.3 系統(tǒng)控制模塊
系統(tǒng)控制子程序?qū)蓚€(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)排風(fēng)扇和電磁閥、揚(yáng)聲器的相關(guān)電路輸入控制電壓， 圖5所示是系統(tǒng)的控制子程序。該系統(tǒng)調(diào)用了EAnalogout函數(shù)，此函數(shù)可以同時(shí)輸出兩個(gè)模擬通道電壓。分別在analogout0，analogout1端口連接排風(fēng)扇和電磁閥、揚(yáng)聲器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，采集的濃度參數(shù)經(jīng)軟件程序處理后，在analogout0，analogout1輸出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)指令進(jìn)行相應(yīng)的操作。
3.4 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)
LabVIEW的網(wǎng)絡(luò)功能主要建立在DataSocket技術(shù)、Web服務(wù)器和TCP、UDP協(xié)議基礎(chǔ)上。本測控系統(tǒng)采用在Web上HTML文件的方法實(shí)現(xiàn)烤房的遠(yuǎn)程測控，也可以使本地或遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)瀏覽并且操作LabVIEW程序面板，從而對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測和控制。
4 結(jié) 語
有安全才有發(fā)展，有安全才有效益。廠礦住宅可根據(jù)具體環(huán)境及需要的功能選擇合適的可燃?xì)怏w監(jiān)測系統(tǒng)，以確保人身與生產(chǎn)安全。該監(jiān)測系統(tǒng)可以應(yīng)用于實(shí)際，具有方便、快捷、直觀等特點(diǎn)，相信會(huì)給用戶耳目一新的感覺。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 蘇文靜.可燃?xì)怏w報(bào)警器的設(shè)計(jì)[J]. 電工電氣，2009，24（5）：8-12.
[2] 陳杰，黃鴻.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，2003.
[3] 劉君華.虛擬儀器圖形化編程語言LabVIEW教程[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.
[4] 韓碩.基于虛擬儀器技術(shù)的溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)[J].廣西輕工業(yè)，2011（8）：102-103.
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[6]焦瑞莉，南利平，李學(xué)華. 基于LabVIEW的通信專業(yè)遠(yuǎn)程虛擬實(shí)驗(yàn)室[J]. 國外電子測量技術(shù)（虛擬儀器），2005（3）：4-7.
[7]廖云伢.基于Java與Matlab集成的數(shù)字通信原理虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn). 中南大學(xué)碩士學(xué)位論文.2007.
