基于labview的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

基于labview的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

1基于軟件開(kāi)發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)是教育活動(dòng)中不可或缺的環(huán)節(jié)。它可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐技能，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題。然而,并不是所有學(xué)校都能提供必須的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,由于各種各樣的原因很多本應(yīng)開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行。虛擬實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)必要的、有益的補(bǔ)充,具有較好的經(jīng)濟(jì)性,較強(qiáng)的針對(duì)性,較大的開(kāi)放性等特點(diǎn)。LabVIEW是一種功能強(qiáng)大的圖形化編程軟件,與傳統(tǒng)的編程軟件相比,開(kāi)發(fā)效率更高,對(duì)硬件的支持性更好,是目前測(cè)控領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛和最有前途的軟件之一。本課題以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái),構(gòu)造了一個(gè)實(shí)時(shí)性強(qiáng)、交互性強(qiáng)、可擴(kuò)展的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2基于la安裝應(yīng)用的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于LabVIEW的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)主要研究?jī)?nèi)容包括基于LabVIEW的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的登錄界面和數(shù)據(jù)的管理設(shè)計(jì)、自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)、過(guò)程控制原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、單片機(jī)原理及應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2.1設(shè)計(jì)主體界面登錄界面包含三級(jí)界面:登陸主界面的設(shè)計(jì)(如圖1所示)、選擇不同項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的二級(jí)子界面(如圖2所示)、子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇三級(jí)子界面設(shè)計(jì)(如圖3,以過(guò)程控制虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為例)。其中登陸主界面主要是該系統(tǒng)的簡(jiǎn)單介紹,實(shí)驗(yàn)人員和管理員的登錄管理;二級(jí)子界面設(shè)計(jì),完成對(duì)不同子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的選擇;具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇界面共有四個(gè),用于選擇自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、自動(dòng)控制原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中某個(gè)具體實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)的管理設(shè)計(jì)主要是數(shù)據(jù)庫(kù)的管理以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的保存、報(bào)表的設(shè)計(jì)等。用戶包括管理員和普通登陸人員兩種形式。管理員可以對(duì)普通用戶進(jìn)行管理,而普通人員只能進(jìn)行密碼修改(如圖4所示)。主要是以Access數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),通過(guò)手工、注冊(cè)表、ActiveX以及LabSQL創(chuàng)建、修改DSN的方法,解決了LabVIEW自身不易鏈接、操作數(shù)據(jù)庫(kù)的問(wèn)題。2.2實(shí)車(chē)智能車(chē)聯(lián)網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中包含的四門(mén)課程是自動(dòng)化相關(guān)專業(yè)的四門(mén)重要專業(yè)課,每門(mén)專業(yè)課的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取與課程講授內(nèi)容息息相關(guān),又注重了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),有基礎(chǔ)也有提高。因此,自動(dòng)控制原理理論性較強(qiáng),實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為控制設(shè)計(jì)與仿真實(shí)驗(yàn),注重當(dāng)某個(gè)參數(shù)發(fā)生變化,或增加某個(gè)環(huán)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)的變化情況。自動(dòng)控制原理虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括:基于LabVIEW的一階系統(tǒng)典型環(huán)節(jié)分析、二階系統(tǒng)時(shí)域分析、系統(tǒng)穩(wěn)定性、頻域分析、系統(tǒng)校正、采樣系統(tǒng)、采樣系統(tǒng)校正和非線性控制系統(tǒng)分析8個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn),圖5和圖6是其中一個(gè)實(shí)驗(yàn)前面板和后臺(tái)程序,主要用LabVIEW8.6完成。自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容既有傳統(tǒng)傳感器的實(shí)驗(yàn)、又有新型傳感器的實(shí)驗(yàn),但實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)注重把傳感器放到實(shí)際的監(jiān)控系統(tǒng)中完成數(shù)據(jù)采集,只監(jiān)不控,設(shè)置越限報(bào)警。該虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括基于“虛擬儀器”技術(shù)的熱電偶測(cè)溫、霍爾傳感器測(cè)重、熱電阻和濕度傳感器的溫濕度檢測(cè)、電渦流傳感器測(cè)振動(dòng)、超聲波測(cè)距、煙霧傳感器煙霧報(bào)警器等7個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)。用到的軟件是LabVIEW8.6,NIELVIS測(cè)量套件,硬件為NI9203、NIcDAQ-9178以及各種傳感器。過(guò)程控制虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以大家所熟知的液位控制系統(tǒng)為原型,包括單容液位單回路控制、雙容液位單回路控制、雙容液位串級(jí)控制、比值控制、前饋反饋控制虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。主要用到LabVIEW8.6、分布式控制系統(tǒng)模塊DSC、控制設(shè)計(jì)與仿真模塊等。單片機(jī)原理及應(yīng)用課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容把全國(guó)智能車(chē)設(shè)計(jì)大賽、全國(guó)電子設(shè)計(jì)大賽的常出現(xiàn)題目與“虛擬儀器”技術(shù)相結(jié)合,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括液位實(shí)時(shí)監(jiān)控、電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、智能車(chē)仿真、數(shù)顯電壓表、雨量檢測(cè)系統(tǒng)。單片機(jī)完成底層的數(shù)據(jù)采集及驅(qū)動(dòng)控制,用LabVIEW設(shè)計(jì)相應(yīng)的監(jiān)控界面及算法處理。用到LabVIEW8.6、NIELVIS測(cè)量套件、NIUSB-9215、NIcDAQ-9178、實(shí)訓(xùn)電路板等。3基于平臺(tái)的設(shè)計(jì)功能:從學(xué)生實(shí)際出發(fā),并將其作為一個(gè)重要的課程資源,從用戶該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)學(xué)生使用情況發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)在實(shí)驗(yàn)設(shè)備老化,實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)緊張和實(shí)驗(yàn)時(shí)間不夠的情況下,解決提高學(xué)生綜合技能和實(shí)踐技能的問(wèn)題。(2)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容側(cè)重于理論驗(yàn)證和簡(jiǎn)單的接插線,所有學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一樣,將學(xué)生的思維限定在一個(gè)很窄的范圍內(nèi),LabVIEW讓學(xué)生在相同的任務(wù)下完成千變?nèi)f化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在相同的軟件環(huán)境下開(kāi)發(fā)出千變?nèi)f化的產(chǎn)品,有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新能力。(3)良好的可擴(kuò)展性,用戶可以利用該平臺(tái)增加如電工電子、運(yùn)動(dòng)控制等其它相關(guān)課程的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),也可根據(jù)該平臺(tái)進(jìn)行其他專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。(4)是怎樣讓“自動(dòng)化應(yīng)用型本科人才”擁有“一技之長(zhǎng)”的途徑之一。在虛擬儀器技術(shù)中“軟件即儀器和系統(tǒng)”,軟件儀器和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中涵蓋了自動(dòng)化專業(yè)的軟硬件技術(shù),學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)在更好的掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí),學(xué)習(xí)了和自己專業(yè)密切相關(guān)的虛擬儀器技術(shù),成為學(xué)生的一技之長(zhǎng),有利于提高學(xué)生的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和工作后的影響力。4硬件設(shè)備的設(shè)置和使用功能該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可以在只有一臺(tái)計(jì)算機(jī),