[摘要]根據(jù)目前傳感器課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中存在著教學(xué)內(nèi)容陳舊、缺乏設(shè)計(jì)綜合性及實(shí)驗(yàn)手段與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重等問(wèn)題，介紹了一種以Lab view為圖形編程語(yǔ)言的虛擬儀器設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將其與CYS10998型傳感器實(shí)驗(yàn)儀結(jié)合，構(gòu)成基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的新的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。文中介紹了虛擬儀器的基本概念，并給出了它在傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體應(yīng)用典例。

[關(guān)鍵詞]傳感器實(shí)驗(yàn) 虛擬儀器 綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集

傳感器技術(shù)與應(yīng)用課程是測(cè)控技術(shù)與儀器、自動(dòng)化、機(jī)械電子等電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程之一，其教學(xué)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)密切相關(guān)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，傳感器技術(shù)與應(yīng)用也飛速發(fā)展。而傳統(tǒng)的傳感器教學(xué)尤其是實(shí)踐性環(huán)節(jié)教學(xué)迫切需要改革創(chuàng)新。傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題主要反映在兩個(gè)方面。一是教學(xué)內(nèi)容陳舊，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，缺乏設(shè)計(jì)性綜合性要求，與工程實(shí)踐脫節(jié)嚴(yán)重。二是教學(xué)方式單調(diào)枯燥，實(shí)驗(yàn)手段和設(shè)備落伍。另外，由于學(xué)校的擴(kuò)招，學(xué)生人數(shù)的增加，改為4—5人一組，這樣在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中往往一個(gè)學(xué)生做，同組其他學(xué)生旁觀，教學(xué)效果很不理想。目前，新的智能化傳感器層出不窮，微處理器和網(wǎng)絡(luò)與傳感器的融合技術(shù)快速發(fā)展。這些不僅在課堂教學(xué)中較少出現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)課程上更未涉及。

將虛擬儀器技術(shù)引入傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)，既提升了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的水平，又大大節(jié)約了學(xué)校更新實(shí)驗(yàn)設(shè)備所需的投資，而且通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)，為提高學(xué)生全面運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力創(chuàng)造了良好的實(shí)驗(yàn)條件。再者，從新實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中可以看到，虛擬儀器實(shí)驗(yàn)具有傳統(tǒng)儀器不具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如無(wú)需再給每個(gè)實(shí)驗(yàn)組配備示波器，用軟件方法計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率和轉(zhuǎn)速等。

一、傳感器綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本組成

結(jié)合傳統(tǒng)的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和多種傳感器實(shí)驗(yàn)板，將傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)采集技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，虛擬儀器技術(shù)、LABVIEW軟件平臺(tái)開發(fā)技術(shù)等充分融合、集成，就形成了有自己特色的，面向高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的，具有較高性能價(jià)格比的，基于虛擬儀器的傳感器綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

CSY998型傳感器實(shí)驗(yàn)儀是浙江大學(xué)杭州高聯(lián)傳感技術(shù)有限公司早期開發(fā)的教儀產(chǎn)品，被國(guó)內(nèi)許多高校采用，在傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用。從提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備水平和教學(xué)水平同時(shí)優(yōu)化節(jié)約設(shè)備資金考慮，我們把CSY998型傳感器實(shí)驗(yàn)儀和虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行組合，采用Lab View軟件開發(fā)平臺(tái)，該軟件包充分結(jié)合GPIB、VXI、RS-232、Rs-485通信標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，可以和具有標(biāo)準(zhǔn)化儀器設(shè)備接口的各種測(cè)試設(shè)備構(gòu)成系統(tǒng)，也可以在主機(jī)上配以內(nèi)置式數(shù)據(jù)采集卡，便系統(tǒng)能檢測(cè)傳感器的輸出信號(hào)。軟件包中還含有符合網(wǎng)絡(luò)連接的子程序庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)遙控遙測(cè)等。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。將CSY998型傳感器實(shí)驗(yàn)儀各模塊的信號(hào)引出，接入到自制的信號(hào)調(diào)理箱，通過(guò)8通道數(shù)據(jù)采集器把數(shù)據(jù)從并口傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，在虛擬儀器系統(tǒng)平臺(tái)下進(jìn)行傳感器實(shí)驗(yàn)。

Lab View采用圖形化的編程語(yǔ)言(G語(yǔ)言)，他面向的是沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的用戶而不是編程專家。因此十分適合工程類的學(xué)生在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程中作為基本的軟件開發(fā)平臺(tái)。

在美國(guó)的許多大學(xué)中，Lab View已作為理工科學(xué)生的必修課程，要求三，四年級(jí)的學(xué)生能使用虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)測(cè)量。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些高校(如清華大學(xué)、上海交大、大連理工等)實(shí)驗(yàn)室也裝備了虛擬儀器平臺(tái)，但其中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室資源組合，開出高于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)水平的實(shí)驗(yàn)的很少。

二、虛擬儀器傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)施方案

計(jì)算機(jī)可選用通用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)，考慮到抗干擾性能和可靠性，也可選用工控機(jī)產(chǎn)品，數(shù)據(jù)采集卡可選用市面上通用的產(chǎn)品，價(jià)格在幾百元～幾千元不等：虛擬儀器應(yīng)用軟件開發(fā)平臺(tái)選用美國(guó)NI公司的Lab View802；考慮到建設(shè)虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室的工作量以及節(jié)省經(jīng)費(fèi)的因素，盡量選擇性能指標(biāo)一般、具有實(shí)用功能的嵌入式虛擬儀器板卡，并且隨板卡應(yīng)該提供32位的Lab View8.02驅(qū)動(dòng)程序和針對(duì)通用軟件開發(fā)平臺(tái)的WindowsDLL驅(qū)動(dòng)程序，以方便將來(lái)用通用軟件開發(fā)平臺(tái)如Visual C++、Delphi等進(jìn)行編程?？紤]到上述幾點(diǎn)，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中選擇基于ISA總線的研華PCL—818L高增益多功能數(shù)據(jù)采集卡。本虛擬儀器系統(tǒng)立足于現(xiàn)有的傳感器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可對(duì)其配套的各種傳感器信號(hào)進(jìn)行采集、分析、處理，實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)處理的全部流程，而且不同的傳感器可共用同一套硬件設(shè)備，減少了設(shè)備開銷，提高了實(shí)驗(yàn)的效率，也使實(shí)驗(yàn)更加有針對(duì)性。

三、結(jié)語(yǔ)

虛擬儀器系統(tǒng)作為一種基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型測(cè)試系統(tǒng)，具有功能強(qiáng)，精度高、測(cè)量速度快、自動(dòng)化程度高和良好的人機(jī)界面的等諸多優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高度靈活性，使得傳統(tǒng)的儀器和測(cè)試系統(tǒng)望塵莫及。開發(fā)和利用虛擬儀器系統(tǒng)，是高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一個(gè)新的發(fā)展方向。從新實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中可以看到，虛擬儀器系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有傳統(tǒng)儀器無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，如無(wú)需再給每個(gè)實(shí)驗(yàn)組配備示波器，用軟件方法計(jì)算電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率和轉(zhuǎn)速，用軟芯片LED(位數(shù)可設(shè)定)代替CSY998型傳感器實(shí)驗(yàn)儀上的硬件，可以提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和實(shí)驗(yàn)效率，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果，鞏固對(duì)該課程和理論知識(shí)的掌握，便他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中全面地接觸到各種新興技術(shù)，并將其與所學(xué)的電子專業(yè)知識(shí)融會(huì)貫通。傳感器課程的教學(xué)效果在很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)課的質(zhì)量，傳感器綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的開發(fā)無(wú)疑給提升傳感器實(shí)驗(yàn)課的質(zhì)量提供了很好的基礎(chǔ)。為了便傳感器實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到較好的效果，便學(xué)生對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作流程有清楚的了解，盡早接觸目前最新和最先進(jìn)的技術(shù)，提高他們?cè)趯?lái)競(jìng)爭(zhēng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，為將來(lái)的科研、教育和其它領(lǐng)域的工作打下良好的基礎(chǔ)，應(yīng)及早將虛擬儀器技術(shù)引入傳感器課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，開發(fā)基于虛擬儀器的傳感器綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)。