摘 要：本文分析了高職院校設(shè)置《虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程的必要性，介紹了該課程的課程內(nèi)容、課程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)及課程配套的實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，課程可以完成電子測(cè)量與信號(hào)監(jiān)控、自動(dòng)化領(lǐng)域儀器的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)及創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：高職；虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用；課程設(shè)計(jì)

1 引言

虛擬儀器（virtual instrumention，簡(jiǎn)稱VI）是基于計(jì)算機(jī)的儀器，虛擬儀器允許測(cè)試人員根據(jù)不同的測(cè)試要求，通過(guò)軟件重新定制硬件，創(chuàng)建自定義的解決方案，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合，是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，掌握虛擬儀器技術(shù)已成為畢業(yè)生應(yīng)具有的、不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)。高職院校培養(yǎng)高技能實(shí)用型人才，教學(xué)中需要大量的實(shí)訓(xùn)設(shè)備，虛擬儀器技術(shù)以最少的硬件投資即可改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)，非常適合高職教育體制的實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)?！短摂M儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程的設(shè)置，能夠滿足軌道交通等多個(gè)行業(yè)電子測(cè)繪領(lǐng)域高職畢業(yè)生培養(yǎng)的需求。

2 《虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程設(shè)計(jì)

《虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程是我院電子測(cè)量與信號(hào)監(jiān)控專業(yè)方向的核心課程，課程依托教師自主設(shè)計(jì)的虛擬綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，結(jié)合校企聯(lián)合開(kāi)發(fā)的課程項(xiàng)目和實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生在電子測(cè)繪、軌道交通等方面職業(yè)能力，為電子技術(shù)等多門(mén)課程提供很好的技術(shù)支撐。

2.1 課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

本課程內(nèi)容選取前期以Labview基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)為主，后期以項(xiàng)目教學(xué)為主，項(xiàng)目以信號(hào)發(fā)生器等常見(jiàn)儀器設(shè)備的開(kāi)發(fā)為主。課程項(xiàng)目根據(jù)企業(yè)當(dāng)前所需技術(shù)，用傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器相結(jié)合的方法，以地鐵軌道信號(hào)設(shè)備的信號(hào)分析、處理及基于聲卡的虛擬儀器信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)等為案例開(kāi)發(fā)。課程教學(xué)內(nèi)容安排順序，通過(guò)簡(jiǎn)單游戲開(kāi)發(fā)，學(xué)習(xí)Labview基礎(chǔ)知識(shí)；設(shè)計(jì)以聲音采集卡為媒介的簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器；完成多通道數(shù)據(jù)采集裝置的綜合項(xiàng)目，從簡(jiǎn)到難，使學(xué)生逐漸掌握虛擬儀器開(kāi)發(fā)流程和設(shè)計(jì)方法。表1是單元教學(xué)的主要內(nèi)容。

2.2 課程的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)

2.2.1 虛擬儀器系統(tǒng)構(gòu)成

以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。圖1是常用的虛擬儀器系統(tǒng)方案。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。

2.2.2 虛擬綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的硬件系統(tǒng)

本課程的實(shí)踐平臺(tái)按照?qǐng)D1的虛擬儀器系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，以“NI6221數(shù)據(jù)采集卡”為核心，以傳感器模塊，數(shù)據(jù)處理單元，組成高性能的模塊化硬件系統(tǒng)。再結(jié)合軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)集成。平臺(tái)開(kāi)發(fā)以來(lái)，在企業(yè)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中起到重要的作用，尤其是在數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理方面應(yīng)用較多。平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)通用臺(tái)式儀器的全部功能以及一些在傳統(tǒng)儀器上無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)和總結(jié)，該平臺(tái)目前包括虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱、USB高精度采集卡和圖形化軟件開(kāi)發(fā)工具、仿真工具等，此外基于Labview圖形化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，能夠輔助完成大部分課程的課堂教學(xué)，學(xué)生競(jìng)賽及科研項(xiàng)目，非常適合高職院校學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和技能訓(xùn)練。虛擬綜合實(shí)訓(xùn)平臺(tái)的硬件總體框架如下圖2，利用模塊化硬件，結(jié)合軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。軟件能幫你創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成，靈活的可編程軟硬件平臺(tái)滿足對(duì)同步和定時(shí)應(yīng)用的需求。只有同時(shí)擁有軟件、模塊化IO硬件和用于集成軟硬件的平臺(tái)，才能充分發(fā)揮虛擬儀器的優(yōu)勢(shì)。

由Labview軟件構(gòu)建虛擬儀器實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于物理量的測(cè)量中，在實(shí)際應(yīng)用中，平臺(tái)可以完成多個(gè)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容，可供電子、通信類專業(yè)學(xué)生作為設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性綜合實(shí)驗(yàn)和畢業(yè)設(shè)計(jì)使用。

2.3 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容

課程開(kāi)發(fā)了一系列實(shí)踐項(xiàng)目，包括：示波器、頻譜分析儀、數(shù)字電壓表、溫度測(cè)量系統(tǒng)、光強(qiáng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)、紅綠燈控制系統(tǒng)、紅外傳輸系統(tǒng)、電機(jī)調(diào)速與測(cè)速開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、電子秤設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)控制與霍爾元件檢測(cè)、電機(jī)調(diào)速與測(cè)速閉環(huán)系統(tǒng)、模擬電梯超重報(bào)警系統(tǒng)等。學(xué)生可以在實(shí)訓(xùn)中完成測(cè)試、測(cè)量和數(shù)字信號(hào)分析，從而為嵌入式設(shè)計(jì)、工業(yè)控制以及測(cè)試和測(cè)量項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中提供了一種獨(dú)特的解決方案。

2.4 課程在高職電子類專業(yè)中的定位

在電子測(cè)量與信號(hào)監(jiān)控專業(yè)方向的培養(yǎng)方案中，本課程是核心課程，該課程在培養(yǎng)目標(biāo)中起重要的作用，對(duì)培養(yǎng)其他崗位能力起著支撐作用，在課程體系中起著呈上啟下的核心作用。

3 課程對(duì)學(xué)生的培養(yǎng)

課程可以提高學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)。學(xué)生可以完成儀器電路的設(shè)計(jì)、參數(shù)分析與計(jì)算，調(diào)試與測(cè)量，嵌入式技術(shù)的學(xué)習(xí)，掌握并熟練使用各種電子設(shè)備及儀器、測(cè)量技術(shù)等，利用現(xiàn)有計(jì)算機(jī)資源，Labview圖形化軟件、數(shù)據(jù)采集等，完成測(cè)試、控制、自動(dòng)化或者其他創(chuàng)新性的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，全面提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，學(xué)生能夠配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護(hù)和修改已有的解決方案，掌握儀器定制或自制步驟，面對(duì)簡(jiǎn)單的測(cè)試任務(wù)，能很快的組建測(cè)試系統(tǒng)。

4 總結(jié)

高職《虛擬儀器設(shè)計(jì)與應(yīng)用》課程設(shè)置，適應(yīng)當(dāng)前虛擬儀器技術(shù)崗位的發(fā)展需要，課程就業(yè)方向明確，具有很強(qiáng)的可持續(xù)發(fā)展優(yōu)勢(shì)。通過(guò)課程，學(xué)生掌握了電子測(cè)量的新技術(shù)和新方法，大大提升學(xué)生電路設(shè)計(jì)和應(yīng)用能力；課程采用先進(jìn)的教學(xué)手段，使學(xué)生初步掌握新技術(shù)的數(shù)字化儀器儀表的開(kāi)發(fā)流程；借助虛擬綜合測(cè)試儀平臺(tái)，學(xué)生體驗(yàn)具有先進(jìn)技術(shù)、開(kāi)放性和高集成可擴(kuò)展的工作環(huán)境，參與企業(yè)實(shí)際的項(xiàng)目設(shè)計(jì)；將理論知識(shí)學(xué)習(xí)、實(shí)踐能力培養(yǎng)和綜合素質(zhì)培養(yǎng)三者緊密結(jié)合起來(lái)；形成校企聯(lián)合培養(yǎng)體系，幫助學(xué)生獲得高質(zhì)量的動(dòng)手能力訓(xùn)練，同時(shí)平臺(tái)在實(shí)訓(xùn)設(shè)備的功能和設(shè)計(jì)方法、水平方面產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳棟，崔秀華.虛擬儀器應(yīng)用設(shè)計(jì)[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2009.

[2] 賈佳，高職《虛擬儀器技術(shù)》課程教學(xué)實(shí)踐探索[J].職業(yè)教育研究，2012（5）.

[3] 趙展.高職院校電子類實(shí)驗(yàn)室引入虛擬儀器教學(xué)的研究[J].計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)，2011（12）.