王 桔, 丁 銳

(長春大學 電子信息學院，長春 130022)

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基于Nextboard實驗平臺“測控電路”課程教學實驗的設(shè)計與探索

王 桔, 丁 銳

(長春大學 電子信息學院，長春 130022)

基于泛華的Nextboard工程教學平臺，對“測控電路”課程的相關(guān)教學實驗進行設(shè)計與進一步探索。實驗表明，基于Nextboard的《測控電路》實驗，能夠使課程內(nèi)容及電路原理更加清晰、易懂，實驗程序再次開發(fā)應(yīng)用容易，設(shè)備利用效率高。

測控；Nextboard；教學實驗

1 測控電路概述

測控技術(shù)與儀器專業(yè)隸屬于儀器科學與技術(shù)一級學科。而“測控電路”則是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的專業(yè)課程，主要作為測控技術(shù)與儀器專業(yè)本科生內(nèi)容，同時可供相關(guān)領(lǐng)域工程技術(shù)和研究人員及相鄰專業(yè)研究生參考。

《測控電路》主要介紹了工業(yè)生產(chǎn)和科學研究中常用的測量與控制電路的各個功能塊和總體連接，使學生能夠熟悉怎樣運用電子技術(shù)來解決測量與控制中的任務(wù)，在電子技術(shù)與測量、控制間架起一座橋梁，合理地進行電路總體設(shè)計和功能塊的選用。測控系統(tǒng)是由三個部分組成的：傳感器、測量控制電路、執(zhí)行機構(gòu)。

測控系統(tǒng)最前端為傳感器采集信號，傳感器的輸出信號一般都很微弱，還可能伴有各種噪聲，需要用測控電路將它放大，剔除噪聲，選取有用信號。因此，測量控制電路的作用便是放大測量信號，剔除噪聲干擾，并根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的信號進行信號轉(zhuǎn)換等。測控系統(tǒng)的最后便是執(zhí)行機構(gòu)，按照測量與控制功能的要求，進行了所需演算，處理與變換，輸出能控制執(zhí)行機構(gòu)動作的信號。根據(jù)測控系統(tǒng)對測控電路的要求，將測控電路分為如下幾個重要的內(nèi)容和實驗：放大電路的設(shè)計、信號電路的調(diào)制與解調(diào)，以及信號電路的各種運算。

2 Nextboard實驗平臺概述

nextboard 是泛華為工科院校師生打造的用于工程教學的實驗平臺。平臺基于虛擬儀器技術(shù)，配合泛華及第三方自主開發(fā)的實驗?zāi)K，通過自主創(chuàng)新和設(shè)計，可以完成傳感器、模擬電路、數(shù)字電路、通信原理、基礎(chǔ)物理、控制原理等實驗。更能讓學生自己動手在平臺上搭建電路或自行設(shè)計實驗及模塊，在教與學之外，培養(yǎng)動手和創(chuàng)新的能力。Nextboard實驗平臺如圖1所示。

Nextboard通用工程教學實驗平臺需要連接NI(美國國家儀器) M、X系列數(shù)據(jù)采集卡使用。在面對不同學科實驗時，需要另外搭載不同學科的實驗?zāi)K。并可以通過NI公司的LabVIEW軟件隨時編寫相應(yīng)程序。正是由于這種通用性，使得Nextboard適合多學科的教學實驗室、創(chuàng)新性實驗室建設(shè)。Nextboard又提供了許多根據(jù)不同的課程而配合的實驗?zāi)K，比如適合傳感器課程的傳感器模塊套件，熱敏電阻實驗?zāi)K等。

為了滿足工程教育中的教學、實驗、創(chuàng)新三大方向，同時也為了用戶方便使用，泛華為使用者提供了Nextboard軟面板，如圖2所示。用戶可以直接在軟面板中完成各種實驗內(nèi)容的學習，并且可以很方便地使用與調(diào)試Nextboard上的全部資源。

圖1 Nextboard實驗平臺

圖2 Nextboard軟面板

3 Nextsense實驗?zāi)K

泛華Nextboard測控實驗平臺提供了多種實驗?zāi)K，因此可以方便、快捷、直觀地對測控課程進行實驗及演示，熱電偶實驗應(yīng)用的是傳感器教學實驗系列nextsense模塊，也是測控電路課程的主要實驗。nextsense模塊如圖3所示，是針對傳感器教學，測控電路等基礎(chǔ)課程設(shè)計的教學實驗?zāi)K。nextsense系列配合泛華通用工程教學實驗平臺nextboard使用，可以完成熱電偶、熱敏電阻等傳感器的課程教學。課程提供傳感器以及調(diào)理電路，內(nèi)容涵蓋傳感器特性描繪、電路模擬以及實際測量等。以《測控電路》實驗中的傳感器采集信號為例，應(yīng)用Nextboard傳感器教學實驗系列nextsense模塊便可完成熱電偶實驗演示。

4 熱電偶實驗?zāi)K演示

熱電偶的實驗?zāi)K，分為硬件部分和軟件部分兩塊組成。軟件部分中，首先打開nextboard軟面板nextpad，點擊配置按鈕，在 nextpad 主界面中選擇熱電偶實驗圖標，雙擊進入實驗，如圖4所示。

圖3 熱電偶實驗?zāi)K

圖4 熱電偶實驗nextpad軟面板

圖5 傳感器介紹選項卡

熱電偶實驗軟面板的主體是課程選項卡，它共由五個部分組成：傳感器介紹、特性曲線、實驗內(nèi)容、實驗?zāi)M、實測面板。如果對熱電偶實驗原理或內(nèi)容不是特別了解的話，可以查看相應(yīng)的課程選項卡里的相關(guān)介紹，在傳感器介紹中，將熱電偶的原理介紹得非常清楚，對于理解和消化理論學習的內(nèi)容有著非常直觀的幫助。傳感器介紹選項卡如圖5所示。

首先，需要連接硬件電路，將熱電偶實驗?zāi)K插入Nextpad實驗面板中，如圖6所示。實驗?zāi)K電路板上用虛線描繪的電阻表示需要外接備選電阻，連接的阻值不同，放大倍數(shù)也不同。放大倍數(shù)=備選電阻值/50Ω，此次實驗選擇的是10Ω，因此Gain=10KΩ/50Ω=200倍。點擊運行按鈕，可以在Nextboard面板中看到實驗運行的曲線及數(shù)據(jù)，如圖7所示。從實驗運行的曲線結(jié)果可以看到，與《測控電路》課程中所講到的理論完全相符合，并且清晰易懂。運行后還可以將實驗數(shù)據(jù)保存到電腦中，以便查閱。數(shù)據(jù)保存的結(jié)果如圖8所示。此外，還可以打開選項卡查看此實驗LabVIEW后面板的程序，以便隨時完善或修改相關(guān)實驗內(nèi)容及其Nextboard軟面板設(shè)置，如圖9所示。

圖6 熱電偶實驗外接連線

圖7 熱電偶實驗Nextboard運行結(jié)果

圖8 熱電偶實驗數(shù)據(jù)

圖9 熱電偶實驗LabVIEW后面板程序

5 《測控電路》教學實驗的探索

《測控電路》的內(nèi)容主要包括：測控電路的功用和對它的主要要求、類型、組成和發(fā)展趨勢；低漂移、高性能測量放大器、隔離和可控放大電路；并通過Nextboard熱電偶傳感器的典型的測控實驗的設(shè)計，發(fā)現(xiàn)Nextboard平臺對測控系統(tǒng)課程實驗非常完整及方便。根據(jù)“測控電路”課程要求，可以借助泛華Nextboard平臺的基礎(chǔ)上，更進一步利用NI公司的LabVIEW軟件對所要設(shè)計的軟件進行編寫程序，設(shè)計相應(yīng)更多的《測控電路》課程教學實驗軟面板，為學生們更加深入理解課程的內(nèi)容和意義做好實驗輔助。

[1] 陳語林，童鍵，劉衛(wèi)國. 改革實驗教學方法,培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力[J].實驗室研究與探索,2003(4):30-31.

[2] 許國安，徐華城.深化實驗教學改革注重對學生能力的培養(yǎng)[J].實驗技術(shù)與管理,2003(2):112-113.

[3] 張國雄. 測控電路[M].北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[4] 劉鳴. 電子線路綜合設(shè)計實驗教程[M].天津:天津大學出版社,2008.

[5] 陸綺榮. 基于虛擬儀器技術(shù)個人實驗室的構(gòu)建[M].北京:電子工業(yè)出版社,2006.

[6] 李文聯(lián).虛擬儀器在電子技術(shù)演示實驗中的應(yīng)用[J].實驗室研究與探索,2004(1):20-22.

[7] 周又平，梅長彤，徐慧. 虛擬儀器教學實驗平臺在電子技術(shù)類課程的應(yīng)用[J].實驗技術(shù)與管理,2006(3):73-75.

[8] 李培江，尤婷. 基于LabVIEW的高校測控實驗的開發(fā)[J].實驗室科學,2008(2):72-73.

[9] 謝東坡，高云，余成波. 基于labVIEW平臺的虛擬實驗室研究[J].試驗技術(shù)與試驗機,2007(3):40-43.

[10] 李明利，馬先思，周洲. 基于虛擬儀器的調(diào)相與鑒相實驗[J].實驗技術(shù)與管理,2007(6):80-82.

責任編輯：劉 琳

Design and Exploration of Teaching Experiment of Measurement and Control Circuit Course Based on Nextboard Experiment Platform

WANG Ju，DING Rui

(College of Electronic Information Engineering, Changchun University, Changchun 130022, China)

Based on Fanhua Nextboard engineering teaching platform, this paper makes a design and a further exploration on the related teaching experiment of Measurement and Control Circuit course. Experiment results show that Measurement and Control Circuit experiment based on Nextboard, with easier experimental procedure application and high utilization efficiency of equipment, can make the course contents and circuit principles more clear and simple.

measurement and control; Nextboard; teaching experiment

2015-10-28

吉林省高教學會課題(JGJX2015C64)

王桔(1980-)，女，吉林長春人，講師，博士研究生，主要從事電子與通信工程方面研究。

G642

A

1009-3907(2016)10-0122-03