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[摘要]根据目前传感器课程教学实验环节中存在着教学内容陈旧、缺乏设计综合性及实验手段与工程实践脱节严重等问题，介绍了一种以Lab view为图形编程语言的虚拟仪器设计系统，将其与CYS10998型传感器实验仪结合，构成基于计算机技术的新的传感器实验平台。文中介绍了虚拟仪器的基本概念，并给出了它在传感器实验教学中的具体应用典例。
[关键词]传感器实验 虚拟仪器 综合实验系统 数据采集
传感器技术与应用课程是测控技术与仪器、自动化、机械电子等电类专业的专业基础核心课程之一，其教学内容与实验密切相关。随着计算机技术、信息技术和网络技术的发展，传感器技术与应用也飞速发展。而传统的传感器教学尤其是实践性环节教学迫切需要改革创新。传统的传感器实验教学的问题主要反映在两个方面。一是教学内容陈旧，验证性实验为主，缺乏设计性综合性要求，与工程实践脱节严重。二是教学方式单调枯燥，实验手段和设备落伍。另外，由于学校的扩招，学生人数的增加，改为4—5人一组，这样在实验当中往往一个学生做，同组其他学生旁观，教学效果很不理想。目前，新的智能化传感器层出不穷，微处理器和网络与传感器的融合技术快速发展。这些不仅在课堂教学中较少出现，在实验课程上更未涉及。
将虚拟仪器技术引入传感器实验教学，既提升了实验设备的水平，又大大节约了学校更新实验设备所需的投资，而且通过综合性实验，为提高学生全面运用所学知识的能力创造了良好的实验条件。再者，从新实验环节中可以看到，虚拟仪器实验具有传统仪器不具备的独特优势，如无需再给每个实验组配备示波器，用软件方法计算电机旋转频率和转速等。
一、传感器综合实验系统的基本组成
结合传统的传感器实验平台和多种传感器实验板，将传感器技术、数据采集技术、计算机技术，虚拟仪器技术、LABVIEW软件平台开发技术等充分融合、集成，就形成了有自己特色的，面向高等院校实验教学的，具有较高性能价格比的，基于虚拟仪器的传感器综合实验系统。
CSY998型传感器实验仪是浙江大学杭州高联传感技术有限公司早期开发的教仪产品，被国内许多高校采用，在传感器实验教学中发挥了重要的作用。从提高实验设备水平和教学水平同时优化节约设备资金考虑，我们把CSY998型传感器实验仪和虚拟仪器系统进行组合，采用Lab View软件开发平台，该软件包充分结合GPIB、VXI、RS-232、Rs-485通信标准和协议，可以和具有标准化仪器设备接口的各种测试设备构成系统，也可以在主机上配以内置式数据采集卡，便系统能检测传感器的输出信号。软件包中还含有符合网络连接的子程序库，可以实现遥控遥测等。其结构框图如图1所示。将CSY998型传感器实验仪各模块的信号引出，接入到自制的信号调理箱，通过8通道数据采集器把数据从并口传输到计算机中，在虚拟仪器系统平台下进行传感器实验。
Lab View采用图形化的编程语言(G语言)，他面向的是没有编程经验的用户而不是编程专家。因此十分适合工程类的学生在基础实验课程中作为基本的软件开发平台。
在美国的许多大学中，Lab View已作为理工科学生的必修课程，要求三，四年级的学生能使用虚拟仪器系统进行数据采集和实验测量。近年来，国内一些高校(如清华大学、上海交大、大连理工等)实验室也装备了虚拟仪器平台，但其中进行实验室资源组合，开出高于传统实验水平的实验的很少。
二、虚拟仪器传感器实验系统的实施方案
计算机可选用通用的计算机平台，考虑到抗干扰性能和可靠性，也可选用工控机产品，数据采集卡可选用市面上通用的产品，价格在几百元～几千元不等：虚拟仪器应用软件开发平台选用美国NI公司的Lab View802；考虑到建设虚拟仪器实验室的工作量以及节省经费的因素，尽量选择性能指标一般、具有实用功能的嵌入式虚拟仪器板卡，并且随板卡应该提供32位的Lab View8.02驱动程序和针对通用软件开发平台的WindowsDLL驱动程序，以方便将来用通用软件开发平台如Visual C 、Delphi等进行编程。考虑到上述几点，本实验平台中选择基于ISA总线的研华PCL—818L高增益多功能数据采集卡。本虚拟仪器系统立足于现有的传感器实验平台，可对其配套的各种传感器信号进行采集、分析、处理，实现传感器信號处理的全部流程，而且不同的传感器可共用同一套硬件设备，减少了设备开销，提高了实验的效率，也使实验更加有针对性。
三、结语
虚拟仪器系统作为一种基于计算机技术的新型测试系统，具有功能强，精度高、测量速度快、自动化程度高和良好的人机界面的等诸多优点，特别是它的高度灵活性，使得传统的仪器和测试系统望尘莫及。开发和利用虚拟仪器系统，是高校进行实验室建设，改革实验教学的一个新的发展方向。从新实验环节中可以看到，虚拟仪器系统在实验教学中具有传统仪器无可比拟的优势，如无需再给每个实验组配备示波器，用软件方法计算电机旋转频率和转速，用软芯片LED(位数可设定)代替CSY998型传感器实验仪上的硬件，可以提高学生的实验兴趣和实验效率，加强实验效果，巩固对该课程和理论知识的掌握，便他们在实验中全面地接触到各种新兴技术，并将其与所学的电子专业知识融会贯通。传感器课程的教学效果在很大程度上取决于实验课的质量，传感器综合实验系统的开发无疑给提升传感器实验课的质量提供了很好的基础。为了便传感器实验教学达到较好的效果，便学生对测试系统的整体结构和工作流程有清楚的了解，尽早接触目前最新和最先进的技术，提高他们在将来竞争中的竞争力，为将来的科研、教育和其它领域的工作打下良好的基础，应及早将虚拟仪器技术引入传感器课程的实验教学，开发基于虚拟仪器的传感器综合实验系统平台。
[关键词]传感器实验 虚拟仪器 综合实验系统 数据采集
传感器技术与应用课程是测控技术与仪器、自动化、机械电子等电类专业的专业基础核心课程之一，其教学内容与实验密切相关。随着计算机技术、信息技术和网络技术的发展，传感器技术与应用也飞速发展。而传统的传感器教学尤其是实践性环节教学迫切需要改革创新。传统的传感器实验教学的问题主要反映在两个方面。一是教学内容陈旧，验证性实验为主，缺乏设计性综合性要求，与工程实践脱节严重。二是教学方式单调枯燥，实验手段和设备落伍。另外，由于学校的扩招，学生人数的增加，改为4—5人一组，这样在实验当中往往一个学生做，同组其他学生旁观，教学效果很不理想。目前，新的智能化传感器层出不穷，微处理器和网络与传感器的融合技术快速发展。这些不仅在课堂教学中较少出现，在实验课程上更未涉及。
将虚拟仪器技术引入传感器实验教学，既提升了实验设备的水平，又大大节约了学校更新实验设备所需的投资，而且通过综合性实验，为提高学生全面运用所学知识的能力创造了良好的实验条件。再者，从新实验环节中可以看到，虚拟仪器实验具有传统仪器不具备的独特优势，如无需再给每个实验组配备示波器，用软件方法计算电机旋转频率和转速等。
一、传感器综合实验系统的基本组成
结合传统的传感器实验平台和多种传感器实验板，将传感器技术、数据采集技术、计算机技术，虚拟仪器技术、LABVIEW软件平台开发技术等充分融合、集成，就形成了有自己特色的，面向高等院校实验教学的，具有较高性能价格比的，基于虚拟仪器的传感器综合实验系统。
CSY998型传感器实验仪是浙江大学杭州高联传感技术有限公司早期开发的教仪产品，被国内许多高校采用，在传感器实验教学中发挥了重要的作用。从提高实验设备水平和教学水平同时优化节约设备资金考虑，我们把CSY998型传感器实验仪和虚拟仪器系统进行组合，采用Lab View软件开发平台，该软件包充分结合GPIB、VXI、RS-232、Rs-485通信标准和协议，可以和具有标准化仪器设备接口的各种测试设备构成系统，也可以在主机上配以内置式数据采集卡，便系统能检测传感器的输出信号。软件包中还含有符合网络连接的子程序库，可以实现遥控遥测等。其结构框图如图1所示。将CSY998型传感器实验仪各模块的信号引出，接入到自制的信号调理箱，通过8通道数据采集器把数据从并口传输到计算机中，在虚拟仪器系统平台下进行传感器实验。
Lab View采用图形化的编程语言(G语言)，他面向的是没有编程经验的用户而不是编程专家。因此十分适合工程类的学生在基础实验课程中作为基本的软件开发平台。
在美国的许多大学中，Lab View已作为理工科学生的必修课程，要求三，四年级的学生能使用虚拟仪器系统进行数据采集和实验测量。近年来，国内一些高校(如清华大学、上海交大、大连理工等)实验室也装备了虚拟仪器平台，但其中进行实验室资源组合，开出高于传统实验水平的实验的很少。
二、虚拟仪器传感器实验系统的实施方案
计算机可选用通用的计算机平台，考虑到抗干扰性能和可靠性，也可选用工控机产品，数据采集卡可选用市面上通用的产品，价格在几百元～几千元不等：虚拟仪器应用软件开发平台选用美国NI公司的Lab View802；考虑到建设虚拟仪器实验室的工作量以及节省经费的因素，尽量选择性能指标一般、具有实用功能的嵌入式虚拟仪器板卡，并且随板卡应该提供32位的Lab View8.02驱动程序和针对通用软件开发平台的WindowsDLL驱动程序，以方便将来用通用软件开发平台如Visual C 、Delphi等进行编程。考虑到上述几点，本实验平台中选择基于ISA总线的研华PCL—818L高增益多功能数据采集卡。本虚拟仪器系统立足于现有的传感器实验平台，可对其配套的各种传感器信号进行采集、分析、处理，实现传感器信號处理的全部流程，而且不同的传感器可共用同一套硬件设备，减少了设备开销，提高了实验的效率，也使实验更加有针对性。
三、结语
虚拟仪器系统作为一种基于计算机技术的新型测试系统，具有功能强，精度高、测量速度快、自动化程度高和良好的人机界面的等诸多优点，特别是它的高度灵活性，使得传统的仪器和测试系统望尘莫及。开发和利用虚拟仪器系统，是高校进行实验室建设，改革实验教学的一个新的发展方向。从新实验环节中可以看到，虚拟仪器系统在实验教学中具有传统仪器无可比拟的优势，如无需再给每个实验组配备示波器，用软件方法计算电机旋转频率和转速，用软芯片LED(位数可设定)代替CSY998型传感器实验仪上的硬件，可以提高学生的实验兴趣和实验效率，加强实验效果，巩固对该课程和理论知识的掌握，便他们在实验中全面地接触到各种新兴技术，并将其与所学的电子专业知识融会贯通。传感器课程的教学效果在很大程度上取决于实验课的质量，传感器综合实验系统的开发无疑给提升传感器实验课的质量提供了很好的基础。为了便传感器实验教学达到较好的效果，便学生对测试系统的整体结构和工作流程有清楚的了解，尽早接触目前最新和最先进的技术，提高他们在将来竞争中的竞争力，为将来的科研、教育和其它领域的工作打下良好的基础，应及早将虚拟仪器技术引入传感器课程的实验教学，开发基于虚拟仪器的传感器综合实验系统平台。