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[摘要]介绍了基于LabVIEW的综合实验教学平台的开发与应用，阐述了实验台的设计原理、结构与功能，并给出典型示例。该实验台采用较先进的数据采集软件与硬件，实验台设计结构紧凑、使用灵活、操作界面美观、直观效果好，经投入使用效果良好。
[关键词]LabVIEW编程，综合实验台，数据采集与控制，实验教学。
[中图分类号]TN06[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2008)01-0075-03
0引言
目前国内高等院校机械类专业普遍开设机械工程测试技术课程，该课程主要讲授机械工程领域常见的各种物理量的测试与分析方法。由于机械工程测试技术课程丰富的实践性，它的一个重要教学环节是实验课。工程测试实验教学的目的不仅在于对理论教学的验证，更重要的是训练学生工程测试实际应用能力。传统的测试实验方法已不能满足现在的教学要求，随着计算机技术和电子仪器技术的进步，测试技术实验教学也面临新的问题。
使用传统仪器进行测试实验教学，主要存在以下问题：①仪器功能单一。传统测控设备一般只能独立完成一项具体的测控任务和功能，不同实验所用仪器也不尽相同，对于综合性实验所需的仪器较多，势必增加仪器投资，而且现场使用很不方便，降低了实验教学的效率；②仪器功能是封闭的。由于传统仪器功能的封闭性，学生难以了解其工作原理，影响对实验内容的理解；③学生只能按照教师事先设计好的实验方案被动的进行操作，没有体现出在实验课中的主体地位。
LabVIEW作为高效的虚拟仪器开发平台，以其灵活、紧凑、功能强和图形编程方式使系统软件开发更省时、更省力。无论是测量、测试、计量或是工业过程控制和分析处理，还是更为广泛的测控领域，虚拟仪器都是理想的高效率的解决方案。该软件作为一个比较完整和性能优异的图形化软件开发环境，被越来越多的工科大学作为课堂和实验室教学内容，作为工程师素质培养的一个方面。使用者用图形语言开发出各种仪器，综合应用所学过的各学科知识，像搭积木一样，在普通的计算机上构建一个个人实验室，完成机械工程测试实验。使教师和学生摆脱了功能单一、固定的现成仪器的束缚，充分发挥学生的积极性和创造性，有利于培养学生在实验课中的主动性，有利于培养学生的创造性思维和工程实践能力。
1综合实验平台构成
综合实验平台的设计原则是将LabVIEW软件与专业课实验结合，二次开发出适合本专业特点的实验程序及实验装置。设计思路是要求学生学习用软件搭建自己的实验平台，给出典型示例，了解测试程序的基本设计原理，并结合工程测试对象进行测试。
该平台主要有三部分内容：基于LabVIEW的虚拟仪器基本组成实验，传感器的静态特性测试，数据采集与控制综合实验。虚拟仪器基本组成实验主要介绍虚拟仪器概念及虚拟仪器工作原理，要求学生熟悉LabVIEW环境及各模板，运行已编辑好的例程，了解基本的编辑技术，并根据提示创建简单的程序。传感器的静态特性测试内容为静态信号（或变化极缓慢信号）时测试装置的输入与输出之间的关系。本实验要求学生了解传感器工作原理及使用方法，掌握基于LabVIEW的传感器的静态特性标定方法，静态特性主要包括线性度、灵敏度、回程误差。在前两项实验内容中学习了测试软件的使用方法及传感器的标定，在后续实验中学习LabVIEW在工程实际中的应用，了解测速传感器的工作原理及使用方法，了解测试系统的控制方法及滑块行程的控制方法。该实验平台结构紧凑，设计合理，内容丰富，直观效果强，复用性强，系统费用低，可操作性强，集计算机、数据采集系统与实验室实验模型于一体。
2实验平台设计原理
实验系统在基于LabVIEW软件平台上开发，设计有标定平台、测试平台及控制平台（见图1），系统采用研华PCI-1711型插入式数据采集与控制卡，分辨率为12位，采样频率100KS/s，通道16路单端，模拟量输入各通道增益可单独编程，自动通道/增益扫描，板载1KFIFO，2路12位模拟量输出，16路数字量输入/16路数字量输出。该型号的数据采集卡各项性能指标均能满足实验教学与科研要求，且从价格性能比上经济实惠。实验模型中的传感器可测试位移、力、温度、速度等物理参量。在综合实验台上设计有电风扇、测量转速装置、直流电机、继电器控制电路、位移测量装置、滑块等（见图2）。
图4为综合实验台的电机换向控制电路原理。该电路由三极管、继电器与常开触点组成。当触发端给一高电位（ 3V）时三极管的集电极和发射极接通，继电器k1和k3的线圈吸合，电机正转；反之，当触发端给一低电位（0V）时三极管的集电极和发射极电阻较大，继电器k1和k3的线圈断电，继电器k2的线圈和继电器k4的线圈吸合，电机反转，改变触发端的电位高低是由LabVIEW控制程序来实现。在滑块行程控制实验中，将滑块位移作为控制量，使滑块按预定的行程运动，当滑块运动到预定位置时由控制回路自动发出讯号，滑块停止。当电机正反转及滑块运动和停止时会有相应的指示灯闪亮。
4实验系统的扩展
该实验系统的标定平台可适用于各类传感器，包括力、温度、速度、加速度、行程等。为该实验系统专门设计的端子盒将接线端子分别引出，便于连接和使用，当需要输入或输出信号时，只需将信号线的统一插头插入相应通道接口即可，该实验系统具有很强的通用性和可扩展性，对于测试信号较多，现场情况多变时，可在此基础上很方便地搭建。
5应用效果分析
将基于LabVIEW的综合实验平台引入实验教学中，经过两年的实践，收到较好的效果。
1）改善实验环境，提高学生学习兴趣。兴趣是学好知识的基础，有兴趣才有动力。LabVIEW综合实验教学平台的使用，充满高新技术气息的氛围，调动了学生对实验课的兴趣，学生们在实验课中积极主动；
2）减少资金投入，丰富实验内容。传统的实验记录仪采用SC-16型光线示波器，每年要消耗大量的紫外线感光纸，价格昂贵，采购不方便。此平台使用以来，节省了费用，同时给学生拓宽了思维空间，提供了从模拟走向创新的条件；
3）科研带动教学，教学促进科研。将科研成果引入实验教学是一个高效可行之路，实验教师通过开发高新技术实验，不但提高教学水平，同时促进了科研；
4）LabVIEW是一个易学、高效的虚拟仪器开发平台，在与使用传统仪器基本相同的实验课时内，学生就可以完成简单编程、连接硬件，进行实验的全部过程。用LabVIEW软件编程可方便的自行开发出各种实验仪器，代替传统仪器来完成实验，生动直观地展示出许多抽象物理的概念，易于理解，能够达到课堂讲授很难达到的效果。
虚拟仪器技术是基于计算机技术、现代测量技术和电子仪器技术发展起来的新产物，它将仪器硬件与软件、计算机高效地结合在一起，应用虚拟仪器技术进行工程测试，是测试技术发展的必然趋势。由于它的环境软件硬件都是工业标准的产品，学生通过实验学到的技能可直接应用到生产实践中去，可使学生尽快适应未来市场对他们的需求。
参考文献
1汪敏生.LabVIEW基础教程.北京:电子工业出版社,2002.
2 石博强,赵德永,李畅,等.LabVIEW编程技术实用教程.北京:中国铁道出版社,2002.
3 陈花玲.机械工程测试技术.北京:机械工业出版社,2002.
[关键词]LabVIEW编程，综合实验台，数据采集与控制，实验教学。
[中图分类号]TN06[文献标识码]A[文章编号]1005-4634(2008)01-0075-03
0引言
目前国内高等院校机械类专业普遍开设机械工程测试技术课程，该课程主要讲授机械工程领域常见的各种物理量的测试与分析方法。由于机械工程测试技术课程丰富的实践性，它的一个重要教学环节是实验课。工程测试实验教学的目的不仅在于对理论教学的验证，更重要的是训练学生工程测试实际应用能力。传统的测试实验方法已不能满足现在的教学要求，随着计算机技术和电子仪器技术的进步，测试技术实验教学也面临新的问题。
使用传统仪器进行测试实验教学，主要存在以下问题：①仪器功能单一。传统测控设备一般只能独立完成一项具体的测控任务和功能，不同实验所用仪器也不尽相同，对于综合性实验所需的仪器较多，势必增加仪器投资，而且现场使用很不方便，降低了实验教学的效率；②仪器功能是封闭的。由于传统仪器功能的封闭性，学生难以了解其工作原理，影响对实验内容的理解；③学生只能按照教师事先设计好的实验方案被动的进行操作，没有体现出在实验课中的主体地位。
LabVIEW作为高效的虚拟仪器开发平台，以其灵活、紧凑、功能强和图形编程方式使系统软件开发更省时、更省力。无论是测量、测试、计量或是工业过程控制和分析处理，还是更为广泛的测控领域，虚拟仪器都是理想的高效率的解决方案。该软件作为一个比较完整和性能优异的图形化软件开发环境，被越来越多的工科大学作为课堂和实验室教学内容，作为工程师素质培养的一个方面。使用者用图形语言开发出各种仪器，综合应用所学过的各学科知识，像搭积木一样，在普通的计算机上构建一个个人实验室，完成机械工程测试实验。使教师和学生摆脱了功能单一、固定的现成仪器的束缚，充分发挥学生的积极性和创造性，有利于培养学生在实验课中的主动性，有利于培养学生的创造性思维和工程实践能力。
1综合实验平台构成
综合实验平台的设计原则是将LabVIEW软件与专业课实验结合，二次开发出适合本专业特点的实验程序及实验装置。设计思路是要求学生学习用软件搭建自己的实验平台，给出典型示例，了解测试程序的基本设计原理，并结合工程测试对象进行测试。
该平台主要有三部分内容：基于LabVIEW的虚拟仪器基本组成实验，传感器的静态特性测试，数据采集与控制综合实验。虚拟仪器基本组成实验主要介绍虚拟仪器概念及虚拟仪器工作原理，要求学生熟悉LabVIEW环境及各模板，运行已编辑好的例程，了解基本的编辑技术，并根据提示创建简单的程序。传感器的静态特性测试内容为静态信号（或变化极缓慢信号）时测试装置的输入与输出之间的关系。本实验要求学生了解传感器工作原理及使用方法，掌握基于LabVIEW的传感器的静态特性标定方法，静态特性主要包括线性度、灵敏度、回程误差。在前两项实验内容中学习了测试软件的使用方法及传感器的标定，在后续实验中学习LabVIEW在工程实际中的应用，了解测速传感器的工作原理及使用方法，了解测试系统的控制方法及滑块行程的控制方法。该实验平台结构紧凑，设计合理，内容丰富，直观效果强，复用性强，系统费用低，可操作性强，集计算机、数据采集系统与实验室实验模型于一体。
2实验平台设计原理
实验系统在基于LabVIEW软件平台上开发，设计有标定平台、测试平台及控制平台（见图1），系统采用研华PCI-1711型插入式数据采集与控制卡，分辨率为12位，采样频率100KS/s，通道16路单端，模拟量输入各通道增益可单独编程，自动通道/增益扫描，板载1KFIFO，2路12位模拟量输出，16路数字量输入/16路数字量输出。该型号的数据采集卡各项性能指标均能满足实验教学与科研要求，且从价格性能比上经济实惠。实验模型中的传感器可测试位移、力、温度、速度等物理参量。在综合实验台上设计有电风扇、测量转速装置、直流电机、继电器控制电路、位移测量装置、滑块等（见图2）。
图4为综合实验台的电机换向控制电路原理。该电路由三极管、继电器与常开触点组成。当触发端给一高电位（ 3V）时三极管的集电极和发射极接通，继电器k1和k3的线圈吸合，电机正转；反之，当触发端给一低电位（0V）时三极管的集电极和发射极电阻较大，继电器k1和k3的线圈断电，继电器k2的线圈和继电器k4的线圈吸合，电机反转，改变触发端的电位高低是由LabVIEW控制程序来实现。在滑块行程控制实验中，将滑块位移作为控制量，使滑块按预定的行程运动，当滑块运动到预定位置时由控制回路自动发出讯号，滑块停止。当电机正反转及滑块运动和停止时会有相应的指示灯闪亮。
4实验系统的扩展
该实验系统的标定平台可适用于各类传感器，包括力、温度、速度、加速度、行程等。为该实验系统专门设计的端子盒将接线端子分别引出，便于连接和使用，当需要输入或输出信号时，只需将信号线的统一插头插入相应通道接口即可，该实验系统具有很强的通用性和可扩展性，对于测试信号较多，现场情况多变时，可在此基础上很方便地搭建。
5应用效果分析
将基于LabVIEW的综合实验平台引入实验教学中，经过两年的实践，收到较好的效果。
1）改善实验环境，提高学生学习兴趣。兴趣是学好知识的基础，有兴趣才有动力。LabVIEW综合实验教学平台的使用，充满高新技术气息的氛围，调动了学生对实验课的兴趣，学生们在实验课中积极主动；
2）减少资金投入，丰富实验内容。传统的实验记录仪采用SC-16型光线示波器，每年要消耗大量的紫外线感光纸，价格昂贵，采购不方便。此平台使用以来，节省了费用，同时给学生拓宽了思维空间，提供了从模拟走向创新的条件；
3）科研带动教学，教学促进科研。将科研成果引入实验教学是一个高效可行之路，实验教师通过开发高新技术实验，不但提高教学水平，同时促进了科研；
4）LabVIEW是一个易学、高效的虚拟仪器开发平台，在与使用传统仪器基本相同的实验课时内，学生就可以完成简单编程、连接硬件，进行实验的全部过程。用LabVIEW软件编程可方便的自行开发出各种实验仪器，代替传统仪器来完成实验，生动直观地展示出许多抽象物理的概念，易于理解，能够达到课堂讲授很难达到的效果。
虚拟仪器技术是基于计算机技术、现代测量技术和电子仪器技术发展起来的新产物，它将仪器硬件与软件、计算机高效地结合在一起，应用虚拟仪器技术进行工程测试，是测试技术发展的必然趋势。由于它的环境软件硬件都是工业标准的产品，学生通过实验学到的技能可直接应用到生产实践中去，可使学生尽快适应未来市场对他们的需求。
参考文献
1汪敏生.LabVIEW基础教程.北京:电子工业出版社,2002.
2 石博强,赵德永,李畅,等.LabVIEW编程技术实用教程.北京:中国铁道出版社,2002.
3 陈花玲.机械工程测试技术.北京:机械工业出版社,2002.