虚拟仪器技术在机械电子工程专业实验教学中的应用

“软件及仪器”是虚拟仪器区别于传统仪器的显著特点，它具有性能高、扩展性强、开发周期短、无缝集成等优点，被广泛应用于各种测试场合，已成为现代测试技术的发展趋势。虚拟仪器技术对机械电子工程专业教学及实验有着传统仪器无法比拟的优势。

一、虚拟仪器技术

（一）虚拟仪器简介

20世纪80年代末美国国家仪器公司NI提出的虚拟仪器概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。虚拟仪器英文全称为Virtual Instrument，简称VI，指的是在计算机为核心的硬件平台上，通过用户定义、设计出的一种具有测试功能和虚拟版面的计算机仪器系统。通过运用PC计算机的显示器的显示功能模拟传统仪器的控制面板，用其他方式代表输出的检测结果，从而完成各项检测功能的一种计算模拟仪器系统[1]。

（二）基于LabVIEW的虚拟仪器技术

LabVIEW是由美国N I公司开发的、图形化编程开发平台，它用图形语言、图标和连线代替文本的形式编写程序，为用户提供了简单、易学的图形编程方式。LabV IEW软件设计的程序包括前面板和程序框图。前面板等效于传统仪器的前面板，提供人际交互界面。程序框图等效于传统仪器与前面板相联系的硬件电路。基于LabVIEW 的虚拟仪器技术就是充分利用了计算机在图形显示、数据处理、管理智能化等功能上的优势，通过软件将计算机软件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在了一起。这种基于计算机的仪器，既可享用PC机固有的智能资源，具有高档仪器的测量品质，又能满足测量需求的多样性，具有极高的性价比[2]。

二、虚拟仪器技术在机械电子工程专业实验教学中的应用

机械电子工程是一个重实践的学科，所开设的检测、控制类课程内容较为抽象，在教学过程中需要通过大量的实验与演示，才有利于学生更好的理解和掌握基本的概念和原理，才能提高后期实践动手的能力。这样以来，我们在课堂中就需要有虚拟仪器来帮助教学，它在此类学科教学中无可比拟的优势。

在具体教学中采用虚拟仪器、实测信号、数据采集卡相结合的实验方式不仅可以节省支出，将各种资源平衡运用，同时也可以提高学生兴趣与动手能力以及实际分析与解决操作问题的能力。

（一）步进电机测控系统应用实例分析

步进电机控制是机电传动这门课的一个很重要实践环节，为了加深学生对步进电机控制系统的了解及应用，用LabVIEW编写了步进电机测控系统。

系统采用2M656驱动一个两相步进电机，用NI公司的USB6251数据采集卡实时采集增量式编码器的脉冲信号，由LabVIEW编写的测控程序计算出步进电机的转速，同时产生控制转速的脉冲信号，经数据采集的输出到2M656，达到控制步进电机转速的目的。 同时系统还有波形显示、数据存储及生成报表功能。

这套测控系统最大的特点是虚拟仪器的可替换性和通用性，软件采用模块化设计，做实验的学生可以根据实验要求灵活地调用这些模块，使得实验变得非常方便。如果学生有能力还可以自己开发组件来扩充系统功能，可以有效提高学生的创新能力和实际动手能力。

（二）其他应用实例分析

温度传感器是传感器技术这门课的一个重要章节，结合实验室现有的单片机开发板，利用LabVIEW设计了温度检测程序。利用DS18B20实时检测室内温度，通过串口发送给上位机，利用LabVIEW实现温度数据的显示、超限报警、数据存储及回显。

如果需要做其他传感器实验，只需要更换传感器，同时对程序稍作修改就可，大大降低了试验成本，同时也可以锻炼学生的动手实践能力。

三、结束语

面对当前新的教学要求与教学形势，为了适应学生需求就要求我们不断摸索新的教学手段和教学方法，虚拟仪器正好为我们在机电专业教学中提供了新思路。虚拟仪器不管是在实验教学过程中，还是在课堂教学中都让我们感受到运用高科技教学方法的创新之路。

参考文献

[1]刘晓东，杨宝民.虚拟仪器技术在专用测试设备上的应用[J].电子测量技术.2010，33（2）.

[2]柏林.虚拟仪器及其在机械测试中的应用[M].北京：科学出版社，2007.