虚拟仪器在自动化检测技术实验中的应用

林科业

（韩山师范学院物理与电子工程系 广东潮州 521041）

虚拟仪器在自动化检测技术实验中的应用

林科业

（韩山师范学院物理与电子工程系 广东潮州 521041）

虚拟仪器是在大规模自动化、智能化电子测控系统需求与日俱增的形式下，计算机技术，仪器技术和通讯技术的结合产生的新型技术。本文主要是结合虚拟仪器的特点，如何应用到自动化检测技术中，使自动化教学的课堂能够更加的丰富，让学生更好的掌握自动化检测技术这门课程。

虚拟仪器 自动化 技术教育

虚拟仪器当前的研究情况

虚拟仪器技术是在大规模自动化、智能化电子测控系统需求与日俱增的形式下，计算机技术，仪器技术和通讯技术的结合产生的新型技术［1］。美国Virginia大学的William Wulf教授在1989年提出了虚拟实验室的概念。虚拟仪器就是在计算机的显示屏上虚拟了传统仪器面板的计算机化仪器，它尽可能多的将原来由硬件电路完成的信号调理和信号处理的功能，代替为计算机的程序来完成，提供对数据的分析和处理功能。虚拟仪器的关键是软件，软件即仪器，与传统仪器相比，虚拟仪器的软硬件具有更大的开放性，模块化，可重复性、互换性等特点。Labview是美国国家仪器公司提供的实验室虚拟仪器工程平台，图形化的程序语言，使用流程图编程，具有虚拟仪器的全部优点。

目前，国外对虚拟实验室系统的创建研究已经逐渐成熟，世界许多著名大学都进行了虚拟实验室的研究。作为首先提出虚拟实验室概念，并具有雄厚的科研实力和强大财力的美国，从一开始就十分重视虚拟实验室的研究与开发，在该领

域的研究和应用已处于领先地位，在大学的普及程度也相当广泛，其中麻省理工学院的WebLab远程实验室于1998年开发并投入使用。它提供了用于进行微电子学和电路设计课程的实验教学，它允许学生在自己的电脑上设计并修改电路模型，然后通过一个用Java激活的web浏览器使用在远程实验室里的昂贵的测试设备来获取测试数据，验证自己的设计，最近还实现了通过手机远程控制实验的功能［2］。

在国内，虚拟实验室的建设也得到了应有的重视。由于虚拟实验技术的特点，它的实际应用在理工教学中大有作为，尤其在电工电子、医学、建筑、生化等学科有重要作用［3］。据了解，目前国内的多数高校都根据自身教学需求建立了虚拟实验室：中国科学技术大学的大学物理虚拟实验室把虚拟实验用在教学演示与物理实验方面，是全国第一套真正意义上的虚拟实验教学软件。南京大学建立的分析化学大型仪器虚拟实验室，可以在虚拟实验室中对实验仪器虚拟操作。此外，清华大学、西安交通大学、上海交通大学、西北工业大学等大学也建立了虚拟实验室，方便学生学习或者用于科学研究［4］。

一、传统的自动化检测实验存在的不足

实验教学是在教师指导下学生运用一定的仪器设备进行独立作业，观察事物和过程的发生和变化，探求事物的规律，以获得知识和技能的一种教学方法。实验环节在大学理工科的教学中占据非常重要的地位，是提高学生动手能力、培养创造能力和综合素质的一个有效的手段，很多学科都是以实验课程为基础的，缺少了实验的支持，工科学科的教学和科研活动就无法进行［5］。

“自动化检测技术及应用”是电子、电气以及自动化等专业的必修课程。课程内容丰富，理论性、实用性和综合性强，必须通过实验教学，才能掌握和运用课本的理论知识。这门课涉及的器件设备较多，仪器的更新换代较快。

传统的实验教学存在以下弊端：许多学校传感器实验室和自动化实验室，现有的常规设备有的已经老化，有的技术上相对落后，有的仪器设备在教学中只用了其中的部分功能，还有许多功能派不上用场；另一方面，某些需要的功能又不具备，需购置新的设备。在实验教学时，实验内容的更新又会形成对仪器新的需求，也造成一些仪器的闲置。以至于滞后的实验设备和死板的实验模式难以调动学生的主动性和创造性，从而在很大程度上制约了实验教学的发展和人才培养质量的提高。

二、虚拟仪器在自动化检测技术实验中的优点

利用虚拟仪器有效的解决了传统实验教学的弊端。与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室具有以下优势：

（l）减少实验设备资金的投入。首先，在一台计算机上就可以实现诸如示波器、函数发生器、电压表、频谱分析仪等多种仪器的功能，大大节约了仪器成本。其次，传统仪器维护费用高，需要耗费大量的人力物力。虚拟仪器基于软件的体系结构大大节省了开发和维护费用。

（2）便于开放式管理，扩大教学规模。虚拟仪器实验室系统可以通过网络进行数据传送，指导老师通过计算机监控实验过程，可以同时管理几十甚至上百个学生做实验。

通过虚拟实验室，可以随时将传感器实验和自动化实验搬到课堂上进行演示，理论联系实践，实现“实验室’走进课堂，“仪器”搬上讲台，现场操作仪器，动态显示测试原理，强化了教学效果。在课下，还可以使每个学生立刻进入“虚拟实验室”，“实地”反复操作仪器，复现实验内容，对实现过程的细节放大，加深实验的感受，为实验者提供大量的实验机会，这样可以大大提高学生们在实际操作中的动手能力，提高实验教学的效果。

三、虚拟仪器在自动化检测技术实验中的应用

在自动检测技术实验中，可以利用虚拟仪器制作上位机系统。通过上位机系统采集下位机系统传输过来的数据，通过数据处理，进行显示或反馈控制下位机的运行状态。工作运用如图1所示。通过各类传感器采集相应的物理量（如质量、直径、液位、交通情况、转速、温度等），经过处理电路进行处理，再传输给单片机控制器，共同组成下位机系统。单片机控制器再通过串口线将处理结果传输给上位机labview控制界面进行相应的处理。

图1 虚拟仪器控制系统示意图

下面以温度控制系统和计价系统为例，介绍虚拟仪器在自动化检测技术中的应用。

如图2所示，该温度自动检测控制系统是采用虚拟仪器软件设置控制界面，该系统可以同时控制8路温度信号，随时监控任意一路温度信号。图中①是串口端口，主要设置串口的通讯信息。图②是控制选择界面，可以选择显示那一路控制端口的温度；如图所示，在进行控制时，控制开关要打开，A、B、C这三个按键按下010，选择第3路控制端口的温度，同时通过指示灯进行显示。图③是温度显示窗口，显示采集到的温度信息，如图所示，在数据采集端口打开时，采集到的第3路端口的温度是72℃。图④是该系统的总开关。

图2 温度采集系统控制界面

通过图2的控制界面，只需要间下位机采集的温度信号传输过来，就可以进行温度的检测和控制。节省大量的控制仪器设别，是要操作简单已掌握。

如图3所示，该计价系统，主要是通过下位机系统采集质量、电量或水量，再通过利用上位机系统设计的的计算器输入单价，就能计算出相应的总价。图3中（a）是物价计算系统，接收下位机传输过来的的质量，计算总物价。图3中（b）是电费计算系统，接收下位机传输过来的的电量，计算电费。图3中（c）是水费系统，接收下位机传输过来的的水量，计算水费。

图3 计价系统控制界面

通过图3接收下位机传输过来的物理量，就能轻易的对数据进行显示处理。具有一定的实验性和可操作性。

自动化检测技术实验是一门综合性的实验，通过引进虚拟仪器，能够使实验内容可更丰富，更精彩。与传统实验相比，其具有更加鲜明的可操作性，经济性和研究性。

四、结束语

随着信息时代的发展，电子技术和自动技术的快速发展，虚拟仪器技术作为测控技术的主要发展方向也必将在该领域内发挥着越来越重要的作用，自动测试系统也因虚拟仪器技术的不断发展而完善。将虚拟仪器引入到自动化检测实验的课程，能够这一门课程更精彩。

［1］.陈小红.虚拟实验室的研究现状及其发展趋势［J］，北京：中国现代装备，2010.

［2］.黄幕雄.高校教学型虚拟实验室建设的现状与建议［J］，兰州：电化教育研究，2005.

［3］.陈志超.基于LabView的液位预测控制系统的设计［d］，合肥：合肥工业大学，2008.

［4］.彭伟.单片机C语言程序设计100例［M］，北京：电子工业出版社，2009.

［5］.童刚.虚拟仪器实用编程技术［M］，北京：机械工业出版社，2008，58-70.

林科业，1985.10，男，硕士研究生，电路与系统：主要从事本科教学工作。

the Application of Virtual Instrument in the Automated Testing Technology Experiment

LIN Ke-ye
（Hanshan Normal University，Chaozhou，521041，China）

Virtual instrument，by growing in large-scale automation，intelligent electronic measurement and control system，is a computer technology，the combination of instrument technology and communication technology to produce a new type of technology.This paper is combined with the characteristics of virtual instrument，how to apply to the automatic detection technology，and make automation teaching classroom can be more rich.let the students better grasp automated detection technology for this course.

sVirtual instrument；Automation；Technical education