基于虛擬儀器的便攜式實(shí)驗(yàn)箱

1、基于虛擬儀器的便攜式實(shí)驗(yàn)箱,指導(dǎo)教師：佟威組員：錢龍 吳璋 王新杰,應(yīng)用方案,為了解決教學(xué)系統(tǒng)在演示教學(xué)方面的不足，本方案提供了一種虛擬儀器便攜式實(shí)驗(yàn)箱的形式，該實(shí)驗(yàn)箱運(yùn)用labjack的便攜式數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合相應(yīng)的傳感器，對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集，使用圖形化編程軟件labview對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理和和記錄，便捷的實(shí)現(xiàn)了隨堂實(shí)驗(yàn)、演示等教學(xué)，學(xué)生當(dāng)堂把課本知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合，能更好的融會(huì)貫通所學(xué)知識(shí)。,理論基礎(chǔ),基于虛擬儀器的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?/p>

2、，是指用鼠標(biāo)或鍵盤驅(qū)動(dòng)本地計(jì)算機(jī)或客戶端上虛擬儀器軟面板中的各種功能按鈕，通過計(jì)算機(jī)外接的輸入輸出(I／0)接口設(shè)備實(shí)時(shí)操控本地或異地實(shí)驗(yàn)室真實(shí)實(shí)驗(yàn)電路(設(shè)備)，從而完成數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集和調(diào)理、分析處理、表達(dá)儲(chǔ)存等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的一種數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?原理圖,使用的產(chǎn)品,U12 labjack數(shù)據(jù)采集卡溫濕度傳感器振動(dòng)傳感器Labview8.2,實(shí)驗(yàn)箱總體介紹,本實(shí)驗(yàn)箱是一種適合大學(xué)生本科課堂教學(xué)演示的設(shè)備，促進(jìn)學(xué)生對(duì)虛擬儀器指數(shù)與測(cè)控技術(shù)

3、認(rèn)識(shí)和應(yīng)用。主要由實(shí)驗(yàn)箱、連接電路、傳感器、及U12 labjack多功能數(shù)據(jù)采集卡組成。1.實(shí)驗(yàn)箱整體框架是長(zhǎng) 寬 高 金屬結(jié)構(gòu)。用于放置采集卡、電路，傳感器及其其他所需工具。2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括U12 labjack多功能采集卡、控制對(duì)象、傳感器、便攜pc機(jī)。,實(shí)驗(yàn)箱組成結(jié)構(gòu),1.U12 labjack多功能數(shù)據(jù)采集卡本實(shí)驗(yàn)箱是針對(duì)普通性、實(shí)時(shí)性教學(xué)而設(shè)計(jì)的，在體積、重量、操作、價(jià)格等方面有一定的要求。U12 lab

4、jack使用便捷、攜帶便攜、價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯。因此我們選取U12 labjack作為采集系統(tǒng)核心，能降低實(shí)驗(yàn)箱成本、減小箱體重量，從而達(dá)到實(shí)驗(yàn)箱使用面廣、教學(xué)時(shí)一拎即走的設(shè)計(jì)理念。下面簡(jiǎn)單介紹U12 labjack,,1)U12 labjack功能介紹8路模擬輸入通道，12位分辨率，16條數(shù)字線，2路模擬輸出通道，方便而易于攜帶的USB總線供電型設(shè)計(jì)；可用于Windows、Mac OS X、Linux和Pocket PC操作系統(tǒng)，使用La

5、bjack自帶驅(qū)動(dòng)軟件。,,2）U12 labjack特點(diǎn)介紹U12 labjack具有基本的數(shù)據(jù)采集功能，其應(yīng)用范圍包括簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測(cè)量和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)。為移動(dòng)應(yīng)用或空間上有限制的應(yīng)用專門設(shè)計(jì)，其即插即用的安裝最大程度地降低了配置和設(shè)置時(shí)間，同時(shí)它能直接與螺絲端子相連，從而降低了成本并簡(jiǎn)化了信號(hào)的連接。USB總線供電使用戶不再需要攜帶多余的外部電源。高速USB的使用便捷，可處理各種應(yīng)用程序包括自動(dòng)化測(cè)試、過程控制和傳

6、感器測(cè)量等。,,3）U12 labjack優(yōu)勢(shì)介紹U12 labjack價(jià)位適于學(xué)生購買，也適合學(xué)校批量購買，并且其強(qiáng)大的功能足以用于更為復(fù)雜的測(cè)量應(yīng)用。教師在上課時(shí)利用實(shí)驗(yàn)箱上的U12 labjack采集卡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，為傳感器、工程測(cè)試、自動(dòng)控制和虛擬儀器的理論性課程補(bǔ)充了實(shí)踐性實(shí)驗(yàn)和開發(fā)應(yīng)用，真正做到了學(xué)以致用。,,2.傳感器實(shí)驗(yàn)箱可放置一些小型傳感器，如振動(dòng)傳感器、光電傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等。根據(jù)教學(xué)的需要放置相應(yīng)

7、的傳感器在實(shí)驗(yàn)箱內(nèi)。,,1）LM35溫度傳感器在常溫下，LM35溫度傳感器不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到 ±1/4℃的準(zhǔn)確率。其電源供應(yīng)模式有單電源與正負(fù)雙電源兩種，正負(fù)雙電源的供電模式可提供負(fù)溫度的量測(cè)；在靜止溫度中自熱效應(yīng)低(0.08℃)，單電源模式在25℃下靜止電流約50μA，工作電壓較寬，可在4—20V的供電電壓范圍內(nèi)正常工作非常省電。,,2）CHTM-02/N濕度傳感器（1）敏感元件：高分子濕敏電阻“CHR-01”

8、（2）供電：5V±5%（3）耗電電流：5mA max.(2mA avg.) （4）工作范圍：溫度0~60℃ 濕度10% -- 95%RH（5）儲(chǔ)存條件：溫度0-50℃ 濕度60%RH （6）濕度變送范圍：0~100%RH （7）濕度準(zhǔn)確度：±5%RH（在25℃，輸入電壓=5V）,,2) ND-3振動(dòng)傳感器它采用1.5v~15v寬電壓范圍供電，在3V時(shí)耗電小于150μA，6V時(shí)耗電小于300μA。其內(nèi)部除

9、振動(dòng)傳感元件外，還設(shè)有高倍數(shù)的放大電路，故能感應(yīng)到極微弱的振動(dòng)信號(hào)，并有很大的輸出電壓幅值，能直接觸發(fā)后級(jí)電路。,,3.直流電源傳感器一般配備了調(diào)理電路（放大、衰減、隔離、多路復(fù)用、過濾、激勵(lì)、冷端補(bǔ)償?shù)裙δ埽行┕δ苄枰绷麟娫垂╇姡ㄈ绮罘址糯笮枰?12V/-12V）。我們選取一款集+12V/-12V/+5V于一體的直流電源。,實(shí)驗(yàn)應(yīng)用,實(shí)驗(yàn)箱的一個(gè)特點(diǎn)是便捷。實(shí)驗(yàn)箱電路板集成了煩瑣的連接導(dǎo)線，定義了標(biāo)準(zhǔn)的傳感器和采集卡之間的轉(zhuǎn)換

10、接頭，避開了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中接線繁瑣，出錯(cuò)難查的缺點(diǎn)，使用者能方便地連接傳感器和采集卡。一般操作步驟（1）傳感器插頭插入電路板；（2）數(shù)據(jù)采集卡USB電纜線連接至PC機(jī)；（3）接通實(shí)驗(yàn)箱電源。通過這簡(jiǎn)單的三步，使用者可以輕輕松松地完成一次測(cè)量實(shí)驗(yàn)。另一個(gè)特點(diǎn)是便攜。實(shí)驗(yàn)箱類似于工具箱，攜帶很方便，拎著一箱子就能做一些測(cè)試實(shí)驗(yàn)。,虛擬儀器便攜式實(shí)驗(yàn)箱在教學(xué)課堂上的應(yīng)用,在硬件上，虛擬儀器便攜式實(shí)驗(yàn)箱為學(xué)生提供便利；在軟件上，我們也開發(fā)了應(yīng)用的

11、小程序，下面就是一個(gè)溫濕度測(cè)量和振動(dòng)測(cè)量的小程序的界面。,溫度測(cè)量程序主界面,濕度測(cè)量程序主界面,振動(dòng)測(cè)量程序主界面,總結(jié),1.遇到的困難在開題初期，由于對(duì)虛擬儀器的不了解，對(duì)所要完成的工作不甚了解，以致在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間陷入困惑。在中期答辯時(shí)，雖然總體思路已見雛形，但是采集進(jìn)來的信號(hào)卻依然不讓人滿意，以及對(duì)傳感器的細(xì)節(jié)把握也不盡如人意。在中期答辯后，實(shí)物已漸漸成形時(shí)，最后的完善工作，例如設(shè)計(jì)裝箱圖紙，如何能為以后升級(jí)做下鋪墊，依

12、舊是一個(gè)難點(diǎn)。,,2.收獲經(jīng)過大三一年的學(xué)習(xí)、研究與探索，基本實(shí)現(xiàn)了預(yù)定的目的：做出一個(gè)可以用于課堂的實(shí)驗(yàn)箱（現(xiàn)已準(zhǔn)備投入使用）并且在收獲知識(shí)的同時(shí)，更加鍛煉了我們各個(gè)方面的能力，增長(zhǎng)了自信。為今后的學(xué)習(xí)工作打下良好的基礎(chǔ)。,,3.感謝在最后，我們首先要感謝學(xué)校能給予我們一次實(shí)現(xiàn)自我的機(jī)會(huì)，再要感謝信控學(xué)院的大力支持，更要感謝指導(dǎo)教師佟威老師的悉心教導(dǎo)。在與佟老師接觸的一年中，學(xué)到的不僅僅是知識(shí)，更有對(duì)于做人做事方法論的學(xué)習(xí)和體會(huì)