專利名稱：一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練設(shè)備，屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高等學(xué)校特別是理工科學(xué)校，教學(xué)、科研需要大量的測(cè)量分析儀器設(shè)備。 實(shí)驗(yàn)教學(xué)是專業(yè)必須進(jìn)行的一項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)，掌握測(cè)量?jī)x器和設(shè)備的操作方法 是每個(gè)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本前提。目前階段，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用實(shí)物 儀器，其設(shè)備往往比較陳舊，不能及時(shí)更新，學(xué)生接受的實(shí)驗(yàn)教育不夠充分， 或者根本接觸不到某些實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，極大的阻礙了學(xué)生實(shí)踐能力的提高， 造成學(xué)生的綜合素質(zhì)下降；實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容側(cè)重于理論的驗(yàn)證和模仿訓(xùn)練，每個(gè) 學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容千篇一律，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)和綜合能力的提高， 滯后的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和死板的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ诫y以調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是解決目前教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備滯后、死板、千篇一律，既 而影響學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性的問(wèn)題，提供一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí) 踐臺(tái)。
本實(shí)用新型包括數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源、模擬量控制設(shè)備、 數(shù)字量控制設(shè)備、數(shù)據(jù)通訊接口和鍵盤，數(shù)據(jù)采集卡包括USB控制器、數(shù)字 量輸入輸出端口、模擬量輸入端口和模擬量輸出端口， USB控制器的數(shù)字量 輸入輸出端與數(shù)字量輸入輸出端口的一個(gè)數(shù)字量輸入輸出端相連，數(shù)字量輸 入輸出端口的另一個(gè)數(shù)字量輸入輸出端與數(shù)據(jù)通訊接口的數(shù)字量輸入輸出端 相連，.數(shù)字量輸入輸出端口的輸出端與數(shù)字量控制設(shè)備的輸入端相連，數(shù)字 量輸入輸出端口的輸入端與鍵盤的輸出端相連；標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的輸出端與模擬 量輸入端口的輸入端相連，模擬量輸入端口的輸出端與USB控制器的模擬量 輸入端相連；USB控制器的模擬量輸出端與模擬量輸出端口的輸入端相連， 模擬量輸出端口的輸出端與模擬量控制設(shè)備的輸入端相連；計(jì)算機(jī)的USB 口 與USB控制器的數(shù)據(jù)傳輸端口相連，計(jì)算機(jī)內(nèi)嵌有虛擬儀器模塊。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)
虛擬儀器技術(shù)是儀器科學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合的技術(shù)，是信息技術(shù)和儀 器儀表技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)。計(jì)算機(jī)內(nèi)嵌的虛擬儀器模塊可提供自主編程環(huán)境，充 分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性，通過(guò)對(duì)虛擬儀器模塊的程序改變來(lái)達(dá)到控制 多種儀器及控制方法的目的，并在計(jì)算機(jī)屏幕上形象地模擬出各種儀器控制 面板，以多種形式表達(dá)輸出測(cè)試結(jié)果，本實(shí)用新型能自主開(kāi)發(fā)軟件程序，擴(kuò) 展控制功能，極大程度的培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力，克服了目前實(shí) 驗(yàn)設(shè)備滯后、死板、千篇一律的缺點(diǎn)。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式由數(shù)據(jù)采
集卡l、計(jì)算機(jī)2、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源3、模擬量控制設(shè)備4、數(shù)字量控制設(shè)備5、數(shù) 據(jù)通訊接口 6和鍵盤7組成，數(shù)據(jù)采集卡1包括USB控制器1-1、數(shù)字量輸 入輸出端口 1-2、模擬量輸入端口 l-3和模擬量輸出端口 1-4， USB控制器1-1 的數(shù)字量輸入輸出端與數(shù)字量輸入輸出端口 1-2的一個(gè)數(shù)字量輸入輸出端相 連，數(shù)字量輸入輸出端口 1-2的另一個(gè)數(shù)字量輸入輸出端與數(shù)據(jù)通訊接口 6 的數(shù)字量輸入輸出端相連，數(shù)字量輸入輸出端口 1-2的輸出端與數(shù)字量控制設(shè) 備5的輸入端相連，數(shù)字量輸入輸出端口 1-2的輸入端與鍵盤7的輸出端相連； 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源3的輸出端與模擬量輸入端口 1-3的輸入端相連，模擬量輸入端口
1- 3的輸出端與USB控制器1-1的模擬量輸入端相連;USB控制器1-1的模擬 量輸出端與模擬量輸出端口 l-4的輸入端相連，模擬量輸出端口 1-4的輸出端 與模擬量控制設(shè)備4的輸入端相連；計(jì)算機(jī)2的USB 口與USB控制器1-1的 數(shù)據(jù)傳輸端口相連，計(jì)算機(jī)2內(nèi)嵌有虛擬儀器模塊2-l。
舉據(jù)采集卡1選用NIUSB6009型號(hào)的多功能數(shù)據(jù)采集卡，虛擬儀器模塊
2- 1采用Labview軟件平臺(tái)。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源3 選用函數(shù)信號(hào)源、固定脈沖信號(hào)源或可調(diào)直流電壓源，其它與實(shí)施方式一相 同。
本實(shí)用新型選用的函數(shù)信號(hào)源能輸出0 3.3V (3.3V為峰一峰值，且正 負(fù)對(duì)稱)的方波、三角波和正弦波的波形；
本實(shí)用新型選用的固定脈沖信號(hào)源能輸出1Hz、 10Hz、 100Hz、 lKHz、 10KHz、 100KHz、 500KHz、 lMHz、 5MHz、 10MHz， 幅值為3. 3V的10組固定頻率的方 波信號(hào)；
本實(shí)用新型選用的可調(diào)直流是壓源能提供0 +10V連續(xù)可調(diào)直流電壓。
如上所述三種標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源都具有獨(dú)立的電源，當(dāng)打開(kāi)其中任意一個(gè)標(biāo)準(zhǔn) 信號(hào)f的電源時(shí)，其輸出的波形會(huì)經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡1的模擬量輸入端口 1-3傳送 至USB控制器1-1，再通過(guò)計(jì)算機(jī)2的虛擬儀器模塊2-1平臺(tái)上形象的顯示， 這樣就能直接的觀察不同輸入時(shí)波形的變化。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于模擬量控制 設(shè)備4選用直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、頻率計(jì)或電壓表，其它與實(shí)施方式一相同。
直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、頻率計(jì)或電壓表都是需要模擬量控制的設(shè)備，計(jì) 算機(jī)2內(nèi)嵌虛擬儀器模塊2-l通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡1控制與模擬量輸出端口 l-4連 接的直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和速度大小，控制與模擬量輸出端口 l-4連接的步進(jìn)電 機(jī)按順序旋轉(zhuǎn)，控制與模擬量輸出端口 1-4連接的頻率計(jì)測(cè)量虛擬儀器模塊 2-l設(shè)定的頻率值，控制與模擬量輸出端口 l-4連接的直流電壓表測(cè)量虛擬儀 器模塊2-l設(shè)定的電壓值。
本實(shí)用新型的直流電壓表選用測(cè)量范圍在-19.99V +19.99V之間，具有 3位半數(shù)字顯示的儀器。
本實(shí)用新型的頻率計(jì)選用等精度的10MHz數(shù)字頻率計(jì)，除能測(cè)量本系統(tǒng) 的信號(hào)頻率，還可測(cè)量系統(tǒng)外的信號(hào)頻率。
這樣的實(shí)驗(yàn)?zāi)艹浞终{(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于數(shù)字量控制 設(shè)備5選用繼電器或交通燈，其它與實(shí)施方式一相同。
繼電器的控制需要數(shù)字量——開(kāi)或關(guān)，計(jì)算機(jī)2中虛擬儀器模塊2-1通過(guò) 數(shù)據(jù)采集卡1的數(shù)字量輸入輸出端口 l-2控制繼電器的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制；本實(shí)用 新型選用直流12V繼電器，繼電器輸出節(jié)點(diǎn)能控制220V/2A或125V/12A的 交流負(fù)載；
通過(guò)虛擬儀器模塊2-l模擬交通信號(hào)燈的定時(shí)轉(zhuǎn)換過(guò)程，設(shè)計(jì)紅黃綠三種 交通燈，顯示時(shí)間長(zhǎng)度可以通過(guò)虛擬儀器模塊2-l即時(shí)調(diào)節(jié)。
學(xué)生基于虛擬儀器模塊2-1自主開(kāi)發(fā)軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)繼電器或交通燈的 控制，很大程度上鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)造性。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于數(shù)據(jù)通訊接
口 6選用RS-232串行通信接口、 RS-485串行通信接口或CAN總線接口 ，其 它與實(shí)施方式一相同。
數(shù)據(jù)通訊接口 6能實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)——計(jì)算機(jī)2之間的數(shù)據(jù)通訊或與外圍 設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通訊，提供三種通信接口 RS-232串行通信接口、 RS-485串 行通德接口和CAN總線接口 ，能實(shí)現(xiàn)這三種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通訊。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于鍵盤7選用 17鍵矩陣式鍵盤或8位按鍵開(kāi)關(guān)鍵盤，其它與實(shí)施方式一相同。
采用17鍵矩陣式鍵盤時(shí)，當(dāng)有鍵按下，此數(shù)字信號(hào)被數(shù)據(jù)采集卡1采集 到，通過(guò)數(shù)字量輸入輸出端口 1-2，再經(jīng)USB控制器1-1傳送至計(jì)算機(jī)2的虛 擬儀器模塊2-l，程序響應(yīng)此開(kāi)關(guān)量，并進(jìn)行相應(yīng)顯示。
采用具有4個(gè)自鎖帶燈按鍵和4個(gè)非自鎖帶燈按鍵的8位按鍵開(kāi)關(guān)鍵盤 時(shí)，當(dāng)有鍵按下，此數(shù)字信號(hào)被數(shù)據(jù)采集卡1采集到，通過(guò)數(shù)字量輸入輸出 端口 1-2，再經(jīng)USB控制器1-1傳送至計(jì)算機(jī)2的虛擬儀器模塊2-1，虛擬儀 器模玦2-l響應(yīng)此開(kāi)關(guān)量，并進(jìn)行相應(yīng)顯示，可實(shí)現(xiàn)4個(gè)自鎖帶燈按鍵、4個(gè) 非自鎖帶燈按鍵的顯示。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同之處在于它還包括雙 聲道語(yǔ)音功放電路，雙聲道語(yǔ)音功放電路的輸入端與模擬量輸出端口 1-4的輸 出端相連，或雙聲道語(yǔ)音功放電路的輸出端與模擬量輸入端口 1-3的輸入端相 連，其它與實(shí)施方式一相同。
雙聲道語(yǔ)音功放電路采用LM386音頻集成功率放大器，雙聲道語(yǔ)音功放 電路中有語(yǔ)音錄入設(shè)備麥克風(fēng)、語(yǔ)音輸出，線路輸入線路輸出，錄放音方式 采用程序控制。
梧雙聲道語(yǔ)音功放電路設(shè)計(jì)為收音機(jī)時(shí)，將雙聲道語(yǔ)音功放電路的輸入 端與模擬量輸出端口 1-4的輸出端相連，經(jīng)計(jì)算機(jī)2中虛擬儀器模塊2-l控制，
通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換和模擬量輸出端口 1-4將聲音輸送到雙聲道語(yǔ)音功放電路，再由 本身的語(yǔ)音輸出功能完成播放功能；
將雙聲道語(yǔ)音功放電路設(shè)計(jì)為錄音機(jī)時(shí)，將雙聲道語(yǔ)音功放電路的輸出 端與模擬量輸入端口 1-3的輸入端相連，經(jīng)麥克風(fēng)采集的語(yǔ)音信號(hào)，通過(guò)模擬 量輸入端口 1-3和A/D轉(zhuǎn)換輸送至計(jì)算機(jī)2中的虛擬儀器模塊2-1，進(jìn)行存儲(chǔ) 錄制。
從而完成了語(yǔ)音信號(hào)的采集與輸出，完成語(yǔ)音錄放功能。 本用新型是基于虛擬儀器模塊2-1自主開(kāi)發(fā)程序進(jìn)行控制模擬或數(shù)字的 輸入輸出量，有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性，能實(shí)現(xiàn)的功能不局限于以上所述的實(shí)施方 式，可根據(jù)需要開(kāi)發(fā)擴(kuò)展程序的功能來(lái)達(dá)到更多種方式的控制，培養(yǎng)學(xué)生的 創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力。
權(quán)利要求1、一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征在于它包括數(shù)據(jù)采集卡(1)、計(jì)算機(jī)(2)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(3)、模擬量控制設(shè)備(4)、數(shù)字量控制設(shè)備(5)、數(shù)據(jù)通訊接口(6)和鍵盤(7)，數(shù)據(jù)采集卡(1)包括USB控制器(1-1)、數(shù)字量輸入輸出端口(1-2)、模擬量輸入端口(1-3)和模擬量輸出端口(1-4)，USB控制器(1-1)的數(shù)字量輸入輸出端與數(shù)字量輸入輸出端口(1-2)的一個(gè)數(shù)字量輸入輸出端相連，數(shù)字量輸入輸出端口(1-2)的另一個(gè)數(shù)字量輸入輸出端與數(shù)據(jù)通訊接口(6)的數(shù)字量輸入輸出端相連，數(shù)字量輸入輸出端口(1-2)的輸出端與數(shù)字量控制設(shè)備(5)的輸入端相連，數(shù)字量輸入輸出端口(1-2)的輸入端與鍵盤(7)的輸出端相連；標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(3)的輸出端與模擬量輸入端口(1-3)的輸入端相連，模擬量輸入端口(1-3)的輸出端與USB控制器(1-1)的模擬量輸入端相連；USB控制器(1-1)的模擬量輸出端與模擬量輸出端口(1-4)的輸入端相連，模擬量輸出端口(1-4)的輸出端與模擬量控制設(shè)備(4)的輸入端相連；計(jì)算機(jī)(2)的USB口與USB控制器(1-1)的數(shù)據(jù)傳輸端口相連，計(jì)算機(jī)(2)內(nèi)嵌有虛擬儀器模塊(2-1)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征 在于標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(3)選用函數(shù)信號(hào)源、固定脈沖信號(hào)源或可調(diào)直流電壓源。
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征 在于模擬量控制設(shè)備(4)選用直流電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、頻率計(jì)或電壓表。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征 在于數(shù)字量控制設(shè)備(5)選用繼電器或交通燈。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征 在于數(shù)據(jù)通訊接口 (6)選用RS-232串行通信接口 、RS-485串行通信接口或CAN 總線接口。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征 在于鍵盤(7)選用17鍵矩陣式鍵盤或8位按鍵開(kāi)關(guān)鍵盤。
7、根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，其特征在于 它還包括雙聲道語(yǔ)音功放電路，雙聲道語(yǔ)音功放電路的輸入端與模擬量輸出端口(l-4)的輸出端相連，或雙聲道語(yǔ)音功放電路的輸出端與模擬量輸入端口 (l-3)的輸入端相連。
專利摘要一種基于虛擬儀器的測(cè)控工程實(shí)踐臺(tái)，它涉及一種教學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練設(shè)備，屬于實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域。它解決目前教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備滯后、死板、千篇一律，既而影響學(xué)生的主動(dòng)性和創(chuàng)造性的問(wèn)題。本實(shí)用新型包括數(shù)據(jù)采集卡(1)、計(jì)算機(jī)(2)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(3)、模擬量控制設(shè)備(4)、數(shù)字量控制設(shè)備(5)、數(shù)據(jù)通訊接口(6)和鍵盤(7)，計(jì)算機(jī)(2)與數(shù)據(jù)采集卡(1)相連，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源(3)、模擬量控制設(shè)備(4)、數(shù)字量控制設(shè)備(5)、數(shù)據(jù)通訊接口(6)和鍵盤(7)與數(shù)據(jù)采集卡(1)相連，計(jì)算機(jī)(2)內(nèi)嵌有虛擬儀器模塊(2-1)。本實(shí)用新型能自主開(kāi)發(fā)軟件程序，擴(kuò)展控制功能，極大程度的培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和綜合能力。
文檔編號(hào)G09B25/00GK201191472SQ200820090268
公開(kāi)日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者付家才, 周寶國(guó), 王吉元, 薛冬璇 申請(qǐng)人:黑龍江科技學(xué)院;哈爾濱啟東科技有限公司