CN201191472Y - 一种基于虚拟仪器的测控工程实践台 - Google Patents

Abstract

一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，它涉及一种教学实验训练设备，属于实验教学领域。它解决目前教学实验设备滞后、死板、千篇一律，既而影响学生的主动性和创造性的问题。本实用新型包括数据采集卡(1)、计算机(2)、标准信号源(3)、模拟量控制设备(4)、数字量控制设备(5)、数据通讯接口(6)和键盘(7)，计算机(2)与数据采集卡(1)相连，标准信号源(3)、模拟量控制设备(4)、数字量控制设备(5)、数据通讯接口(6)和键盘(7)与数据采集卡(1)相连，计算机(2)内嵌有虚拟仪器模块(2－1)。本实用新型能自主开发软件程序，扩展控制功能，极大程度的培养了学生的创新意识和综合能力。

Description

一种基于虚拟仪器的测控工程实践台

技术领域

本实用新型涉及一种教学实验训练设备，属于实验教学领域。

背景技术

高等学校特别是理工科学校，教学、科研需要大量的测量分析仪器设备。实验教学是专业必须进行的一项教学活动，掌握测量仪器和设备的操作方法是每个学生进行科学实验的基本前提。目前阶段，传统的实验教学使用实物仪器，其设备往往比较陈旧，不能及时更新，学生接受的实验教育不够充分，或者根本接触不到某些实验仪器设备，极大的阻碍了学生实践能力的提高，造成学生的综合素质下降；实验的内容侧重于理论的验证和模仿训练，每个学生的实验内容千篇一律，缺乏对学生创新意识的培养和综合能力的提高，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。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决目前教学实验设备滞后、死板、千篇一律，既而影响学生的主动性和创造性的问题，提供一种基于虚拟仪器的测控工程实践台。

本实用新型包括数据采集卡、计算机、标准信号源、模拟量控制设备、数字量控制设备、数据通讯接口和键盘，数据采集卡包括USB控制器、数字量输入输出端口、模拟量输入端口和模拟量输出端口，USB控制器的数字量输入输出端与数字量输入输出端口的一个数字量输入输出端相连，数字量输入输出端口的另一个数字量输入输出端与数据通讯接口的数字量输入输出端相连，数字量输入输出端口的输出端与数字量控制设备的输入端相连，数字量输入输出端口的输入端与键盘的输出端相连；标准信号源的输出端与模拟量输入端口的输入端相连，模拟量输入端口的输出端与USB控制器的模拟量输入端相连；USB控制器的模拟量输出端与模拟量输出端口的输入端相连，模拟量输出端口的输出端与模拟量控制设备的输入端相连；计算机的USB口与USB控制器的数据传输端口相连，计算机内嵌有虚拟仪器模块。

本实用新型的优点：

虚拟仪器技术是仪器科学与计算机科学相结合的技术，是信息技术和仪器仪表技术的结合点。计算机内嵌的虚拟仪器模块可提供自主编程环境，充分发挥学生的主动性和创造性，通过对虚拟仪器模块的程序改变来达到控制多种仪器及控制方法的目的，并在计算机屏幕上形象地模拟出各种仪器控制面板，以多种形式表达输出测试结果，本实用新型能自主开发软件程序，扩展控制功能，极大程度的培养了学生的创新意识和综合能力，克服了目前实验设备滞后、死板、千篇一律的缺点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式由数据采集卡1、计算机2、标准信号源3、模拟量控制设备4、数字量控制设备5、数据通讯接口6和键盘7组成，数据采集卡1包括USB控制器1-1、数字量输入输出端口1-2、模拟量输入端口1-3和模拟量输出端口1-4，USB控制器1-1的数字量输入输出端与数字量输入输出端口1-2的一个数字量输入输出端相连，数字量输入输出端口1-2的另一个数字量输入输出端与数据通讯接口6的数字量输入输出端相连，数字量输入输出端口1-2的输出端与数字量控制设备5的输入端相连，数字量输入输出端口1-2的输入端与键盘7的输出端相连；标准信号源3的输出端与模拟量输入端口1-3的输入端相连，模拟量输入端口1-3的输出端与USB控制器1-1的模拟量输入端相连；USB控制器1-1的模拟量输出端与模拟量输出端口1-4的输入端相连，模拟量输出端口1-4的输出端与模拟量控制设备4的输入端相连；计算机2的USB口与USB控制器1-1的数据传输端口相连，计算机2内嵌有虚拟仪器模块2-1。

数据采集卡1选用NI USB6009型号的多功能数据采集卡，虚拟仪器模块2-1采用Labview软件平台。

具体实施方式二：本实施方式与实施方式一的不同之处在于标准信号源3选用函数信号源、固定脉冲信号源或可调直流电压源，其它与实施方式一相同。

本实用新型选用的函数信号源能输出0～3.3V(3.3V为峰—峰值，且正负对称)的方波、三角波和正弦波的波形；

本实用新型选用的固定脉冲信号源能输出1Hz、10Hz、100Hz、1KHz、10KHz、100KHz、500KHz、1MHz、5MHz、10MHz，幅值为3.3V的10组固定频率的方波信号；

本实用新型选用的可调直流是压源能提供0～+10V连续可调直流电压。

如上所述三种标准信号源都具有独立的电源，当打开其中任意一个标准信号源的电源时，其输出的波形会经数据采集卡1的模拟量输入端口1-3传送至USB控制器1-1，再通过计算机2的虚拟仪器模块2-1平台上形象的显示，这样就能直接的观察不同输入时波形的变化。

具体实施方式三：本实施方式与实施方式一的不同之处在于模拟量控制设备4选用直流电机、步进电机、频率计或电压表，其它与实施方式一相同。

直流电机、步进电机、频率计或电压表都是需要模拟量控制的设备，计算机2内嵌虚拟仪器模块2-1通过数据采集卡1控制与模拟量输出端口1-4连接的直流电机的正反转和速度大小，控制与模拟量输出端口1-4连接的步进电机按顺序旋转，控制与模拟量输出端口1-4连接的频率计测量虚拟仪器模块2-1设定的频率值，控制与模拟量输出端口1-4连接的直流电压表测量虚拟仪器模块2-1设定的电压值。

本实用新型的直流电压表选用测量范围在-19.99V～+19.99V之间，具有3位半数字显示的仪器。

本实用新型的频率计选用等精度的10MHz数字频率计，除能测量本系统的信号频率，还可测量系统外的信号频率。

这样的实验能充分调动学生的主动性。

具体实施方式四：本实施方式与实施方式一的不同之处在于数字量控制设备5选用继电器或交通灯，其它与实施方式一相同。

继电器的控制需要数字量——开或关，计算机2中虚拟仪器模块2-1通过数据采集卡1的数字量输入输出端口1-2控制继电器的开关进行控制；本实用新型选用直流12V继电器，继电器输出节点能控制220V/2A或125V/12A的交流负载；

通过虚拟仪器模块2-1模拟交通信号灯的定时转换过程，设计红黄绿三种交通灯，显示时间长度可以通过虚拟仪器模块2-1即时调节。

学生基于虚拟仪器模块2-1自主开发软件程序实现对继电器或交通灯的控制，很大程度上锻炼了学生的创造性。

具体实施方式五：本实施方式与实施方式一的不同之处在于数据通讯接口6选用RS-232串行通信接口、RS-485串行通信接口或CAN总线接口，其它与实施方式一相同。

数据通讯接口6能实现与上位机——计算机2之间的数据通讯或与外围设备之间的数据通讯，提供三种通信接口：RS-232串行通信接口、RS-485串行通信接口和CAN总线接口，能实现这三种标准的数据通讯。

具体实施方式六：本实施方式与实施方式一的不同之处在于键盘7选用17键矩阵式键盘或8位按键开关键盘，其它与实施方式一相同。

采用17键矩阵式键盘时，当有键按下，此数字信号被数据采集卡1采集到，通过数字量输入输出端口1-2，再经USB控制器1-1传送至计算机2的虚拟仪器模块2-1，程序响应此开关量，并进行相应显示。

采用具有4个自锁带灯按键和4个非自锁带灯按键的8位按键开关键盘时，当有键按下，此数字信号被数据采集卡1采集到，通过数字量输入输出端口1-2，再经USB控制器1-1传送至计算机2的虚拟仪器模块2-1，虚拟仪器模块2-1响应此开关量，并进行相应显示，可实现4个自锁带灯按键、4个非自锁带灯按键的显示。

具体实施方式七：本实施方式与实施方式一的不同之处在于它还包括双声道语音功放电路，双声道语音功放电路的输入端与模拟量输出端口1-4的输出端相连，或双声道语音功放电路的输出端与模拟量输入端口1-3的输入端相连，其它与实施方式一相同。

双声道语音功放电路采用LM386音频集成功率放大器，双声道语音功放电路中有语音录入设备麦克风、语音输出，线路输入线路输出，录放音方式采用程序控制。

将双声道语音功放电路设计为收音机时，将双声道语音功放电路的输入端与模拟量输出端口1-4的输出端相连，经计算机2中虚拟仪器模块2-1控制，通过D/A转换和模拟量输出端口1-4将声音输送到双声道语音功放电路，再由本身的语音输出功能完成播放功能；

将双声道语音功放电路设计为录音机时，将双声道语音功放电路的输出端与模拟量输入端口1-3的输入端相连，经麦克风采集的语音信号，通过模拟量输入端口1-3和A/D转换输送至计算机2中的虚拟仪器模块2-1，进行存储录制。

从而完成了语音信号的采集与输出，完成语音录放功能。

本用新型是基于虚拟仪器模块2-1自主开发程序进行控制模拟或数字的输入输出量，有很强的可扩展性，能实现的功能不局限于以上所述的实施方式，可根据需要开发扩展程序的功能来达到更多种方式的控制，培养学生的创新意识和综合能力。

Claims (7)

1、一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于它包括数据采集卡(1)、计算机(2)、标准信号源(3)、模拟量控制设备(4)、数字量控制设备(5)、数据通讯接口(6)和键盘(7)，数据采集卡(1)包括USB控制器(1-1)、数字量输入输出端口(1-2)、模拟量输入端口(1-3)和模拟量输出端口(1-4)，

USB控制器(1-1)的数字量输入输出端与数字量输入输出端口(1-2)的一个数字量输入输出端相连，数字量输入输出端口(1-2)的另一个数字量输入输出端与数据通讯接口(6)的数字量输入输出端相连，数字量输入输出端口(1-2)的输出端与数字量控制设备(5)的输入端相连，数字量输入输出端口(1-2)的输入端与键盘(7)的输出端相连；

标准信号源(3)的输出端与模拟量输入端口(1-3)的输入端相连，模拟量输入端口(1-3)的输出端与USB控制器(1-1)的模拟量输入端相连；

USB控制器(1-1)的模拟量输出端与模拟量输出端口(1-4)的输入端相连，模拟量输出端口(1-4)的输出端与模拟量控制设备(4)的输入端相连；

计算机(2)的USB口与USB控制器(1-1)的数据传输端口相连，计算机(2)内嵌有虚拟仪器模块(2-1)。

2、根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于标准信号源(3)选用函数信号源、固定脉冲信号源或可调直流电压源。

3、根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于模拟量控制设备(4)选用直流电机、步进电机、频率计或电压表。

4、根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于数字量控制设备(5)选用继电器或交通灯。

5、根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于数据通讯接口(6)选用RS-232串行通信接口、RS-485串行通信接口或CAN总线接口。

6、根据权利要求1所述的一种基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于键盘(7)选用17键矩阵式键盘或8位按键开关键盘。

7、根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的测控工程实践台，其特征在于它还包括双声道语音功放电路，双声道语音功放电路的输入端与模拟量输出端口(1-4)的输出端相连，或双声道语音功放电路的输出端与模拟量输入端口(1-3)的输入端相连。

Images