基于虛擬儀器的便攜式實驗箱

1、基于虛擬儀器的便攜式實驗箱,指導教師：佟威組員：錢龍 吳璋 王新杰,應用方案,為了解決教學系統(tǒng)在演示教學方面的不足，本方案提供了一種虛擬儀器便攜式實驗箱的形式，該實驗箱運用labjack的便攜式數(shù)據(jù)采集設備配合相應的傳感器，對檢測信號進行采集，使用圖形化編程軟件labview對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行顯示、處理和和記錄，便捷的實現(xiàn)了隨堂實驗、演示等教學，學生當堂把課本知識與實際應用結(jié)合，能更好的融會貫通所學知識。,理論基礎,基于虛擬儀器的實驗模式

2、，是指用鼠標或鍵盤驅(qū)動本地計算機或客戶端上虛擬儀器軟面板中的各種功能按鈕，通過計算機外接的輸入輸出(I／0)接口設備實時操控本地或異地實驗室真實實驗電路(設備)，從而完成數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)采集和調(diào)理、分析處理、表達儲存等實驗環(huán)節(jié)的一種數(shù)字化實驗模式。,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傳感器Labview8.2,實驗箱總體介紹,本實驗箱是一種適合大學生本科課堂教學演示的設備，促進學生對虛擬儀器指數(shù)與測控技術

3、認識和應用。主要由實驗箱、連接電路、傳感器、及U12 labjack多功能數(shù)據(jù)采集卡組成。1.實驗箱整體框架是長 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、控制對象、傳感器、便攜pc機。,實驗箱組成結(jié)構(gòu),1.U12 labjack多功能數(shù)據(jù)采集卡本實驗箱是針對普通性、實時性教學而設計的，在體積、重量、操作、價格等方面有一定的要求。U12 lab

4、jack使用便捷、攜帶便攜、價格優(yōu)勢明顯。因此我們選取U12 labjack作為采集系統(tǒng)核心，能降低實驗箱成本、減小箱體重量，從而達到實驗箱使用面廣、教學時一拎即走的設計理念。下面簡單介紹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總線供電型設計；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)動軟件。,,2）U12 labjack特點介紹U12 labjack具有基本的數(shù)據(jù)采集功能，其應用范圍包括簡單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測量和學術機構(gòu)的實驗室試驗。為移動應用或空間上有限制的應用專門設計，其即插即用的安裝最大程度地降低了配置和設置時間，同時它能直接與螺絲端子相連，從而降低了成本并簡化了信號的連接。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，可處理各種應用程序包括自動化測試、過程控制和傳

6、感器測量等。,,3）U12 labjack優(yōu)勢介紹U12 labjack價位適于學生購買，也適合學校批量購買，并且其強大的功能足以用于更為復雜的測量應用。教師在上課時利用實驗箱上的U12 labjack采集卡進行現(xiàn)場實驗，為傳感器、工程測試、自動控制和虛擬儀器的理論性課程補充了實踐性實驗和開發(fā)應用，真正做到了學以致用。,,2.傳感器實驗箱可放置一些小型傳感器，如振動傳感器、光電傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器等。根據(jù)教學的需要放置相應

7、的傳感器在實驗箱內(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處理即可達到 ±1/4℃的準確率。其電源供應模式有單電源與正負雙電源兩種，正負雙電源的供電模式可提供負溫度的量測；在靜止溫度中自熱效應低(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）濕度準確度：±5%RH（在25℃，輸入電壓=5V）,,2) ND-3振動傳感器它采用1.5v~15v寬電壓范圍供電，在3V時耗電小于150μA，6V時耗電小于300μA。其內(nèi)部除

9、振動傳感元件外，還設有高倍數(shù)的放大電路，故能感應到極微弱的振動信號，并有很大的輸出電壓幅值，能直接觸發(fā)后級電路。,,3.直流電源傳感器一般配備了調(diào)理電路（放大、衰減、隔離、多路復用、過濾、激勵、冷端補償?shù)裙δ埽?，有些功能需要直流電源供電（如差分放大需?12V/-12V）。我們選取一款集+12V/-12V/+5V于一體的直流電源。,實驗應用,實驗箱的一個特點是便捷。實驗箱電路板集成了煩瑣的連接導線，定義了標準的傳感器和采集卡之間的轉(zhuǎn)換

10、接頭，避開了傳統(tǒng)實驗中接線繁瑣，出錯難查的缺點，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；（3）接通實驗箱電源。通過這簡單的三步，使用者可以輕輕松松地完成一次測量實驗。另一個特點是便攜。實驗箱類似于工具箱，攜帶很方便，拎著一箱子就能做一些測試實驗。,虛擬儀器便攜式實驗箱在教學課堂上的應用,在硬件上，虛擬儀器便攜式實驗箱為學生提供便利；在軟件上，我們也開發(fā)了應用的

11、小程序，下面就是一個溫濕度測量和振動測量的小程序的界面。,溫度測量程序主界面,濕度測量程序主界面,振動測量程序主界面,總結(jié),1.遇到的困難在開題初期，由于對虛擬儀器的不了解，對所要完成的工作不甚了解，以致在相當長的一段時間陷入困惑。在中期答辯時，雖然總體思路已見雛形，但是采集進來的信號卻依然不讓人滿意，以及對傳感器的細節(jié)把握也不盡如人意。在中期答辯后，實物已漸漸成形時，最后的完善工作，例如設計裝箱圖紙，如何能為以后升級做下鋪墊，依

12、舊是一個難點。,,2.收獲經(jīng)過大三一年的學習、研究與探索，基本實現(xiàn)了預定的目的：做出一個可以用于課堂的實驗箱（現(xiàn)已準備投入使用）并且在收獲知識的同時，更加鍛煉了我們各個方面的能力，增長了自信。為今后的學習工作打下良好的基礎。,,3.感謝在最后，我們首先要感謝學校能給予我們一次實現(xiàn)自我的機會，再要感謝信控學院的大力支持，更要感謝指導教師佟威老師的悉心教導。在與佟老師接觸的一年中，學到的不僅僅是知識，更有對于做人做事方法論的學習和體會