LabVIEW虚拟仪器在电学类演示实验中的应用

张军

摘要：机电技术应用专业电学类演示实验的演示方式和效果直接影响着学生对基本概念和定律的理解与掌握，是非常重要的教学环节和手段。LabVIEW辅助演示比其他演示方式有很大的优势，LabVIEW提供一种能实时展示实验操作过程、同步显示实验原理和实时采集实验数据的综合实验平台，是演示实验的一次飞跃，将极大地提高电学类专业课堂的效率。

关键词：演示实验；LabVIEW；应用

中图分类号：G632.0文献标识码：A文章编号：1992-7711（2020）08-0122

在机电技术应用专业电学类专业课的教学中，演示实验占有较大的比重。并且，实验的演示方式和效果直接影响着学生对基本概念和定律的理解与掌握，因而是非常重要的教学环节和手段。但在实际教学中，这一实验存在着演示过程不够直观、演示效果不够清晰的问题，例如：在焦耳定律的演示中，就存在着实验过程较长、数据展示失败率较高的问题。

为解决实验中存在的问题，该实验装置也曾经进行过一些改进，如采用温度传感器和单片机控制制作电子电路，在液晶显示屏上实时显示实验数据。这种改进的优点在于提升了实验的成功率，优化了演示效果；但也存在明显的不足之处，就是每种实验都需要制作相应的电子电路，没有兼容性，在人力和财力上都有明显的局限性。因此，笔者考虑采用更先进的LabVIEW程序改进这一实验。

LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW软件是NI设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。LabVIEW功能强大，编程简易，实验过程中的数据，通过后面板的程序处理后，在前面板实时显示，这完全符合对演示实验的更高要求。LabVIEW软件在电学类演示实验中的辅助作用主要体現在以下三个方面。

一、采用LabVIEW提高了电学演示实验的可见度

1.可视度提高

在需要测试温度的演示实验中，温度的测量采用LabVIEW后，实时温度会清晰地通过多媒体呈现在大屏幕上，提高了可视度。

具体做法：硬件部分采用温度测试模块电路和数据采集器，温度测试模块电路对温度测试点进行温度采集，数据采集器连接电脑，负责将采集到的数据传入电脑。软件部分通过LabVIEW编程将数据采集器送来的信号在前面板实时显示出来。

2.可见度提升

在进行电路波形测量时，示波器的显示屏太小。采用LabVIEW将测试的波形显示在大屏幕上，可见度得到了极大的提升。

具体做法：硬件部分采用数据采集器和数据转接口，通过数据转接口将电路中测试点的信号进行采集，传入数据采集器，再通过数据采集器传入电脑。软件部分通过LabVIEW编程将数据采集器送来的信号在前面板实时显示出来。

二、采用LabVIEW提高了电学演示实验的精确度

在测试电压的演示试验中，采用LabVIEW后，所测试电压可以设置测量精度，实时在前面板显示出来。

具体做法：用数据采集器自带的表笔采集电路电压，数据采集器将采集数据传入电脑，通过LabVIEW编程将数据采集器送来的信号在前面板实时显示出来。

三、采用LabVIEW可以实现演示实验功能的监测

1.监测电路

在模拟红外感应门电路的演示实验中，实际电路中的电机的正转与反转以及停止分别代表开门、关门和停止，电路中的关键点数据通过数据采集器输入电脑中，经过LabVIEW编程处理，前面板实时展示电路的开门、关门、停止等功能，达到监测电路的目的，同时提高演示的直观性。

2.监测环境

在模拟矿井环境侦测系统的演示实验中，当实际电路震动、气压、烟雾、湿度、光照、温度等检测电路出现异常时，电路中的关键点数据通过数据采集器输入电脑中，经过LabVIEW编程处理，前面板实时显示异常报警的电路部分，并统计报警次数，很好地监测实际环境。

3.监测仪器仪表

在病房监护系统的演示实验中，需要检测病人的血压、脉搏、心率、体温等指标，各仪器仪表的数据通过数据采集器送入电脑，经过LabVIEW编程处理，前面板实时显示各项数据，很好地监测仪器仪表的数据。

通过对三种演示方式的比较，我们发现，LabVIEW辅助演示比其他演示方式有很大的优势，LabVIEW提供一种能实时展示实验操作过程、同步显示实验原理和实时采集实验数据的综合实验平台，是演示实验的一次飞跃，将极大地提高电学类专业课堂的效率。

（作者单位：山东省蓬莱市职业中等专业学校265600）