1、基于虚拟仪器的便携式实验箱,指导教师：佟威组员：钱龙 吴璋 王新杰,应用方案,为了解决教学系统在演示教学方面的不足，本方案提供了一种虚拟仪器便携式实验箱的形式，该实验箱运用labjack的便携式数据采集设备配合相应的传感器，对检测信号进行采集，使用图形化编程软件labview对监测数据进行显示、处理和和记录，便捷的实现了随堂实验、演示等教学，学生当堂把课本知识与实际应用结合，能更好的融会贯通所学知识。,理论基础,基于虚拟仪器的实验模式，是指用鼠标或键盘驱动本地计算机或客户端上虚拟仪器软面板中的各种功能按钮，通过计算机外接的输入输出(I0)接口设备实时操控本地或异地实验室真实实验电路(设备)，从而完成数据数据采集和调理、分析处理、表达储存等实验环节的一种数字化实验模式。,原理图,使用的产品,U12 labjack数据采集卡温湿度传感器振动传感器Labview8.2,实验箱总体介绍,本实验箱是一种适合大学生本科课堂教学演示的设备，促进学生对虚拟仪器指数与测控技术认识和应用。主要由实验箱、连接电路、传感器、及U12 labjack多功能数据采集卡组成。1.实验箱整体框架是长 宽 高 金属结构
2、。用于放置采集卡、电路，传感器及其其他所需工具。2.数据采集系统包括U12 labjack多功能采集卡、控制对象、传感器、便携pc机。,实验箱组成结构,1.U12 labjack多功能数据采集卡本实验箱是针对普通性、实时性教学而设计的，在体积、重量、操作、价格等方面有一定的要求。U12 labjack使用便捷、携带便携、价格优势明显。因此我们选取U12 labjack作为采集系统核心，能降低实验箱成本、减小箱体重量，从而达到实验箱使用面广、教学时一拎即走的设计理念。下面简单介绍U12 labjack,1)U12 labjack功能介绍8路模拟输入通道，12位分辨率，16条数字线，2路模拟输出通道，方便而易于携带的USB总线供电型设计；可用于Windows、Mac OS X、Linux和Pocket PC操作系统，使用Labjack自带驱动软件。,2）U12 labjack特点介绍U12 labjack具有基本的数据采集功能，其应用范围包括简单的数据记录、便携式测量和学术机构的实验室试验。为移动应用或空间上有限制的应用专门设计，其即插即用的安装最大程度地降低了配置和设置时间，同时它能直接
3、与螺丝端子相连，从而降低了成本并简化了信号的连接。USB总线供电使用户不再需要携带多余的外部电源。高速USB的使用便捷，可处理各种应用程序包括自动化测试、过程控制和传感器测量等。,3）U12 labjack优势介绍U12 labjack价位适于学生购买，也适合学校批量购买，并且其强大的功能足以用于更为复杂的测量应用。教师在上课时利用实验箱上的U12 labjack采集卡进行现场实验，为传感器、工程测试、自动控制和虚拟仪器的理论性课程补充了实践性实验和开发应用，真正做到了学以致用。,2.传感器实验箱可放置一些小型传感器，如振动传感器、光电传感器、温度传感器、湿度传感器等。根据教学的需要放置相应的传感器在实验箱内。,1）LM35温度传感器在常温下，LM35温度传感器不需要额外的校准处理即可达到 1/4的准确率。其电源供应模式有单电源与正负双电源两种，正负双电源的供电模式可提供负温度的量测；在静止温度中自热效应低(0.08)，单电源模式在25下静止电流约50A，工作电压较宽，可在420V的供电电压范围内正常工作非常省电。,2）CHTM-02/N湿度传感器（1）敏感元件：高分子湿敏电阻“CHR
4、-01”（2）供电：5V5%（3）耗电电流：5mA max.(2mA avg.) （4）工作范围：温度060 湿度10% - 95%RH（5）储存条件：温度0-50 湿度60%RH （6）湿度变送范围：0100%RH （7）湿度准确度：5%RH（在25，输入电压=5V）,2) ND-3振动传感器它采用1.5v15v宽电压范围供电，在3V时耗电小于150A，6V时耗电小于300A。其内部除振动传感元件外，还设有高倍数的放大电路，故能感应到极微弱的振动信号，并有很大的输出电压幅值，能直接触发后级电路。,3.直流电源传感器一般配备了调理电路（放大、衰减、隔离、多路复用、过滤、激励、冷端补偿等功能），有些功能需要直流电源供电（如差分放大需要+12V/-12V）。我们选取一款集+12V/-12V/+5V于一体的直流电源。,实验应用,实验箱的一个特点是便捷。实验箱电路板集成了烦琐的连接导线，定义了标准的传感器和采集卡之间的转换接头，避开了传统实验中接线繁琐，出错难查的缺点，使用者能方便地连接传感器和采集卡。一般操作步骤（1）传感器插头插入电路板；（2）数据采集卡USB电缆线连接至PC机；（3）接通
5、实验箱电源。通过这简单的三步，使用者可以轻轻松松地完成一次测量实验。另一个特点是便携。实验箱类似于工具箱，携带很方便，拎着一箱子就能做一些测试实验。,虚拟仪器便携式实验箱在教学课堂上的应用,在硬件上，虚拟仪器便携式实验箱为学生提供便利；在软件上，我们也开发了应用的小程序，下面就是一个温湿度测量和振动测量的小程序的界面。,温度测量程序主界面,湿度测量程序主界面,振动测量程序主界面,总结,1.遇到的困难在开题初期，由于对虚拟仪器的不了解，对所要完成的工作不甚了解，以致在相当长的一段时间陷入困惑。在中期答辩时，虽然总体思路已见雏形，但是采集进来的信号却依然不让人满意，以及对传感器的细节把握也不尽如人意。在中期答辩后，实物已渐渐成形时，最后的完善工作，例如设计装箱图纸，如何能为以后升级做下铺垫，依旧是一个难点。,2.收获经过大三一年的学习、研究与探索，基本实现了预定的目的：做出一个可以用于课堂的实验箱（现已准备投入使用）并且在收获知识的同时，更加锻炼了我们各个方面的能力，增长了自信。为今后的学习工作打下良好的基础。,3.感谢在最后，我们首先要感谢学校能给予我们一次实现自我的机会，再要感谢信控学院的大力支持，更要感谢指导教师佟威老师的悉心教导。在与佟老师接触的一年中，学到的不仅仅是知识，更有对于做人做事方法论的学习和体会，可称得上是真正的“灵魂工程师”。,谢谢观赏,
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