优​化​NI​教学​实验​室​共享​平台 构​建​ELVIS​课程​实验​资源​生态​系统

- 赣 唐, 华东​交通​大学

"ELVIS​平台​帮助​我们​开发​了​8​门​课程​实验​套​件​资源,​目前​这些​实验​套​件​资源​陆续​在​许多​高校​得到​应用,​并​广​受​好​评。"

- 赣 唐, 华东​交通​大学

挑战:

面对​工科​院校​实验​室​设备​更新​与​整合​的​需求​以及​实验​课​教学​方法​创新​的​趋势,​基于​NI ELVIS​平台,​设计​一套​覆盖​工科​主干​专业​课​的​资源​型​实验​支撑​平台,​用于​日常​的​本科​实验​教学。​实现​ELVIS​效益​最大​化,​构​建​并​完善​适合​中国​国情​的​虚拟​仪器​课程​实验​资源​生态​系统。

解决​方案:

基于​ELVIS​平台,​利用​NI Multisim、​NI Ultiboard、​NI LabVIEW​从​原理​图​到​PCB​再到​原型​测试​的​无缝​开发​集成。

 

一.​引言

伴​随着​计算​机​技术​的​迅猛​发展,​虚拟​仪器​技术​也​随​之​不断​创新​和​突破。​在​高校​的​本科​教学、​研究生​课题、​高​端​科研​应用​中​时常​能​见到​虚拟​仪器​的​应用。​于​此​同时,​实验​课程​教学​方式​改革​创新​的​呼声​一​浪​高过​一​浪,​越来越​多​的​高校​注意​到了​虚拟​仪器​的​优势。​NI​推出​的​ELVIS​虚拟​仪器​教学​平台​此时​应运而生。

在​有着​13​亿​多​人口​的​中国,​面对​数量​众多​的​高等教育​机构、​体系​众多​的​教育​理念、​数量​丰富​的​教学​资源​和​上​千万​渴求​知识​的​学生,​我们​针对“虚拟​仪器​ELVIS​院校​教学​应用”这​一方向,​耗​时​7​年,​初步​构​建​了​符合​中国​国情​的​TLA​系列​虚拟​仪器​课程​实验​套​件​(for NI ELVIS),​系列​套​件​包括“电路​课程​实验​套​件”、“模拟​电子​技术​课程​实验​套​件”、“数字​电子​技术​课程​实验​套​件”、“传感器​课程​实验​套​件”、“信号​与​系统​课程​实验​套​件”、“应用​电子​技术​创新​实验​套​件”、“自动​控制​原理​课程​实验​套​件”、“通信​原理​课程​实验​套​件”。

 

二.​ELVIS​课程​实验​资源​的​设计​原则

 

TLA​系列​课程​实验​套​件​依托​NI ELVIS​平台,​面向​中国​高校​的​工科​主干​课程​实验​环节,​继承​NI ELVIS​易学​易​用、​测量​数据​客观​准确​的​优势,​以​满足​当前​实验​教学​领域​急需​创新​的​迫切​需求​为​设计​目标,​应用​NI​原理​图​设计​工具​Multisim、​PCB​设计​工具​Ultiboard、​图形​化​系统​设计​工具​LabVIEW​设计​了​8​门​课程​的​实验​资源​套​件。​该​思路​巧妙​运用​了​电子​产品​系统​化​设计​的​流程,​体现​了​从​理论​到​实现​的​设计​理念。

 


NI ELVIS​和​LabVIEW​的​软​硬件​系统​结合,​实现​了​快速、​准确​数据​采集​的​可能。​电路​课程、​模拟​电子​技术​课程、​数字​电子​技术​课程、​传感器​原理​课程、​信号​与​系统​课程、​应用​电子​技术​创新​课程、​自动​控制​原理​课程、​通信​原理​课程​在​传统​实验​方案​中​通行​的​做法​是​使用​示波器、​信号​发生​器、​万​用​表​等​具备​输入、​输出​端​口​的​专用​仪器​开展​实验​电路​的​特征​信号​激励、​采集​与​测量。

NI​虚拟​仪器​教学​平台​具备​了​传统​仪器​的​基本​功能​外,​还​具备​传统​仪器​不​具备​的​独​有​功能,​概况​起来​如下:

  1. 具备​功能​齐全​的​IO​端​口,​数量​设置​也​足够​用于​常规​课程​电路​实验​的​测量、​监测。
  2. 受益​于​LabVIEW​和​DAQmx​驱动​的​完善​支持,​IO​均​能​得到​LabVIEW​程序​的​支持。
  3. 基于​PC​的​数据​采集、​系统​设计​方案,​采集​到​的​数据​记录​比​传统​方法​更​为​简便​可靠。
  4. 易​于​系统​集成

 

 


三.​实验​套​件​的​总体​设计

 

实验​资源​生态​系统​的​总体​分为​两​大部分​内容:​实验​项目​设计​和​实验​系统​集成。​表​1​列出​了​8​门​课程​对应​的​实验​项目。​并且,​考虑​到​各所​院校​对​实验​项目​的​需求​侧重,​在​实验​套​件​中​还​预​留了​扩展​端​口,​从而​达到​支持​无限​数量​的​实验​模​块,​满足​实验​项目​数量​无​上限​的​需求。

 

实验​系统​集成​这​一部分,​体现出​对​每​门​课程​每​个​具体​实验​项目​的​实验​目的​和​要求​的​理解​与​把握。​将​这些​具体​的​要求、​目的,​通过​LabVIEW​编写​的​实验​程序​简洁​明​了​的​展​现在​学生​的​实验​台​前,​图​2​展示​了​TLA 008​通信​原理​课程​实验​套​件​中​PSK​调制​实验​的​软件​界面​及​实验​数据。

 

 

四.​实现​及​应用​效果 

图​3​展示​了​基于​上述​设计​理念​和​技术​路线​实现​的​8​门​课程​实验​套​件​资源。​目前​这些​实验​套​件​资源​陆续​在​香港​理工​大学、​哈尔滨​工业​大学、​桂林​电子​科技​大学、​上海​理工​大学、​上海​海洋​大学、​同​济​大学​浙江​学院、​浙江​广播​电视​大学、​首都​医科​大学、​海南​大学​等​NI​虚拟​仪器​联合​实验​室​中​实施​应用,​反馈​效果​良好。​图​4​展示​了​香港​理工​大学​的​同学​在​使用“传感器​课程​实验​套​件”做​NI ELVIS​的​传感器​测量​实验。

 

图​4  香港​理工​大学​的​学生​正在​使用​TLA004​传感器​课程​实验​套件

 

作者​信息:

赣 唐
​华东​交通​大学
​China

图​1 ​ ​基本​设计​思路 ​
图​2 ​ 通信​原理​课程​实验​套​件​PSK​调制​实验​软件​界面 ​
图​3 ​ ​设计​完成​的​8​门​课程​实验​套​件​资源 ​
图​4 ​ ​香港​理工​大学​的​学生​正在​使用​TLA004​传感器​课程​实验​套​件 ​