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

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