[摘 要] 本文從高職學(xué)生就業(yè)出發(fā)，提出虛擬儀器技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中的潮流和趨勢(shì)，結(jié)合Labview軟件開放性對(duì)高職類院教學(xué)工作給出一種參考思想，也通過(guò)用舉出Labview設(shè)計(jì)和替代幾種常用教學(xué)儀器來(lái)說(shuō)明Labview在學(xué)校中測(cè)量?jī)x器方面有著廣泛的應(yīng)用，說(shuō)明作為教學(xué)內(nèi)容將Labview補(bǔ)充到教學(xué)中的必要性。

[關(guān)鍵詞] 高職教學(xué) 虛擬儀器 Labview

引 言

隨著改革開放的不斷深入，我國(guó)大學(xué)生的就業(yè)制度由“統(tǒng)包統(tǒng)配”發(fā)展到“自主擇業(yè)”。高職學(xué)生就業(yè)形式嚴(yán)峻，尤其是畢業(yè)后大多高職學(xué)生就業(yè)質(zhì)量低下。產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)一步深化，使生產(chǎn)企業(yè)和技術(shù)服務(wù)性企業(yè)對(duì)就業(yè)人員的要求不再像過(guò)去動(dòng)輒要求大學(xué)本科那樣的高素質(zhì)類型，而是更加務(wù)實(shí)，不要求“全才”，而要求“專才”。產(chǎn)業(yè)化發(fā)展使得很多行業(yè)過(guò)去認(rèn)為是精英人才參與的工作崗位，變?yōu)閷?duì)某些具體技術(shù)熟練度的要求，從“白領(lǐng)“工作變?yōu)椤被翌I(lǐng)“工作。從而使高職學(xué)生有了更大的就業(yè)市場(chǎng)。

近年來(lái)，我國(guó)高職教育發(fā)展迅猛，出現(xiàn)了辦學(xué)資源不足、辦學(xué)定位不準(zhǔn)、辦學(xué)質(zhì)量上不去等一系列問題?！蛾P(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見》中明確指出，高職教育在專業(yè)改革與建設(shè)、課程建設(shè)與改革、人才培養(yǎng)模式改革、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、專兼結(jié)合的專業(yè)教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面要加強(qiáng)校企合作，以解決目前高職教育所面臨的問題。作為學(xué)校本身，除了購(gòu)買新設(shè)備，還應(yīng)該從自身角度出發(fā)，將科研與本校實(shí)際情況相結(jié)合，引導(dǎo)教師把一些科學(xué)技術(shù)研究工作應(yīng)用于學(xué)校舊設(shè)備改造和實(shí)驗(yàn)室改革，以便更好地利用教學(xué)資源，為教學(xué)服務(wù)。

虛擬儀器是一種全新的儀器概念，在自動(dòng)化檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用正方興未艾，而LabVIEW是科學(xué)家和工程師們進(jìn)行虛擬儀器應(yīng)用開發(fā)的首選工作平臺(tái)。將虛擬儀器引入高校的教學(xué)不但可以提高教學(xué)內(nèi)容的實(shí)用性，也為降低實(shí)驗(yàn)儀器成本提供了有效的途徑和方法。

傳統(tǒng)電子儀器的缺點(diǎn)

從普通意義上看，傳統(tǒng)電子儀器主要由三大模塊組成：即對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集與控制、分析與處理、測(cè)量結(jié)果的表達(dá)與存儲(chǔ)。傳統(tǒng)電子儀器的這些功能塊都是以硬件或者固化的軟件的形式存在的，因此具有一些弱點(diǎn)。

首先，靈活性和可擴(kuò)展性差。傳統(tǒng)意義的電子儀器是自封閉系統(tǒng)，具有固定的用戶界面、組成模塊和數(shù)據(jù)處理能力。

其次，成本高，技術(shù)更新慢。一般傳統(tǒng)意義的電子儀器價(jià)格較貴，動(dòng)輒十幾萬(wàn)幾十萬(wàn)甚至更多。開發(fā)周期較長(zhǎng)，技術(shù)更新也較慢，而且存在元器件老化等問題，維護(hù)費(fèi)用高，使用壽命短。

第三，數(shù)據(jù)顯示、分析和存儲(chǔ)功能不夠強(qiáng)大。傳統(tǒng)意義的電子儀器的圖形顯示界面比較小，依靠人工讀取數(shù)據(jù)從中獲得的信息量小。由于硬件設(shè)備的限制往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)更靈活、更特殊的數(shù)據(jù)分析功能，更難以進(jìn)行數(shù)據(jù)編輯、存儲(chǔ)、打印等功能。

隨著莫爾定律的持續(xù)發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的日新月異，虛擬儀器系統(tǒng)的功能也越來(lái)越強(qiáng)大，這都有利于“虛擬”測(cè)量和自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展。成本低廉的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)線上產(chǎn)品的制程中。個(gè)人計(jì)算機(jī)的不斷發(fā)展使得虛擬儀器系統(tǒng)成為一種低成本、高彈性的解決方案，更大大提升了企業(yè)生產(chǎn)率，這是傳統(tǒng)獨(dú)立的儀器設(shè)備所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。虛擬儀器正在大規(guī)模地替代傳統(tǒng)的測(cè)控儀器，尤其在新建項(xiàng)目中的非標(biāo)測(cè)控儀器。

虛擬儀器及Labview介紹

虛擬儀器(Virtual Instrument)的概念是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NI)于20世紀(jì)80 年代中期提出來(lái)的。核心是以計(jì)算機(jī)作為儀器的硬件支撐,充分利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算、存儲(chǔ)、回放、調(diào)用、顯示以及文件管理等智能式的功能,把傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能軟件化,這樣便構(gòu)成了一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同,同時(shí)又充分享用了PC 機(jī)資源的全新儀器系統(tǒng)。LabVIEW是目前國(guó)際上唯一的基于數(shù)據(jù)流的編譯型圖形編程環(huán)境，它把復(fù)雜、煩瑣、費(fèi)時(shí)的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化成用簡(jiǎn)單或圖標(biāo)提示的方法選擇功能（圖形）， 并用線條把各種圖形連接起來(lái)的簡(jiǎn)單圖形編程方式，使得不熟悉編程的工程技術(shù)人員都可以按照測(cè)試要求和任務(wù)快速“畫”出自己的程序，“畫”出儀器面板，這大大提高了工作效率，是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺(tái)。2007年美國(guó)NI公司推出的LabVIEW8.5版本。通過(guò)狀態(tài)圖設(shè)計(jì)模塊對(duì)系統(tǒng)行為進(jìn)行建模和實(shí)現(xiàn)，并提供了專用于工業(yè)監(jiān)控的全新FO庫(kù)和分析函數(shù)，從而將LabVIEW平臺(tái)進(jìn)一步擴(kuò)展到嵌入式和工業(yè)應(yīng)用。

應(yīng)用案例

利用普通聲卡作為信號(hào)采集硬件，以美國(guó)Nl公司的虛擬儀器軟件LabVIEW8.5作為開發(fā)平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的設(shè)計(jì)。波形分析、頻譜分析、相關(guān)分析等信號(hào)分析理論是測(cè)試技術(shù)課程教學(xué)中的難點(diǎn)，傅立葉變換公式、卷積分定理等常常讓學(xué)生很頭疼。為提高教學(xué)效果，我們借助虛擬儀器實(shí)驗(yàn)將這些理論知識(shí)進(jìn)行可視化表達(dá)。

1.虛擬示波器的實(shí)現(xiàn)

虛擬示波器對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，可以實(shí)時(shí)顯示波形，并實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的頻率、周期和幅值的測(cè)量。程序主體部分由數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析構(gòu)成，程序使用while循環(huán)結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)的函數(shù)有Sound Aquire.vi、Sound Iutput Configure.vi、Sound Iuitput Start、Sound Iutput Read.vi、 Iutput Stop.vi、Sound Iutput Clear.vi等。

可以通過(guò)名為幅值控制和時(shí)間軸控制的旋轉(zhuǎn)按鈕分別來(lái)動(dòng)態(tài)控制Y軸量程和X軸量程大小以及測(cè)量游標(biāo)顯示的位置，同時(shí)根據(jù)通道的選擇(通道A或通道B)相應(yīng)顯示對(duì)應(yīng)的波形。設(shè)計(jì)方法主要是通過(guò)波形控件的屬性節(jié)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

采用PC機(jī)技術(shù)、聲卡技術(shù)和虛擬儀器技術(shù), 實(shí)現(xiàn)了對(duì)音頻信號(hào)實(shí)時(shí)、高保真的采集與處理。整個(gè)系統(tǒng)性價(jià)比高, 通用性強(qiáng), 界面友好, 性能穩(wěn)定可靠。如果在上配置多塊聲卡并行工作, 該軟件稍加修改, 完全可以構(gòu)成一個(gè)多通道音頻數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng), 滿足音頻數(shù)據(jù)采集及處理的需要。如果采用筆記本電腦則無(wú)需添加任何硬件就可以構(gòu)成便攜式測(cè)量系統(tǒng)。

總之，用聲卡作為數(shù)據(jù)采集硬件，在LabVIEW開發(fā)環(huán)境中構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)，能夠做到擁有較高的采樣精度和中等采樣頻率，能夠把聲卡的廉價(jià)性和LabVIEW的靈活性很好地結(jié)合起來(lái)，在特定的應(yīng)用場(chǎng)合是一種明智的選擇。

2.虛擬頻譜分析儀的實(shí)現(xiàn)

頻譜分析是信號(hào)的一種頻域分析方法，其目的在于了解信號(hào)的頻率成份以及每種成份的強(qiáng)度大小。該分析儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集信號(hào)的幅值譜分析、相位譜分析、功率譜分析、FFT變換等功能，程序與虛擬示波器的程序較為相似，都是分為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩大部分。信號(hào)濾波部分，可以采用Butterworth濾波器進(jìn)行低通濾波，采樣頻率根據(jù)需要設(shè)定，頻率的上限設(shè)為200 kHz，下限設(shè)為50 Hz，或設(shè)為可調(diào)。信號(hào)加窗中，可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗處理，包括矩形窗、漢寧窗、漢明窗等。

3.虛擬信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)

其主要是結(jié)合聲卡驅(qū)動(dòng)函數(shù)，在LabvIEW開發(fā)平臺(tái)下，可以產(chǎn)生雙通道信號(hào)，信號(hào)包括常用的正弦波、三角波和方波等。并且能實(shí)現(xiàn)頻率粗調(diào)、微調(diào)、頻率掃描等功能。

虛擬信號(hào)發(fā)生器程序的主體部分處于while循環(huán)結(jié)構(gòu)中，由While循環(huán)體實(shí)現(xiàn)波形參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)緩沖音量控制和波形產(chǎn)生功能?？蓪?shí)現(xiàn)100 Hz～15 kHz范圍內(nèi)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、時(shí)域分析和頻域分析功能。聲卡A／D轉(zhuǎn)換性能優(yōu)越，技術(shù)成熟，配合LabView強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集與處理功能，可構(gòu)建一個(gè)性價(jià)比高、通用性強(qiáng)、界面友好、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方便的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

測(cè)量系統(tǒng)歷來(lái)被稱為“自動(dòng)化的荒島”，因?yàn)槟仨殲槊總€(gè)單一的應(yīng)用專門設(shè)計(jì)一套獨(dú)立的系統(tǒng)。有了虛擬儀器系統(tǒng)，模塊化的硬件組成及開放式的工程應(yīng)用軟件可以簡(jiǎn)單地使一套系統(tǒng)同時(shí)符合各種測(cè)量應(yīng)用的要求。

小 結(jié)

隨著測(cè)量和控制應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ο到y(tǒng)性能和靈活性要求的不斷提高，軟件的設(shè)計(jì)功能也日漸重要。購(gòu)置工程應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)并擁有其最佳性能，可以使企業(yè)大大縮短開發(fā)時(shí)間并提高每個(gè)工程師的工作效率。配備了這樣強(qiáng)有力的工具，企業(yè)才能在劇烈的競(jìng)爭(zhēng)中贏得最終勝利。而高職將“廠中有?！?、“校中有廠”，廠校結(jié)合，合作辦學(xué)作為主流辦學(xué)理念，將相關(guān)專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)成企業(yè)滿意的員工，在教學(xué)中我們始終應(yīng)根據(jù)行業(yè)的動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)實(shí)時(shí)引入切實(shí)有益的新技術(shù)新工具，不“閉門造車”。這樣我們高職學(xué)生走出校門才能在就業(yè)市場(chǎng)找到更加廣闊的用武之地，更好地為社會(huì)服務(wù)。

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