虚拟仪器技术引入高职教学的思考

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[摘　 要] 本文从高职学生就业出发，提出虚拟仪器技术在工业应用中的潮流和趋势，结合Labview软件开放性对高职类院教学工作给出一种参考思想，也通过用举出Labview设计和替代几种常用教学仪器来说明Labview在学校中测量仪器方面有着广泛的应用，说明作为教学内容将Labview补充到教学中的必要性。

[关键词] 高职教学 虚拟仪器 Labview

引 言

随着改革开放的不断深入，我国大学生的就业制度由“统包统配”发展到“自主择业”。高职学生就业形式严峻，尤其是毕业后大多高职学生就业质量低下。产业化的进一步深化，使生产企业和技术服务性企业对就业人员的要求不再像过去动辄要求大学本科那样的高素质类型，而是更加务实，不要求“全才”，而要求“专才”。产业化发展使得很多行业过去认为是精英人才参与的工作岗位，变为对某些具体技术熟练度的要求，从“白领“工作变为”灰领“工作。从而使高职学生有了更大的就业市场。

近年来，我国高职教育发展迅猛，出现了办学资源不足、办学定位不准、办学质量上不去等一系列问题。《关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》中明确指出，高职教育在专业改革与建设、课程建设与改革、人才培养模式改革、实习实训基地建设、专兼结合的专业教学团队建设等方面要加强校企合作，以解决目前高职教育所面临的问题。作为学校本身，除了购买新设备，还应该从自身角度出发，将科研与本校实际情况相结合，引导教师把一些科学技术研究工作应用于学校旧设备改造和实验室改革，以便更好地利用教学资源，为教学服务。

虚拟仪器是一种全新的仪器概念，在自动化检测领域的应用正方兴未艾，而LabVIEW是科学家和工程师们进行虚拟仪器应用开发的首选工作平台。将虚拟仪器引入高校的教学不但可以提高教学内容的实用性，也为降低实验仪器成本提供了有效的途径和方法。

传统电子仪器的缺点

从普通意义上看，传统电子仪器主要由三大模块组成：即对被测信号的采集与控制、分析与处理、测量结果的表达与存储。传统电子仪器的这些功能块都是以硬件或者固化的软件的形式存在的，因此具有一些弱点。

首先，灵活性和可扩展性差。传统意义的电子仪器是自封闭系统，具有固定的用户界面、组成模块和数据处理能力。

其次，成本高，技术更新慢。一般传统意义的电子仪器价格较贵，动辄十几万几十万甚至更多。开发周期较长，技术更新也较慢，而且存在元器件老化等问题，维护费用高，使用寿命短。

第三，数据显示、分析和存储功能不够强大。传统意义的电子仪器的图形显示界面比较小，依靠人工读取数据从中获得的信息量小。由于硬件设备的限制往往无法实现更灵活、更特殊的数据分析功能，更难以进行数据编辑、存储、打印等功能。

随着莫尔定律的持续发展及计算机技术的日新月异，虚拟仪器系统的功能也越来越强大，这都有利于“虚拟”测量和自动化系统的发展。成本低廉的计算机系统被广泛应用到实验室的产品研发及生产线上产品的制程中。个人计算机的不断发展使得虚拟仪器系统成为一种低成本、高弹性的解决方案，更大大提升了企业生产率，这是传统独立的仪器设备所无法比拟的优势。虚拟仪器正在大规模地替代传统的测控仪器，尤其在新建项目中的非标测控仪器。

虚拟仪器及Labview介绍

虚拟仪器(Virtual Instrument)的概念是美国国家仪器公司(NI)于20世纪80 年代中期提出来的。核心是以计算机作为仪器的硬件支撑,充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能式的功能,把传统仪器的专业化功能软件化,这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同,同时又充分享用了PC 机资源的全新仪器系统。LabVIEW是目前国际上唯一的基于数据流的编译型图形编程环境，它把复杂、烦琐、费时的语言编程简化成用简单或图标提示的方法选择功能（图形）， 并用线条把各种图形连接起来的简单图形编程方式，使得不熟悉编程的工程技术人员都可以按照测试要求和任务快速“画”出自己的程序，“画”出仪器面板，这大大提高了工作效率，是一种优秀的虚拟仪器软件开发平台。2007年美国NI公司推出的LabVIEW8.5版本。通过状态图设计模块对系统行为进行建模和实现，并提供了专用于工业监控的全新FO库和分析函数，从而将LabVIEW平台进一步扩展到嵌入式和工业应用。

应用案例

利用普通声卡作为信号采集硬件，以美国Nl公司的虚拟仪器软件LabVIEW8.5作为开发平台，可以实现多种实验教学设备的设计。波形分析、频谱分析、相关分析等信号分析理论是测试技术课程教学中的难点，傅立叶变换公式、卷积分定理等常常让学生很头疼。为提高教学效果，我们借助虚拟仪器实验将这些理论知识进行可视化表达。

1.虚拟示波器的实现

虚拟示波器对采集信号进行时域分析，可以实时显示波形，并实现对信号的频率、周期和幅值的测量。程序主体部分由数据采集和数据分析构成，程序使用while循环结构。设计的函数有Sound Aquire.vi、Sound Iutput Configure.vi、Sound Iuitput Start、Sound Iutput Read.vi、 Iutput Stop.vi、Sound Iutput Clear.vi等。

可以通过名为幅值控制和时间轴控制的旋转按钮分别来动态控制Y轴量程和X轴量程大小以及测量游标显示的位置，同时根据通道的选择(通道A或通道B)相应显示对应的波形。设计方法主要是通过波形控件的属性节点来实现。

采用PC机技术、声卡技术和虚拟仪器技术, 实现了对音频信号实时、高保真的采集与处理。整个系统性价比高, 通用性强, 界面友好, 性能稳定可靠。如果在上配置多块声卡并行工作, 该软件稍加修改, 完全可以构成一个多通道音频数据采集处理系统, 满足音频数据采集及处理的需要。如果采用笔记本电脑则无需添加任何硬件就可以构成便携式测量系统。