基于虛擬儀器技術(shù)的機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

于秀娜

摘 ?要：具備先進(jìn)的機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備是培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能的機(jī)電一體化技能人才的重要部分之一。但是由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中各種原因已經(jīng)影響了機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，因此將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用其中，建立一個(gè)更加高質(zhì)的機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。本文主要從剖析虛擬儀器技術(shù)展開(kāi)，在了解清楚虛擬儀器技術(shù)的基礎(chǔ)上將其融入進(jìn)機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，旨在為實(shí)際的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供一定的理論參考。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù);機(jī)電一體化教學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

引言：機(jī)電一體化教學(xué)旨在培養(yǎng)出能夠重拾數(shù)控設(shè)備相關(guān)的技術(shù)與管理的工作人才。隨著機(jī)電一體化技術(shù)的快速發(fā)展，特別是再加上計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及，目前的機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械與微電子技術(shù)緊密結(jié)合在一起的一門(mén)技術(shù)。因此，該課程想要為我國(guó)輸送更多的應(yīng)用型人才，就應(yīng)該在日常的教學(xué)中將理論與實(shí)踐充分結(jié)合，特別是在實(shí)踐方面。將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，能夠起到一定的效果。

一、虛擬儀器技術(shù)

所謂的虛擬儀器技術(shù)，就是借助高性能的模塊化硬件，再結(jié)合高效靈活的軟件完整各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。記住模塊化硬件，能夠提供全方位的系統(tǒng)集成，而高效靈活的軟件則可以創(chuàng)建一個(gè)完全個(gè)性化、自定義的用戶(hù)界面。之所以將虛擬儀器技術(shù)融入進(jìn)機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，主要是看中了其具有性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少、無(wú)縫集成的特點(diǎn)。

從發(fā)展現(xiàn)狀而言，虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)在測(cè)試行業(yè)、自動(dòng)化、石油鉆探等領(lǐng)域都有涉及，因此將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用進(jìn)機(jī)電一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以借鑒到一定的經(jīng)驗(yàn)。

二、機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)中融入虛擬儀器技術(shù)的具體措施

（一）模塊化的I/O硬件。虛擬儀器技術(shù)能夠提供各種各樣的硬件產(chǎn)品，從數(shù)據(jù)的采集、信號(hào)處理、聲音和振動(dòng)測(cè)量、視覺(jué)、運(yùn)動(dòng)、儀器控制、分布式I/O到CAN接口都有。在機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中，主要由數(shù)據(jù)采集與處理模塊、視覺(jué)模塊組成[1]。其中的數(shù)據(jù)采集與處理模塊主要由傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、NI數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)。這個(gè)模塊主要是對(duì)柔性機(jī)械臂的動(dòng)態(tài)測(cè)試從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與處理功能。視覺(jué)模塊包括了CCD攝像頭、NI圖像采集卡和計(jì)算機(jī)。這個(gè)模塊的主要功能是對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行處理，同時(shí)還能夠提供給學(xué)生機(jī)器視覺(jué)研究。

（二）高效靈活的軟件。軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部分[2]。通過(guò)借助正確的軟件工具并設(shè)計(jì)或者調(diào)用特定的程序模塊，就能夠創(chuàng)建一個(gè)自己的應(yīng)用以及友好的人機(jī)交互界面。其中能夠提供行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程的軟件——LabVIEW，其不僅能夠完成基本的各種軟硬件的連接，另外還能夠提供一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)存的方式，并且將結(jié)果顯示出來(lái)。此外，其還能夠提供更多交互式的測(cè)量工具和更加高層次的系統(tǒng)管理軟件工具，例如針對(duì)微軟Visual Studio的

Measurement Studio等，都能夠滿(mǎn)足高性能應(yīng)用的要求。而這個(gè)要求能夠幫助機(jī)電一體化在測(cè)試應(yīng)用中發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。

將數(shù)據(jù)采集以及信號(hào)處理功能模塊放入進(jìn)機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，借助LabVIEW作為試驗(yàn)的開(kāi)發(fā)工具，在這種情況之下，學(xué)生能夠了解到如何測(cè)量熱電偶、電熱調(diào)節(jié)器、應(yīng)變傳感器等各種傳感器信號(hào)，同時(shí)學(xué)生還可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中了解如何根據(jù)不同的硬件配置搭建一個(gè)不同的信號(hào)測(cè)試系統(tǒng)。

（三）加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)。利用虛擬儀器技術(shù)中的視覺(jué)反饋的位置控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的跟蹤控制。在這個(gè)機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)中其實(shí)驗(yàn)?zāi)K涉及到控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制、圖像采集、圖像識(shí)別以及PD矯正。

實(shí)驗(yàn)中，負(fù)責(zé)圖像采集的是利用CCD攝像頭和圖像采集卡。在實(shí)驗(yàn)中采集到動(dòng)態(tài)圖像，利用圖像采集卡將其轉(zhuǎn)換成為數(shù)字化體香，接著通過(guò)PCI總線(xiàn)即時(shí)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)當(dāng)中，再借助圖像處理對(duì)轉(zhuǎn)換后的圖像做進(jìn)一步的處理。

在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行圖像處理時(shí)，需要獲取到目標(biāo)物體的質(zhì)心坐標(biāo)，而想要獲得質(zhì)心坐標(biāo)就需要先檢車(chē)到目標(biāo)物體的邊緣，得到其輪廓之后再計(jì)算出其質(zhì)心坐標(biāo)，得到了質(zhì)心坐標(biāo)就能夠計(jì)算出目標(biāo)物體的具體位置。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)虛擬儀器技術(shù)的理解，同時(shí)還能夠加強(qiáng)其實(shí)踐能力。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，將虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用進(jìn)機(jī)電一體化教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的建設(shè)中，不僅能夠彌補(bǔ)以往的實(shí)驗(yàn)中存在的不足，同時(shí)還能夠有效提高學(xué)生的實(shí)踐能力以及理論結(jié)合實(shí)踐的能力，對(duì)于提高教學(xué)效果也有一定幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘海彬，張春果，李伯全等.基于虛擬儀器和DataSocket技術(shù)的機(jī)械振動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2012，19（07）：158-159.

[2]簡(jiǎn)家文，朱雙東，謝建軍.虛擬儀器技術(shù)在傳感器檢測(cè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，11（05）：136.endprint