LabVIEW软件在测控综合实验教学中的应用

彭 颖

(成都理工大学 核技术与自动化工程学院，成都 610059)

LabVIEW软件在测控综合实验教学中的应用

彭 颖

(成都理工大学 核技术与自动化工程学院，成都 610059)

实验教学是理工类专业必不可少的一个培养环节，学生只有通过足够的实验，才能真正理解和掌握所学专业知识。文中针对测控技术与仪器专业，列举了基于LabVIEW软件开设的多项实验课程，并以“多点温度采集系统”为例，结合多门专业课程，实现了测控综合实验的设计，既提高了教学质量，又开拓了一个全新实验平台，还降低了实验成本。

测控；实验教学；LabVIEW软件；应用

实验教学是理工科专业学生掌握理论知识，提高实践能力、知识综合应用能力和创新能力的有效途径[1]。目前，由于资金投入和实验设备更新跟不上社会的发展速度，陈旧的实验设备使得实验教学内容千篇一律，在一定程度上限制了实验教学和科研的进展。

在测控技术与仪器专业的人才培养上，涉及多门课程的实验教学，需要用到各类实验仪器。但出于场地、资金等多因素考虑，并不能完全保证学生一人一台(套)设备，而且学生的误操作也会带来使用安全问题。若采用基于LabVIEW软件设计的虚拟仪器，不仅可以进行单门专业课的实验课程设计，还可以进行多门专业课的综合实验课程设计，上述问题也能迎刃而解，既缓解了由于实验设备滞后带来的不良影响，又提高了学生的专业知识综合应用能力。

1 LabVIEW软件介绍

LabVIEW是美国国家仪器公司(National Instrument，NI)推出的虚拟仪器开发平台，采用图形化的编程语言，尤其是针对测控、仿真等领域提供了大量的工具包，使得设计更加直观、简便、高效，现已发展成为测控行业的标准软件平台[2]。基于LabVIEW设计的虚拟仪器，在无损检测、电力仪表系统、温控系统、流程控制系统、故障诊断和医疗等领域发挥着重要的作用[3]。在测控技术与仪器专业的众多课程中，可以利用LabVIEW进行的相关测控工程实验非常多，涵盖了专业大部分的核心课程。本文列出了部分基于LabVIEW软件可开设的专业课实验[4-9]，见表1。

2 测控综合实验设计举例

在测控专业实验教学中，由于数据采集设备及其他仪器的有限，限制了相关实验的完成。若采用LabVIEW与单片机、传感器及其他专业课结合，也可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。文中以“多点温度采集系统”为例，充分应用LabVIEW软件的各项功能结合专业课程知识点，来完成测控综合实验教学设计。

2.1 多点温度采集系统

本系统采用单片机AT89S52作为主控器件，将多个数字温度传感器DS18B20采集的多点温度信号以串口通信方式发送至上位机，上位机则采用LabVIEW软件编程实现，对接收到的温度数据具有实时处理、显示、存储和回放等功能[10-12]。系统结构框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2.2 硬件系统设计

由AT89S52单片机、DS18B20传感器、电源电路、晶振电路、复位电路以及MAX232电平转换芯片构成硬件系统。

2.2.1 单片机最小系统

单片机选择AT89S52，最小系统主要包含电源、晶振、复位电路。复位与晶振电路原理图如图2所示。

图2 复位电路和晶振电路

2.2.2 DS18B20传感器

选用3个DS18B20传感器作为温度采集器件，该传感器有三个引脚，分别为VCC、DQ、GND，DQ通过上拉电阻接到单片机的P1口上。电路原理图如图3所示。

图3 温度采集电路图

2.2.3 MAX232电平转换

选用MAX232电平转换芯片，可以将单片机信号电平转换为RS232电平标准，以实现单片机和PC机的数据通信。电路原理图如图4所示。

图4 串口连接图

2.3 软件设计

软件设计分为下位机和上位机设计。下位机软件主要用来读取DS18B20数据和进行串口通信；上位机软件则用来实现温度的读取、显示、记录和存储等。

2.3.1 下位机软件

下位机软件包括DS18B20的初始化、读写数据以及串口发送子程序。系统上电后，首先，对单片机、DS18B20、串口进行初始化，接到温度采集命令后，读取DS18B20温度数据；然后，经过串口发送至上位机。下位机程序流程图如图5所示。

图5 下位机程序流程图

2.3.2 上位机软件

上位机软件采用LabVIEW软件实现，主要包括串口设置、读取串口数据、数据处理显示等子程序。使用LabVIEW软件串口目录里的VISA配置串口、VISA读取、VISA清空I/O缓冲区等函数来实现串口的设置和数据读取，缓冲区的数据为ASCII数值，需要将其转为十进制再进行数据的显示和记录。基于LabVIEW设计的前面板和程序框图如图6所示，该系统实现的功能是多点实时温度数值显示、波形曲线显示、对应时间记录，适用于复杂工业环境下的温度监测。

图6 基于LabVIEW的多点温度采集系统前面板设计与程序框图

2.4 系统实现

该系统对多个温度采集进行了调试，应用LabVIEW软件设计的上位机能够准确显示出多个温度实时变化曲线，并具有回放、存储、文件输出的功能。另外，该系统中还可以设定具体的限定温度值，当温度大于高温限定值或小于低温限定值时，相应的指示灯会点亮并进行报警提示。

3 结束语

本文针对测控技术与仪器专业的实验教学，以“多点温度采集系统”实例，说明了基于LabVIEW软件的测控综合实验设计。这类实验可以有效地结合各门专业课程的知识，有利于调动学生学习积极性，培养其知识综合应用能力和创新精神，同时也降低了实验成本。

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Application of LabVIEW in Measurement and Control Comprehensive Experimental Teaching

PENG Ying

(College of Nuclear Technology and Automation Engineering,Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

Experimental teaching is an essential part of disciplines of science and technology, the students can really understand and master professional knowledge only by enough experiments.This paper emphasizes the usage of LabVIEW software based on measurement and control technology, takes “multipoint temperature acquisition system” as an example, combined with multi-disciplinary courses, realizes the design of measurement and control.The comprehensive experiment can not only improve the quality of teaching, but also open up a new teaching method and experiment platform and reduces the experiment cost.

measure and control; experimental teaching; LabVIEW software;application

2014-07-07；修改日期:2015-01-19

四川省高等教育质量工程项目(SZH1105JP03)。

彭 颖(1986-)，女，助教，主要从事电子系统设计方面的研究。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.016