LabVIEW在电子技术实训教学中的应用及意义①

黄惠玲

(东莞市信息技术学校 广东东莞 523900)

电子技术是一门关于电子元器件的识别与应用、电路分析与检测、电路系统设计与实现的电类基础性课程，包含模拟电路、数字电路、电路分析等内容。电子技术飞速发展的今天，衍生了许多非常热门的专业，如智能家居、网络安防、无人机、人工智能、机器人等，都是电子技术在不同领域的研究与拓展，如果把它们比喻为“多头弹道导弹”，电子技术课程是“多头弹道导弹”的母舱，专业研究与拓展方向是“多头弹道导弹”的弹头。所以，电子技术是作为基础性课程起着举足轻重的作用。

1 电子技术实训教学痼疾难克

图1 烘箱控制电路图

图2 烘箱控制电路搭建

电子技术是一门理论比较枯燥、抽象，实践操作、电路应用难度比较大，对学生要求比较高的学科。目前，电子技术实训教学模式主要有两种：一种是按照传统系统性知识体系组织教学的模式。把电子技术的相关知识分割成不同的知识点，并按顺序授课、实训，比如第一章讲述二极管，理论和实训均围绕二极管相关内容；第二章讲述三极管，理论和实训均围绕三极管相关内容。这种实训教学模式最大的缺点是内容离散，知识点之间关联性不高，导致学生知识学完了，但不会应用。另一种是基于任务驱动教学法项目式教学的模式。把教学内容巧妙地设计在每个项目中，学生在完成项目过程中完成知识获取、技能训练。这种教学模式有利于培养学生自主学习能力，提高学习主动性，是当前中职学校主流的教学模式，但实训教学大部分仍处于验证阶段，不能满足技能型人才培养需求，更不能发挥电子技术作为一门其他衍生专业的重要基础性课程的作用。所以，不管是传统教学模式还是项目式教学模式，都不能达到学生灵活应用电路知识的目标，以满足人才培养及专业发展需求。

我们把电子技术实训设置分为三个层次：验证型实训、设计型实训和综合型实训。从人才培养目标、专业发展需求看，只有设计型实训和综合型实训才能更好满足要求，因此，在新型实训教学设计中，更新、调整验证型实训手段和实训内容，增加设计型和综合型实训。

图3 可视化界面

图4 烘箱控制程序框图

图5 物联网组成结构

图6 智能家居组成结构

2 LabVIEW在实训教学中的应用

NI LabVIEW软件是美国国家仪器公司开发的一种图形化的编程语言，分为前面板窗口及程序框图窗口，其中前面板窗口是图形用户界面，相当于实际仪器的控制面板，它将用户和程序联系起来，是程序运行时显示和输入的交互窗口。NI MyDAQ采集卡采集电路信号，采集到电路信号后通过USB数据线传送到计算机，由NI LabVIEW软件通过编写程序框图完成数据的读取、处理及对电路的控制。

采用NI LabVIEW软件和IN MYDAQ数据采集卡更新电子技术实训教学手段，电子电路与计算机交互，实现电子智能控制的目的，更契合当前“智能化”主题，吸引学生的兴趣。以实训项目搭建“烘箱控制电路”为例，介绍NI LabVIEW软件在电子实训教学中的应用。

2.1 课前准备

基于YL-292、YL-1050A教学实训模块，教师根据“烘箱控制电路”项目要求，设计电路系统。

电路系统设计对教师的要求非常高，也给教师带来很大负担，在时间和精力有限的情况下，建议可以线上购买一些跟YL-292、YL-1050A教学实训套件相匹配的系统电路图及单片机控制程序。本例采用YL-292、YL-1050A教学实训套件里面的模块电路设计的“烘箱控制电路”如图1所示。

2.2 搭建电路

学生根据系统电路图，从YL-292及YL-1050A中准确选出对应的模块电路，搭建“烘箱控制电路”。如图2所示。

模块电路是由基础电路组成，功能单一，把相应的电路模块搭建成系统电路，就能具备一定的产品功能，YL-292共有99个基本模块电路，YL-1050A共有12个电路模块，基本满足学生系统电路设计需求。搭建系统电路，使实训教学与生活实践相结合，学习不再是云里雾里的抽象与枯燥，而是落到实处的准电子产品，如本例的“烘箱控制电路”，为了更好地与实践相结合，在电路功能上设计了温度显示、温度设置、高温报警、排气扇等，教学的落脚点在于实用性，与使用体验紧密联系。这种实训模式有以下好处：

（1）增强学生对实训项目的感知认识，提高学习兴趣；

图7 育婴监控系统原理框图

图8 基于无线传输的育婴监控系统原理框图

（2）通过不同电路模块的组合，实现不同的电路功能，达到不同的设计需求，有利于对培养学生学以致用的能力；

（3）因为LabVIEW具有强大的数据处理能力，在电路设计时，LabVIEW可替代微处理器，学生在不会C语言、汇编语言的情况下，仍能进行信号处理。

2.3 智能控制

用NI LabVIEW软件进行程序编写及可视化界面设计。

LabVIEW分为前面板窗口及程序框图窗口，其中前面板窗口是图形用户界面，相当于实际仪器的控制面板，它将用户和程序联系起来，是程序运行时显示和输入的交互窗口。学生根据“烘箱控制电路”功能需求在前面板设计控制界面，如图3所示。

烘箱控制界面设置了温度显示窗口、温度计、布尔、按键、温度设置显示窗口、报警提示窗口等，根据它们的功能要求，在程序框图窗口编写对应的程序，如图4所示。

2.4 调试与检测

把NI MyDAQ数据采集卡分别接入“烘箱控制电路”和计算机调试程序。

数据采集卡的作用是信号的读取与写入，是计算机读取硬件电路信号，控制硬件电路工作的桥梁。它的工作于数据读取还是写入硬件电路，取决于LabVIEW的程序设置。本例中接入采集卡，就可以调试程序了，如：检验温度显示是否与准确，是否会随环境温度变化而变化，能否设置加热温度等，此间需不断调整程序编写，直到满足系统要求。

LabVIEW在电子技术实训教学中的使用，更新了电子实训手段，结合模块电路搭建的使用，调整了实训内容，较之传统电子实训教学，有以下优势：

（1）用户通过可视界面控制硬件电路工作，实训教学与当前热门的“智能化”紧密结合，更能吸引学生，提高学习兴趣，使电子技术教学契合现代工业大环境。

（2）传统电子实训大部分停留在验证型，很少达到设计型或综合型实训，而以LabVIEW为手段，结合模块电路搭建的实训设置，内容更丰富，且满足综合型和设计型实训的要求。

（3）LabVIEW结合模块电路搭建，电子技术实训内容具有更好的开放性，学生可以在任务驱动下设计系统电路，学以致用，符合企业岗位需求，符合学校培养电子技术技能型人才的目标。

（4）加强了电子技术作为基础性课程的专业拓展能力，LabVIEW的使用使实训内容与“智能”关联性更大了，比如智能家居、网络安防、机器人等，学生学完电子技术课程就能轻松进入不同的智能控制领域。

基于LabVIEW的电子技术实训教学内容设计具有可操作性。全国职业院校技能竞赛（中职组）电子电路装调与应用赛项，其中任务三就是考核选手电路搭建能力及可视化编程能力，该赛项题库公布了超过40个搭建电路及可视化界面，可选用其中部分内容作为实训教学内容。

3 LabVIEW对发挥电子技术作为电类专业基础性课程的意义

电子技术作为电类基础性课程，应具有较好的专业拓展性，而LabVIEW在电子技术中的应用就很好地发挥了电子技术专业拓展能力。以电子技术向物联网专业拓展为例。

物联网分别由：感知层、网络层、应用层组成，它们三者关系如图5所示。

物联网技术跨电子技术、计算机技术、通信技术等领域。以物联网技术其中一个分支--智能家居为例，如图6所示：感知层是各种传感器、家居安防、家居控制等，是电子技术在智能家居的应用；网络层是信息处理中心；应用层就是用户终端，如智能手机、电脑、电视终端等。

基于LabVIEW的实训教学能培养学生物联网技术的思维，学生在学习完电子技术后轻松向物联网技术专业发展，有效发挥电子技术作为物联网技术基础性课程的作用。以实训项目“育婴监控系统的设计与实现”为例：

电子技术实训项目的育婴监控系统由检测电路、信号采集和可视化控制界面三大模块组成，如图7所示。从图中可以看到，检测电路对应的是物联网的感应层，可视化控制界面对应的是物联网的应用层，即用户端，唯一不同的是电子技术实训项目没有采用网络层把数据信号传送到计算机终端，而是检测电路信号直接被NI MyDAQ采集卡采集后通过USB接口把数据信号传到计算机终端。

基于LabVIEW的电子技术实训调整实训手段和实训内容，采用ZigBee技术和RFID技术，让数据信号经过网络层传输，实现短距离无线传输，这就是物联网技术。在YL-292教学实训模块中含有ZigBee电路模块和RFID电路模块，能满足短距离无线传输实训项目设计。调整后的“育婴监控系统的设计与实现”实训项目原理图框图如图8所示。

综合上述，LabVIEW在电子技术实训教学中的使用，更新、调整了电子实训手段和实训内容，电子技术更符合人才培养需求，更好发挥电子技术作为电类专业基础性课程的作用。