Е.22.О. Применение измерительной станции Ni Elvis для создания автоматизированного лабораторного практикума по курсу «Теория электрических цепей»

Е.22.О. ПРИМЕНЕНИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СТАНЦИИ NI ELVIS ДЛЯ СОЗДАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО КУРСУ «ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ»

,

Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева, Казань, ул. К.Маркса, 10, (843), [e-mail]

1. Введение

Одной из основных проблем инженерного образования является моральная и физическая устарелость учебного лабораторного оборудования.

В работе ставится задача модернизации аппаратного обеспечения существующего лабораторного практикума по курсу «Основы теории электрических цепей», задействованного в учебном процессе КГТУ им. .

Современной тенденцией в инженерном образовании является использование виртуальных измерительных технологий, позволяющих достичь ряд преимуществ как в технико-экономическом, так и в педагогическом плане [1].

Одним из крупнейших разработчиков программно-аппаратных средств, применяемых для построения виртуальных измерительных приборов, является фирма National Instruments. В качестве базового аппаратного обеспечения для решения поставленной задачи была выбрана измерительная лабораторная станция NI Elvis.

2. Результаты работы

Лабораторный практикум по курсу «Основы теории электрических цепей» состоит из следующих работ:

1)  «Законы Ома и Кирхгофа в резистивных цепях»;

2)  «Исследование частотных характеристик цепей первого порядка»;

3)  «Исследование частотных характеристик активных фильтров»;

4)  «Исследование переходных характеристик линейных цепей».

При выполнении указанных работ решается ряд задач, к основным из которых можно отнести:

1)  измерение токов и напряжений;

2)  измерение частотных характеристик;

3)  измерение переходных характеристик.

Использование измерительной станции NI Elvis позволяет обеспечить выполнение лабораторных работ как традиционно (при непосредственном нахождении студента за измерительной установкой), так и дистанционно путем организации удаленного доступа к измерительной системе через локальные и глобальные сети. Структурная схема типового рабочего места автоматизированной лаборатории на базе станции NI Elvis приведена на рис. 1.

При создании автоматизированных лабораторных работ, как правило, решаются следующие основные задачи:

1)  автоматизация измерений на локальном уровне;

2)  математическая обработка измерительной информации;

3)  создание гибкого пользовательского интерфейса.

Рис. 1. Структурная схема типового ВП (1 – аналоговые и цифровые измерительные каналы ввода-вывода; 2 – шина ISA, PCI; порт USB, COM)

Обозначено: ВП – виртуальный прибор; ПО – программное обеспечение

При традиционном выполнении лабораторных работ исследуемая схема собирается непосредственно на наборном поле станции NI Elvis. При этом воздействия, подаваемые на вход исследуемой схемы, могут формироваться как вручную, посредством функционального генератора станции NI Elvis, так и автоматизировано, посредством платы ввода/вывода. Для дистанционной работы исследуемые схемы заранее монтируются на отдельных платах, устанавливаемых в гнезда наборного поля, как показано на рис. 2

а) вид сверху	б) вид снизу
Рис. 2. Внешний вид платы с исследуемыми схемами, устанавливаемой на наборном поле NI Elvis

Гибкость и функциональность созданной измерительной системы позволят при необходимости достаточно легко модернизировать лабораторные работы и создавать новые. Благодаря использованию виртуальных измерительных технологий на основе NI Elvis удается достичь следующие основные преимущества:

1)  легкость модернизации лабораторных работ;

2)  достаточная простота разработки новых лабораторных работ;

3)  повышение обучающего эффекта за счет улучшения функциональности работ.

Кроме этого к факторам, обеспечивающим повышение обучающего эффекта, можно отнести эстетичность рабочего места. На рис. 3 приведены фотографии традиционного рабочего места с устаревшим измерительным оборудованием и модернизированного, с использованием измерительной станции NI Elvis.

а	б
Рис. 3. Вид лабораторного рабочего места, оснащенного традиционными измерительными приборами (а) и рабочего места с использованием измерительной станции NI Elvis (б)

3. Оборудование

В процессе решения поставленной задачи используется следующее оборудование:

1)  лабораторная измерительная станция NI Elvis;

2)  плата ввода/вывода NI-PCI-6251.

4. Преимущества технологий National Instruments

Применение виртуальных измерительных технологий на основе программно-аппаратных решений National Instruments позволяет более эффективно решать поставленные задачи. В частности достигаются следующие преимущества:

1)  экономия времени при разработке программного обеспечения;

2)  более легкая модернизация лабораторных работ;

3)  увеличение обучающего эффекта за счет улучшения функциональности работ.

Литература

1. Евдокимов информационные LabVIEW-технологии в образовательном процессе технического университета: технико-экономический взгляд. // Сборник трудов Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии National Instruments». Москва, Россия. 14-15 ноября, 2003.