Педагогические науки

Дистанционное образование подсекция №1

Применение технологий виртуальных приборов для построения дистанционных лабораторных практикумов

Кондрук Д. Н.

Национальный технический университет Украины «КПИ»

Факультет АКС, кафедра ИИТ.

В последние годы в Украине интенсивно развиваются дистанционные формы обучения. Однако среди множества дистанционных курсов лишь немногие относятся к общетехническим дисциплинам. Одна из основных причин, которая затрудняет внедрение дистанционных курсов по техническим специальностям это необходимость дистанционного проведения лабораторных практикумов.

Развитие новых информационных и измерительных технологий позволяет преодолеть возникшие сложности. Перспективным направлением является технология виртуальных приборов для создания дистанционных лабораторных практикумов любой сложности.

Суть технологии виртуальных приборов состоит в том, что измерительная и управляющая части приборов и систем реализуется на аппаратной основе (модули ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов), а их функциональная часть и пользовательский интерфейс – программными способами.

Преимущество и эффективность виртуальных измерительных технологий состоит в возможности программным путем создавать различные приборы и системы, легко перестраивать их к изменяющимся требованиям, а также значительно уменьшить материальные затраты и время на разработку.

Использование компьютера в данной технологии дает возможность аппаратно-программного совмещения измерительных систем с телекоммуникационными сетями и обеспечения дистанционного доступа к измерительному и управляющему оборудованию.

Создание дистанционных лабораторных практикумов по техническим дисциплинам имеет следующие преимущества:

- круглосуточная автоматическая работа дистанционной лаборатории;

- доступность проведения эксперимента в дистанционной лаборатории практически из любой географической точки;

- снижение себестоимости обучения.

Ведущим производителем аппаратного и программного обеспечения виртуальных приборов является корпорация National Instruments, которая выпускает серию недорогих USB-модулей ввода/вывода аналоговых и цифровых сигналов позволяющих значительно снизить затраты на создание автоматизированных дистанционных лабораторий.

Примером практического применения для этих целей многофункционального DAQ-модуля NI USB-6008 может служить разработанный лабораторный учебный стенд для измерения частотных характеристик цепей.

Структура лабораторного учебного стенда представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 – структурная схема лабораторного стенда

Работа лабораторного стенда построена таким образом, что аналоговые сигналы, подаваемые на вход и снимаемые с выхода исследуемой цепи преобразуются в цифровые при помощи DAQ-устройства NI USB-6008 затем передаются через USB интерфейс программному обеспечению персонального компьютера.

Полученные данные обрабатываются с помощью программного обеспечения, разработанного в среде LabVIEW, а результат измерения в удобной для оператора форме отображается на передней панели виртуальных приборов. Упрощенная функциональная схема разработанной системы изображена на рисунке 2

Рисунок 2 – функциональная схема лабораторного стенда

Разработанный лабораторный стенд позволяет визуализировать сигналы подаваемые на вход и получаемые на выходе исследуемой цепи при помощи виртуального двухканального осциллографа. Используя ручки на передней панели осциллографа можно устанавливать необходимый масштаб по амплитуде для каждого входа, а также изменять масштаб по времени.

Для измерения информативных параметров сигналов используется виртуальный мультиметр, который позволяет измерять постоянное напряжение, действующее и амплитудное значения напряжения и частоту. Выбор измеряемой величины осуществляется при помощи кнопок на передней панели прибора, а результат и единицы измерения отображаются на цифровом индикаторе.

Для измерения АЧХ и ФЧХ в области низких частот используется виртуальный генератор, который благодаря DAQ-модулю NI USB-6008 позволяет подавать на вход исследуемой цепи синусоидальный сигнал частотой от 0,5 до 10 Гц с дискретностью установки частоты 0,5 Гц.

Диапазон частот для измерения АЧХ (ФЧХ) от 1 до 500 Гц.

Благодаря использованию оборудования National Instruments и программного продукта LabVIEW лабораторные занятия проводятся как непосредственно в учебной лаборатории, так и удаленно с использованием сетевого доступа. Интерфейс пользователя представлен на рисунке 3

Рисунок 3 – интерфейс пользователя лабораторного стенда

При разработке системы использовалась среда LabVIEW 8.0. Система построена на базе персонального компьютера, модуля сбора данных
NI USB-6008 и генератора Г6-33.

Лабораторный стенд используется в учебной лаборатории кафедры
ИИТ ФАКС Национального технического университета Украины «КПИ».

Планируется изменить аппаратную платформу системы, переведя ёё на более высокочастотное оборудование National Instruments.