Педагогические науки/ 1. Дистанционное образование

Лабораторный практикум по измерительным технологиям на базе средств National Instruments с доступом через
Интернет/Интранет

Кондрук Дмитрий Николаевич, Гладков Алексей Михайлович

Национальный технический университет Украины «КПИ»

Факультет АКС, кафедра ИИТ.

Интеллектуализация научных и образовательных ресурсов является одним из важнейших факторов в развитии современной образовательной системы. Примером такого рода интеллектуализации является исследовательский университет, научная и образовательная деятельность которого направлена на реализацию задачи подготовки научно-исследовательских кадров высшей квалификации.

Формирование исследовательского университета, как открытой научно образовательной среды связанно с решением многих задач, основными из которых являются:

- Подготовка научно педагогических кадров для работы в системе дистанционного обучения.

- Создание научно образовательных ресурсов.

- Разработка и создание научного и учебно-методического обеспечения деятельности открытого университета

Одной из важнейших задач развития дистанционного обучения для технических специальностей является создание лабораторных практикумов с удаленным доступом к оборудованию через сети Интернет/Интранет.

На кафедре информационно-измерительной техники факультета АКС НТУУ «КПИ» создан лабораторный практикум по измерительным технологиям, который в удаленном режиме позволяет выполнять лабораторные работы с реальными физическими объектами.

Структурная схема организации лабораторного практикума по измерительным технологиям с доступом через Интернет/Интранет приведена на рисунке 1, она состоит из следующих блоков:

- удаленные пользователи;

- кафедральный Web-сервер;

- лабораторный стенд по измерительным технологиям, который состоит из рабочей станции (персональный компьютер), экспериментальной установки и соответствующего программного обеспечения (OS Windows XP, NI DAQmx drivers, LabVIEW 8.0 и одиннадцать программ лабораторных работ).

Рисунок 1

Разработанная структурная схема лабораторного стенда позволяет реализовать взаимодействие программных средств (интерфейс пользователя, математические модели средств измерений) с физическими объектами (физические модели средств измерений) посредством модулей ввода/вывода

аналоговых и цифровых сигналов NI USB-6008/6501.

Экспериментальная установка (Рисунок 3) сконструирована на базе модулей ввода/вывода NI USB-6008/6501, кодоуправляемого функционального генератора и источника регулируемого постоянного напряжения F(x,y).

Рисунок 2

Разработанная структурная схема экспериментальной установки
(Рисунок 2) является открытой и модульной, что позволяет увеличить либо уменьшить количество лабораторных работ без существенного изменения аппаратной части стенда.

Аналоговые коммутаторы на входе (SWn.1) и выходе (SWn.2) схем измерений (Ln) позволяют подключать различные лабораторные работы к одним и тем же воздействующим сигналам и каналам аналогового ввода.

Подключение схемы измерения каждой лабораторной работы к каналам аналогового ввода/вывода USB-6008 осуществляется при формировании соответствующего цифрового кода модулем USB-6501.

Вид экспериментальной установки с указанием расположения измерительных модулей приведен на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3

Рисунок 4

Программное обеспечение для выполнения лабораторных работ разработано в среде графического программирования LabView 8.0 Professional и состоит из одиннадцати программ лабораторных работ и одной программы-меню для вызова этих программ. Пример интерфейса удаленного пользователя представлен на рисунке 5.

Рисунок 5

Студент в реальном времени управляет автоматизированным экспериментом со своего персонального компьютера, добиваясь качественного функционирования исследуемого объекта по предложенной методике.

Рабочая станция, получив запрос на измерение от Web-сервера, конфигурирует устройства ввода-вывода, к которым подключен требуемый лабораторный макет и запускает процесс измерения. Результаты измерений возвращаются на Web-сервер и отправляются пользователю.

Обработка результатов исследования и заполнение форм отчета могут

быть осуществлены студентом также в режиме реального времени или после выполнения эксперимента в зависимости от методики выполнения лабораторной работы.

Разработанный лабораторный практикум позволяет выполнить одиннадцать лабораторных работ для измерения электрических величин:

ü Измерение постоянного электрического тока

ü Измерение постоянного электрического напряжения

ü Измерение мощности постоянного электрического тока

ü Измерение переменного электрического напряжения

ü Измерения с помощью осциллографа

ü Измерение частоты и периода электрических сигналов

ü Измерение угла фазового сдвига

ü Измерение электрического импеданса

ü Измерение АЧХ (ФЧХ)

ü Измерение спектра

ü Измерение погрешности цифрового вольтметра

Для обеспечения самостоятельной работы студентов разработаны общие указания по работе с лабораторным стендом и для каждой лабораторной работы были подготовлены методические указания.

Лабораторный практикум по измерительным технологиям был апробирован в учебном процессе в рамках локальной сети НТУУ «КПИ» и используется в системе дистанционного обучения кафедры информационно-измерительной техники факультета АКС НТУУ «КПИ».

Дальнейшим развитием лабораторного практикума по измерительным технологиям является разработка дополнительных модулей для расширения перечня лабораторных экспериментов, а также создание на его основе дистанционных курсов с применением мобильных технологий (мобильный телефон, смартфон, КПК).

Планируется интеграция лабораторного практикума по измерительным технологиям в распределенную среду виртуальных лабораторий (DVLE).