1. Постановка задачи.

Важной компонентой учебного процесса в техническом вузе является лабораторный практикум. Однако создание современных учебных лабораторий требует значительных финансовых затрат на приобретение оборудования и поддержание его в работоспособном состоянии, Выход заключается в создании информационно-измерительных систем (ИИС) для лабораторных практикумов. Такая система представляет комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных работ на исследуемых объектах. Рассмотрен опыт создания ИИС для лабораторных практикумов по электротехническим дисциплинам на базе технологии виртуальных инструментов (ВИ) фирмы National Instruments.

2. Описание решения.

Разработанная информационно-измерительная система содержит серверную часть (системный блок ПК и исследуемый объект, подключенный через плату сбора данных), а также клиентскую часть, которая может быть установлена на любом компьютере, включенном в сеть.

Программная часть измерительной системы содержит набор виртуальных приборов, обеспечивающих измерение основных характеристик исследуемого объекта. Виртуальные инструменты представляют набор программных средств, который позволяет использовать персональный компьютер как специализированный электронный прибор. Графический интерфейс ВИ имитирует передние панели реальных приборов. С помощью мыши можно имитировать воздействия на «органы управления» - кнопки, переключатели, регуляторы, «нарисованные» на экране монитора в виде передней панели имитируемого прибора. Набор виртуальных инструментов, образующих подсистему измерения, определяется характером изучаемых объектов. Система АЛП по дисциплинам электротехнического и радиотехнического профиля включает следующие приборы:

- многоканальный осциллограф;

- многофункциональный генератор сигналов;

- анализатор спектров;

- построитель частотных характеристик;

- многоканальный цифровой вольтметр.

Передние панели виртуальных инструментов показаны на рисунке.

Рабочим местом пользователя является персональный компьютер с установленным специализированным программным обеспечением. Технология виртуальных инструментов позволяет создавать на базе персонального компьютера измерительные приборы, технические характеристики которых определяются характеристиками используемых плат сбора данных. При этом ПК превращается в полнофункциональное рабочее место учебной лаборатории, оснащенное всеми необходимыми измерительными и управляющими приборами.

3. Используемое оборудование и ПО.

Аппаратная часть подсистемы измерений реализована на основе плат сбора данных PCI-6251, обеспечивающих ввод-вывод сигналов. Платы размещаются в системном блоке ПК. Возможно использование плат сбора данных, подключаемых через USB порт. Необходимые переключения, а также коммутация измерительных каналов производятся путем подачи управляющих команд. Программное обеспечение серверной и клиентской частей ИИС написано на языке графического программирования G в среде LabVIEW. Наш опыт показывает, что среда LabVIEW является чрезвычайно удобной для программирования задач ввода-вывода и обработки сигналов.

4. Внедрение и развитие решения.

Разработанные информационно-измерительные системы использованы для создания автоматизированных лабораторных практикумов по дисциплинам электротехнического профиля (теоретические основы электротехники, электротехника и электроника, технические измерения) в политехническом институте Сибирского федерального университета и других вузов Красноярска. Они используются в учебном процессе с 2004 года.

Использование технологии виртуальных инструментов NI позволило создать учебные лаборатории, оснащенные современным оборудованием. Накопленный опыт подтверждает их высокую надежность и эффективность. В настоящее время разрабатывается новая версия программного обеспечения ИИС, учитывающая накопленный опыт.