基于sbRIO的虛擬儀器教學實驗系統(tǒng)

江明珠

摘 要：虛擬儀器技術的快速發(fā)展，使得虛擬儀器設備越來越多地出現(xiàn)在高校電子類專業(yè)的實驗室中?；趕bRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)采用sbRIO為核心，該核心具有實時系統(tǒng)與LabVIEW運行環(huán)境，大大提高測試與控制的實時性，同時又具有豐富的軟硬件資源，學生可以自行設計多種實驗，完全滿足高校的實驗需求。

關鍵詞：虛擬儀器；sbRIO；實驗系統(tǒng)

隨著儀器設備的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，虛擬儀器技術獲得突飛猛進的發(fā)展，同時越來越多的虛擬儀器設備出現(xiàn)在教學與科研中。高校實驗課程教學方式改革創(chuàng)新的呼聲一浪高過一浪，越來越多的高校認識到了虛擬儀器的優(yōu)勢。

現(xiàn)階段大多數(shù)虛擬儀器教學設備主要基于NI ELVIS平臺開發(fā)，ELVIS類似DAQ，需要計算機進行控制，實時性也較弱，然而CompactRIO?、PXI平臺實驗設備具有實時系統(tǒng)，可以獨立運行，但是成本較高，高校難以使用。為此基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)就具有較大優(yōu)勢。該系統(tǒng)使用sbRIO為核心，sbRIO為單板式RIO，具有較高性價比。在該系統(tǒng)中附加相應的實驗電路，使得學生可以完成對應的實驗。

一、組成

基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)由計算機、sbRIO、實驗外圍電路組成。計算機完成虛擬儀器程序的編程與運行上位機程序等功能；sbRIO作為整個系統(tǒng)的核心，完成實時控制、實時數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)輸出、以及以太網(wǎng)與存儲等多種功能；外圍電路完成信號的調理。具體如圖1所示。

基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)，將sbRIO與LabVIEW的軟硬件系統(tǒng)結合，實現(xiàn)實時、快速、準確的控制與采集，可以滿足電子類的課程體系中的實踐教學需求。該系統(tǒng)具備虛擬儀器的功能，同時也具備傳統(tǒng)儀器的部分功能，概況情況如下：（1）具備多路AD，DA等模擬量輸入輸出接口，以及較多的IO端口，滿足數(shù)據(jù)采集與控制要求；（2）具有實時系統(tǒng)以及LabVIEW運行環(huán)境，可以脫離計算機單獨運行；（3）計算機可以運行上位機LabVIEW程序，實現(xiàn)與sbRIO的數(shù)據(jù)監(jiān)控以及數(shù)據(jù)存儲等功能；（4）容易實現(xiàn)系統(tǒng)集成。

二、實例

基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)分為實驗項目演示與實踐，演示類實驗由實驗教師直接連接相應的電路模塊，運行相應的LabVIEW軟件得出相應的結果，學生只需了解整個實驗內容。實踐類實驗由學生自己設計相應的電路與軟件，并獲得相應的數(shù)據(jù)，提高學生實踐能力。

基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)采用sbRIO-9627核心。該核心具有667 MHz雙核ARM Cortex-A9處理器，512 MB的DRAM，512 MB的NVM，NI Linux Real-Time（32-bit），16路ADC，4路DAC，100路DIO，1個Ethernet Port，RS232，RS485，USB，CAN，SD等豐富資源。

在直流電機轉速的測與控實驗中，使用PWM模塊作為電機控制器，霍爾傳感器測試電機的轉速。使用sbRIO的DIO對PWM進行控制，ADC對霍爾傳感器的脈沖信號進行測量，在sbRIO中編寫并行結構程序，使得采集與控制程序都是實時進行。

PWM控制的LabVIEW部分程序如圖2所示。

三、結語

基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)采用sbRIO為核心，提高系統(tǒng)測試與控制的實時性，又具有較高的性價比，又能滿足高校電子類實驗的教學需求。因此，基于sbRIO的虛擬儀器實驗系統(tǒng)具有較好的市場前景。

參考文獻

[1] 唐贛.優(yōu)化NI教學實驗室共享平臺，構建ELVIS課程實驗資源生態(tài)系統(tǒng)[J].國外電子測量技術，2016，35（05）：104-107.

[2] 權震華.基于sbRIO的直流發(fā)電機電性能參數(shù)檢測系統(tǒng)[J].中國科技信息，2015（17）：89-91.

[3] 阮奇楨.我和LabVIEW～一個NI工程師的十年編程經(jīng)驗[M].北京：北京航空航天大學出版社，2009.