LabVIEW在電子技術(shù)實訓教學中的應用及意義①

黃惠玲

(東莞市信息技術(shù)學校 廣東東莞 523900)

電子技術(shù)是一門關(guān)于電子元器件的識別與應用、電路分析與檢測、電路系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的電類基礎(chǔ)性課程，包含模擬電路、數(shù)字電路、電路分析等內(nèi)容。電子技術(shù)飛速發(fā)展的今天，衍生了許多非常熱門的專業(yè)，如智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防、無人機、人工智能、機器人等，都是電子技術(shù)在不同領(lǐng)域的研究與拓展，如果把它們比喻為“多頭彈道導彈”，電子技術(shù)課程是“多頭彈道導彈”的母艙，專業(yè)研究與拓展方向是“多頭彈道導彈”的彈頭。所以，電子技術(shù)是作為基礎(chǔ)性課程起著舉足輕重的作用。

1 電子技術(shù)實訓教學痼疾難克

圖1 烘箱控制電路圖

圖2 烘箱控制電路搭建

電子技術(shù)是一門理論比較枯燥、抽象，實踐操作、電路應用難度比較大，對學生要求比較高的學科。目前，電子技術(shù)實訓教學模式主要有兩種：一種是按照傳統(tǒng)系統(tǒng)性知識體系組織教學的模式。把電子技術(shù)的相關(guān)知識分割成不同的知識點，并按順序授課、實訓，比如第一章講述二極管，理論和實訓均圍繞二極管相關(guān)內(nèi)容；第二章講述三極管，理論和實訓均圍繞三極管相關(guān)內(nèi)容。這種實訓教學模式最大的缺點是內(nèi)容離散，知識點之間關(guān)聯(lián)性不高，導致學生知識學完了，但不會應用。另一種是基于任務(wù)驅(qū)動教學法項目式教學的模式。把教學內(nèi)容巧妙地設(shè)計在每個項目中，學生在完成項目過程中完成知識獲取、技能訓練。這種教學模式有利于培養(yǎng)學生自主學習能力，提高學習主動性，是當前中職學校主流的教學模式，但實訓教學大部分仍處于驗證階段，不能滿足技能型人才培養(yǎng)需求，更不能發(fā)揮電子技術(shù)作為一門其他衍生專業(yè)的重要基礎(chǔ)性課程的作用。所以，不管是傳統(tǒng)教學模式還是項目式教學模式，都不能達到學生靈活應用電路知識的目標，以滿足人才培養(yǎng)及專業(yè)發(fā)展需求。

我們把電子技術(shù)實訓設(shè)置分為三個層次：驗證型實訓、設(shè)計型實訓和綜合型實訓。從人才培養(yǎng)目標、專業(yè)發(fā)展需求看，只有設(shè)計型實訓和綜合型實訓才能更好滿足要求，因此，在新型實訓教學設(shè)計中，更新、調(diào)整驗證型實訓手段和實訓內(nèi)容，增加設(shè)計型和綜合型實訓。

圖3 可視化界面

圖4 烘箱控制程序框圖

圖5 物聯(lián)網(wǎng)組成結(jié)構(gòu)

圖6 智能家居組成結(jié)構(gòu)

2 LabVIEW在實訓教學中的應用

NI LabVIEW軟件是美國國家儀器公司開發(fā)的一種圖形化的編程語言，分為前面板窗口及程序框圖窗口，其中前面板窗口是圖形用戶界面，相當于實際儀器的控制面板，它將用戶和程序聯(lián)系起來，是程序運行時顯示和輸入的交互窗口。NI MyDAQ采集卡采集電路信號，采集到電路信號后通過USB數(shù)據(jù)線傳送到計算機，由NI LabVIEW軟件通過編寫程序框圖完成數(shù)據(jù)的讀取、處理及對電路的控制。

采用NI LabVIEW軟件和IN MYDAQ數(shù)據(jù)采集卡更新電子技術(shù)實訓教學手段，電子電路與計算機交互，實現(xiàn)電子智能控制的目的，更契合當前“智能化”主題，吸引學生的興趣。以實訓項目搭建“烘箱控制電路”為例，介紹NI LabVIEW軟件在電子實訓教學中的應用。

2.1 課前準備

基于YL-292、YL-1050A教學實訓模塊，教師根據(jù)“烘箱控制電路”項目要求，設(shè)計電路系統(tǒng)。

電路系統(tǒng)設(shè)計對教師的要求非常高，也給教師帶來很大負擔，在時間和精力有限的情況下，建議可以線上購買一些跟YL-292、YL-1050A教學實訓套件相匹配的系統(tǒng)電路圖及單片機控制程序。本例采用YL-292、YL-1050A教學實訓套件里面的模塊電路設(shè)計的“烘箱控制電路”如圖1所示。

2.2 搭建電路

學生根據(jù)系統(tǒng)電路圖，從YL-292及YL-1050A中準確選出對應的模塊電路，搭建“烘箱控制電路”。如圖2所示。

模塊電路是由基礎(chǔ)電路組成，功能單一，把相應的電路模塊搭建成系統(tǒng)電路，就能具備一定的產(chǎn)品功能，YL-292共有99個基本模塊電路，YL-1050A共有12個電路模塊，基本滿足學生系統(tǒng)電路設(shè)計需求。搭建系統(tǒng)電路，使實訓教學與生活實踐相結(jié)合，學習不再是云里霧里的抽象與枯燥，而是落到實處的準電子產(chǎn)品，如本例的“烘箱控制電路”，為了更好地與實踐相結(jié)合，在電路功能上設(shè)計了溫度顯示、溫度設(shè)置、高溫報警、排氣扇等，教學的落腳點在于實用性，與使用體驗緊密聯(lián)系。這種實訓模式有以下好處：

（1）增強學生對實訓項目的感知認識，提高學習興趣；

圖7 育嬰監(jiān)控系統(tǒng)原理框圖

圖8 基于無線傳輸?shù)挠龐氡O(jiān)控系統(tǒng)原理框圖

（2）通過不同電路模塊的組合，實現(xiàn)不同的電路功能，達到不同的設(shè)計需求，有利于對培養(yǎng)學生學以致用的能力；

（3）因為LabVIEW具有強大的數(shù)據(jù)處理能力，在電路設(shè)計時，LabVIEW可替代微處理器，學生在不會C語言、匯編語言的情況下，仍能進行信號處理。

2.3 智能控制

用NI LabVIEW軟件進行程序編寫及可視化界面設(shè)計。

LabVIEW分為前面板窗口及程序框圖窗口，其中前面板窗口是圖形用戶界面，相當于實際儀器的控制面板，它將用戶和程序聯(lián)系起來，是程序運行時顯示和輸入的交互窗口。學生根據(jù)“烘箱控制電路”功能需求在前面板設(shè)計控制界面，如圖3所示。

烘箱控制界面設(shè)置了溫度顯示窗口、溫度計、布爾、按鍵、溫度設(shè)置顯示窗口、報警提示窗口等，根據(jù)它們的功能要求，在程序框圖窗口編寫對應的程序，如圖4所示。

2.4 調(diào)試與檢測

把NI MyDAQ數(shù)據(jù)采集卡分別接入“烘箱控制電路”和計算機調(diào)試程序。

數(shù)據(jù)采集卡的作用是信號的讀取與寫入，是計算機讀取硬件電路信號，控制硬件電路工作的橋梁。它的工作于數(shù)據(jù)讀取還是寫入硬件電路，取決于LabVIEW的程序設(shè)置。本例中接入采集卡，就可以調(diào)試程序了，如：檢驗溫度顯示是否與準確，是否會隨環(huán)境溫度變化而變化，能否設(shè)置加熱溫度等，此間需不斷調(diào)整程序編寫，直到滿足系統(tǒng)要求。

LabVIEW在電子技術(shù)實訓教學中的使用，更新了電子實訓手段，結(jié)合模塊電路搭建的使用，調(diào)整了實訓內(nèi)容，較之傳統(tǒng)電子實訓教學，有以下優(yōu)勢：

（1）用戶通過可視界面控制硬件電路工作，實訓教學與當前熱門的“智能化”緊密結(jié)合，更能吸引學生，提高學習興趣，使電子技術(shù)教學契合現(xiàn)代工業(yè)大環(huán)境。

（2）傳統(tǒng)電子實訓大部分停留在驗證型，很少達到設(shè)計型或綜合型實訓，而以LabVIEW為手段，結(jié)合模塊電路搭建的實訓設(shè)置，內(nèi)容更豐富，且滿足綜合型和設(shè)計型實訓的要求。

（3）LabVIEW結(jié)合模塊電路搭建，電子技術(shù)實訓內(nèi)容具有更好的開放性，學生可以在任務(wù)驅(qū)動下設(shè)計系統(tǒng)電路，學以致用，符合企業(yè)崗位需求，符合學校培養(yǎng)電子技術(shù)技能型人才的目標。

（4）加強了電子技術(shù)作為基礎(chǔ)性課程的專業(yè)拓展能力，LabVIEW的使用使實訓內(nèi)容與“智能”關(guān)聯(lián)性更大了，比如智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防、機器人等，學生學完電子技術(shù)課程就能輕松進入不同的智能控制領(lǐng)域。

基于LabVIEW的電子技術(shù)實訓教學內(nèi)容設(shè)計具有可操作性。全國職業(yè)院校技能競賽（中職組）電子電路裝調(diào)與應用賽項，其中任務(wù)三就是考核選手電路搭建能力及可視化編程能力，該賽項題庫公布了超過40個搭建電路及可視化界面，可選用其中部分內(nèi)容作為實訓教學內(nèi)容。

3 LabVIEW對發(fā)揮電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的意義

電子技術(shù)作為電類基礎(chǔ)性課程，應具有較好的專業(yè)拓展性，而LabVIEW在電子技術(shù)中的應用就很好地發(fā)揮了電子技術(shù)專業(yè)拓展能力。以電子技術(shù)向物聯(lián)網(wǎng)專業(yè)拓展為例。

物聯(lián)網(wǎng)分別由：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應用層組成，它們?nèi)哧P(guān)系如圖5所示。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跨電子技術(shù)、計算機技術(shù)、通信技術(shù)等領(lǐng)域。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)其中一個分支--智能家居為例，如圖6所示：感知層是各種傳感器、家居安防、家居控制等，是電子技術(shù)在智能家居的應用；網(wǎng)絡(luò)層是信息處理中心；應用層就是用戶終端，如智能手機、電腦、電視終端等。

基于LabVIEW的實訓教學能培養(yǎng)學生物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的思維，學生在學習完電子技術(shù)后輕松向物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專業(yè)發(fā)展，有效發(fā)揮電子技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)性課程的作用。以實訓項目“育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)”為例：

電子技術(shù)實訓項目的育嬰監(jiān)控系統(tǒng)由檢測電路、信號采集和可視化控制界面三大模塊組成，如圖7所示。從圖中可以看到，檢測電路對應的是物聯(lián)網(wǎng)的感應層，可視化控制界面對應的是物聯(lián)網(wǎng)的應用層，即用戶端，唯一不同的是電子技術(shù)實訓項目沒有采用網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)信號傳送到計算機終端，而是檢測電路信號直接被NI MyDAQ采集卡采集后通過USB接口把數(shù)據(jù)信號傳到計算機終端。

基于LabVIEW的電子技術(shù)實訓調(diào)整實訓手段和實訓內(nèi)容，采用ZigBee技術(shù)和RFID技術(shù)，讓數(shù)據(jù)信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)層傳輸，實現(xiàn)短距離無線傳輸，這就是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。在YL-292教學實訓模塊中含有ZigBee電路模塊和RFID電路模塊，能滿足短距離無線傳輸實訓項目設(shè)計。調(diào)整后的“育嬰監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)”實訓項目原理圖框圖如圖8所示。

綜合上述，LabVIEW在電子技術(shù)實訓教學中的使用，更新、調(diào)整了電子實訓手段和實訓內(nèi)容，電子技術(shù)更符合人才培養(yǎng)需求，更好發(fā)揮電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的作用。