基于Nextboard實驗平臺“測控電路”課程教學實驗的設計與探索

王 桔, 丁 銳

(長春大學 電子信息學院，長春 130022)

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基于Nextboard實驗平臺“測控電路”課程教學實驗的設計與探索

王 桔, 丁 銳

(長春大學 電子信息學院，長春 130022)

基于泛華的Nextboard工程教學平臺，對“測控電路”課程的相關教學實驗進行設計與進一步探索。實驗表明，基于Nextboard的《測控電路》實驗，能夠使課程內容及電路原理更加清晰、易懂，實驗程序再次開發應用容易，設備利用效率高。

測控；Nextboard；教學實驗

1 測控電路概述

測控技術與儀器專業隸屬于儀器科學與技術一級學科。而“測控電路”則是測控技術與儀器專業的專業課程，主要作為測控技術與儀器專業本科生內容，同時可供相關領域工程技術和研究人員及相鄰專業研究生參考。

《測控電路》主要介紹了工業生產和科學研究中常用的測量與控制電路的各個功能塊和總體連接，使學生能夠熟悉怎樣運用電子技術來解決測量與控制中的任務，在電子技術與測量、控制間架起一座橋梁，合理地進行電路總體設計和功能塊的選用。測控系統是由三個部分組成的：傳感器、測量控制電路、執行機構。

測控系統最前端為傳感器采集信號，傳感器的輸出信號一般都很微弱，還可能伴有各種噪聲，需要用測控電路將它放大，剔除噪聲，選取有用信號。因此，測量控制電路的作用便是放大測量信號，剔除噪聲干擾，并根據執行機構的信號進行信號轉換等。測控系統的最后便是執行機構，按照測量與控制功能的要求，進行了所需演算，處理與變換，輸出能控制執行機構動作的信號。根據測控系統對測控電路的要求，將測控電路分為如下幾個重要的內容和實驗：放大電路的設計、信號電路的調制與解調，以及信號電路的各種運算。

2 Nextboard實驗平臺概述

nextboard 是泛華為工科院校師生打造的用于工程教學的實驗平臺。平臺基于虛擬儀器技術，配合泛華及第三方自主開發的實驗模塊，通過自主創新和設計，可以完成傳感器、模擬電路、數字電路、通信原理、基礎物理、控制原理等實驗。更能讓學生自己動手在平臺上搭建電路或自行設計實驗及模塊，在教與學之外，培養動手和創新的能力。Nextboard實驗平臺如圖1所示。

Nextboard通用工程教學實驗平臺需要連接NI(美國國家儀器) M、X系列數據采集卡使用。在面對不同學科實驗時，需要另外搭載不同學科的實驗模塊。并可以通過NI公司的LabVIEW軟件隨時編寫相應程序。正是由于這種通用性，使得Nextboard適合多學科的教學實驗室、創新性實驗室建設。Nextboard又提供了許多根據不同的課程而配合的實驗模塊，比如適合傳感器課程的傳感器模塊套件，熱敏電阻實驗模塊等。

為了滿足工程教育中的教學、實驗、創新三大方向，同時也為了用戶方便使用，泛華為使用者提供了Nextboard軟面板，如圖2所示。用戶可以直接在軟面板中完成各種實驗內容的學習，并且可以很方便地使用與調試Nextboard上的全部資源。

圖1 Nextboard實驗平臺

圖2 Nextboard軟面板

3 Nextsense實驗模塊

泛華Nextboard測控實驗平臺提供了多種實驗模塊，因此可以方便、快捷、直觀地對測控課程進行實驗及演示，熱電偶實驗應用的是傳感器教學實驗系列nextsense模塊，也是測控電路課程的主要實驗。nextsense模塊如圖3所示，是針對傳感器教學，測控電路等基礎課程設計的教學實驗模塊。nextsense系列配合泛華通用工程教學實驗平臺nextboard使用，可以完成熱電偶、熱敏電阻等傳感器的課程教學。課程提供傳感器以及調理電路，內容涵蓋傳感器特性描繪、電路模擬以及實際測量等。以《測控電路》實驗中的傳感器采集信號為例，應用Nextboard傳感器教學實驗系列nextsense模塊便可完成熱電偶實驗演示。

4 熱電偶實驗模塊演示

熱電偶的實驗模塊，分為硬件部分和軟件部分兩塊組成。軟件部分中，首先打開nextboard軟面板nextpad，點擊配置按鈕，在 nextpad 主界面中選擇熱電偶實驗圖標，雙擊進入實驗，如圖4所示。

圖3 熱電偶實驗模塊

圖4 熱電偶實驗nextpad軟面板

圖5 傳感器介紹選項卡

熱電偶實驗軟面板的主體是課程選項卡，它共由五個部分組成：傳感器介紹、特性曲線、實驗內容、實驗模擬、實測面板。如果對熱電偶實驗原理或內容不是特別了解的話，可以查看相應的課程選項卡里的相關介紹，在傳感器介紹中，將熱電偶的原理介紹得非常清楚，對于理解和消化理論學習的內容有著非常直觀的幫助。傳感器介紹選項卡如圖5所示。

首先，需要連接硬件電路，將熱電偶實驗模塊插入Nextpad實驗面板中，如圖6所示。實驗模塊電路板上用虛線描繪的電阻表示需要外接備選電阻，連接的阻值不同，放大倍數也不同。放大倍數=備選電阻值/50Ω，此次實驗選擇的是10Ω，因此Gain=10KΩ/50Ω=200倍。點擊運行按鈕，可以在Nextboard面板中看到實驗運行的曲線及數據，如圖7所示。從實驗運行的曲線結果可以看到，與《測控電路》課程中所講到的理論完全相符合，并且清晰易懂。運行后還可以將實驗數據保存到電腦中，以便查閱。數據保存的結果如圖8所示。此外，還可以打開選項卡查看此實驗LabVIEW后面板的程序，以便隨時完善或修改相關實驗內容及其Nextboard軟面板設置，如圖9所示。

圖6 熱電偶實驗外接連線

圖7 熱電偶實驗Nextboard運行結果

圖8 熱電偶實驗數據

圖9 熱電偶實驗LabVIEW后面板程序

5 《測控電路》教學實驗的探索

《測控電路》的內容主要包括：測控電路的功用和對它的主要要求、類型、組成和發展趨勢；低漂移、高性能測量放大器、隔離和可控放大電路；并通過Nextboard熱電偶傳感器的典型的測控實驗的設計，發現Nextboard平臺對測控系統課程實驗非常完整及方便。根據“測控電路”課程要求，可以借助泛華Nextboard平臺的基礎上，更進一步利用NI公司的LabVIEW軟件對所要設計的軟件進行編寫程序，設計相應更多的《測控電路》課程教學實驗軟面板，為學生們更加深入理解課程的內容和意義做好實驗輔助。

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責任編輯：劉 琳

Design and Exploration of Teaching Experiment of Measurement and Control Circuit Course Based on Nextboard Experiment Platform

WANG Ju，DING Rui

(College of Electronic Information Engineering, Changchun University, Changchun 130022, China)

Based on Fanhua Nextboard engineering teaching platform, this paper makes a design and a further exploration on the related teaching experiment of Measurement and Control Circuit course. Experiment results show that Measurement and Control Circuit experiment based on Nextboard, with easier experimental procedure application and high utilization efficiency of equipment, can make the course contents and circuit principles more clear and simple.

measurement and control; Nextboard; teaching experiment

2015-10-28

吉林省高教學會課題(JGJX2015C64)

王桔(1980-)，女，吉林長春人，講師，博士研究生，主要從事電子與通信工程方面研究。

G642

A

1009-3907(2016)10-0122-03