LabVIEW在電子技術實訓教學中的應用及意義①

黃惠玲

(東莞市信息技術學校 廣東東莞 523900)

電子技術是一門關于電子元器件的識別與應用、電路分析與檢測、電路系統設計與實現的電類基礎性課程，包含模擬電路、數字電路、電路分析等內容。電子技術飛速發展的今天，衍生了許多非常熱門的專業，如智能家居、網絡安防、無人機、人工智能、機器人等，都是電子技術在不同領域的研究與拓展，如果把它們比喻為“多頭彈道導彈”，電子技術課程是“多頭彈道導彈”的母艙，專業研究與拓展方向是“多頭彈道導彈”的彈頭。所以，電子技術是作為基礎性課程起著舉足輕重的作用。

1 電子技術實訓教學痼疾難克

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，電子技術實訓教學模式主要有兩種：一種是按照傳統系統性知識體系組織教學的模式。把電子技術的相關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內容；第二章講述三極管，理論和實訓均圍繞三極管相關內容。這種實訓教學模式最大的缺點是內容離散，知識點之間關聯性不高，導致學生知識學完了，但不會應用。另一種是基于任務驅動教學法項目式教學的模式。把教學內容巧妙地設計在每個項目中，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需求，更不能發揮電子技術作為一門其他衍生專業的重要基礎性課程的作用。所以，不管是傳統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，以滿足人才培養及專業發展需求。

我們把電子技術實訓設置分為三個層次：驗證型實訓、設計型實訓和綜合型實訓。從人才培養目標、專業發展需求看，只有設計型實訓和綜合型實訓才能更好滿足要求，因此，在新型實訓教學設計中，更新、調整驗證型實訓手段和實訓內容，增加設計型和綜合型實訓。

圖3 可視化界面

圖4 烘箱控制程序框圖

圖5 物聯網組成結構

圖6 智能家居組成結構

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數據線傳送到計算機，由NI LabVIEW軟件通過編寫程序框圖完成數據的讀取、處理及對電路的控制。

采用NI LabVIEW軟件和IN MYDAQ數據采集卡更新電子技術實訓教學手段，電子電路與計算機交互，實現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“烘箱控制電路”項目要求，設計電路系統。

電路系統設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計的“烘箱控制電路”如圖1所示。

2.2 搭建電路

學生根據系統電路圖，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。

模塊電路是由基礎電路組成，功能單一，把相應的電路模塊搭建成系統電路，就能具備一定的產品功能，YL-292共有99個基本模塊電路，YL-1050A共有12個電路模塊，基本滿足學生系統電路設計需求。搭建系統電路，使實訓教學與生活實踐相結合，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品，如本例的“烘箱控制電路”，為了更好地與實踐相結合，在電路功能上設計了溫度顯示、溫度設置、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 育嬰監控系統原理框圖

圖8 基于無線傳輸的育嬰監控系統原理框圖

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

（3）因為LabVIEW具有強大的數據處理能力，在電路設計時，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，它將用戶和程序聯系起來，是程序運行時顯示和輸入的交互窗口。學生根據“烘箱控制電路”功能需求在前面板設計控制界面，如圖3所示。

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

2.4 調試與檢測

把NI MyDAQ數據采集卡分別接入“烘箱控制電路”和計算機調試程序。

數據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。它的工作于數據讀取還是寫入硬件電路，取決于LabVIEW的程序設置。本例中接入采集卡，就可以調試程序了，如：檢驗溫度顯示是否與準確，是否會隨環境溫度變化而變化，能否設置加熱溫度等，此間需不斷調整程序編寫，直到滿足系統要求。

LabVIEW在電子技術實訓教學中的使用，更新了電子實訓手段，結合模塊電路搭建的使用，調整了實訓內容，較之傳統電子實訓教學，有以下優勢：

（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”緊密結合，更能吸引學生，提高學習興趣，使電子技術教學契合現代工業大環境。

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

（3）LabVIEW結合模塊電路搭建，電子技術實訓內容具有更好的開放性，學生可以在任務驅動下設計系統電路，學以致用，符合企業崗位需求，符合學校培養電子技術技能型人才的目標。

（4）加強了電子技術作為基礎性課程的專業拓展能力，LabVIEW的使用使實訓內容與“智能”關聯性更大了，比如智能家居、網絡安防、機器人等，學生學完電子技術課程就能輕松進入不同的智能控制領域。

基于LabVIEW的電子技術實訓教學內容設計具有可操作性。全國職業院校技能競賽（中職組）電子電路裝調與應用賽項，其中任務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，可選用其中部分內容作為實訓教學內容。

3 LabVIEW對發揮電子技術作為電類專業基礎性課程的意義

電子技術作為電類基礎性課程，應具有較好的專業拓展性，而LabVIEW在電子技術中的應用就很好地發揮了電子技術專業拓展能力。以電子技術向物聯網專業拓展為例。

物聯網分別由：感知層、網絡層、應用層組成，它們三者關系如圖5所示。

物聯網技術跨電子技術、計算機技術、通信技術等領域。以物聯網技術其中一個分支--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，是電子技術在智能家居的應用；網絡層是信息處理中心；應用層就是用戶終端，如智能手機、電腦、電視終端等。

基于LabVIEW的實訓教學能培養學生物聯網技術的思維，學生在學習完電子技術后輕松向物聯網技術專業發展，有效發揮電子技術作為物聯網技術基礎性課程的作用。以實訓項目“育嬰監控系統的設計與實現”為例：

電子技術實訓項目的育嬰監控系統由檢測電路、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網的感應層，可視化控制界面對應的是物聯網的應用層，即用戶端，唯一不同的是電子技術實訓項目沒有采用網絡層把數據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接口把數據信號傳到計算機終端。

基于LabVIEW的電子技術實訓調整實訓手段和實訓內容，采用ZigBee技術和RFID技術，讓數據信號經過網絡層傳輸，實現短距離無線傳輸，這就是物聯網技術。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計。調整后的“育嬰監控系統的設計與實現”實訓項目原理圖框圖如圖8所示。

綜合上述，LabVIEW在電子技術實訓教學中的使用，更新、調整了電子實訓手段和實訓內容，電子技術更符合人才培養需求，更好發揮電子技術作為電類專業基礎性課程的作用。