一種基於虛擬儀器的網絡化數據採集實驗系統的製作方法

2023-05-20 18:00:21

專利名稱：一種基於虛擬儀器的網絡化數據採集實驗系統的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於一種基於虛擬儀器技術的網絡化數據採集實驗系統，基於本系統 可以實現網絡化虛擬儀器實驗室的構建。
背景技術：
虛擬儀器技術是一種基於計算機的儀器及測量技術的總稱，其充分利用最新的計 算機技術來實現和擴展儀器的功能，可以形象、方便地模擬各種儀器的操作面板，以各種需 要的形式表達和輸出測量結果；利用計算機的超強計算能力和多種軟體實現被測信號的分 析和處理，實現各種調控和測試功能。在虛擬儀器系統中，軟體發揮著核心作用，用戶可以 根據自己的需要自定義儀器的功能，並且可以根據需要通過改變軟體來實現儀器系統的功 能及規模的改變、增減等，從而打破了傳統儀器受固定功能的限制。此外由於虛擬儀器技術 具有易於實現分布式和網絡化的特點，使用其作為實驗教學手段，在構建遠程網絡化測量 系統和網絡化實驗室等方面也具有較大優勢。美國國家儀器公司NI生產的教學實驗室虛擬儀器套件ELVIS，是針對高校教學而 特別設計的教學實驗虛擬儀器套件，目前被國內外大量高校廣為採用。該套件提供的軟體 及硬體，能實現包括直流電源，程控電源，示波器，函數信號發生器，邏輯分析儀等在內的常 用實驗儀器。現有各類數據採集實驗系統多存在採集信號單一且多數不是真實傳感器產生的 信號的缺點。
發明內容本實用新型提供一種基於虛擬儀器的網絡化數據採集實驗系統，以解決現有數據 採集實驗系統存在的採集信號單一且多數不是真實傳感器產生的信號的問題。本實用新型採取的技術方案是教學實驗室虛擬儀器套件與計算機連接，實驗板 與教學實驗室虛擬儀器套件連接，計算機與乙太網連接，網絡攝像頭分別與計算機和以太 網連接。本實用新型專利基於教學實驗室虛擬儀器套件平臺，有效利用該平臺提供的直流 電源，程控電源，函數信號發生器等作為數據採集實驗系統中各個傳感器實驗功能模塊的 激勵或者輸入，並將實驗數據通過教學實驗室虛擬儀器套件接口送入計算機中進行處理。本實用新型優點是結構新穎，克服了現有各類數據採集實驗系統採集信號單一且 多數不是真實傳感器產生的信號的不足；此外基於本系統可以實現遠程訪問實驗系統硬 件，並完成實驗操作，是一個網絡化數據採集實驗系統，可完全解決了傳統實驗教學中實驗 時間，地點和實驗裝置數量不足的限制。本實用新型結合標準教學實驗平臺，實現方案簡 單，成本較低，操作方便，易於推廣使用。本系統集成度更高，將多種傳感器的工作電路以模 塊化形式集中在一塊電路板中，具有更節省空間和成本的優點。可以進行多種傳感器的實 驗，通過對比，進一步了解各種傳感器的工作原理，應用電路以及使用中的注意事項，實現理論學習與實踐活動的完美結合。在本系統網絡架構下，伺服器端響應用戶終端提出的實 驗要求，在伺服器端進行響應的實驗操作，將伺服器的前面板界面及測試數據發布到用戶 端，而在用戶端只需安裝一個實時插件即可。同時利用網絡攝像頭技術，用戶不僅可以充分 的利用實驗資源還可以真實的觀察到具體的實驗過程中的一些光電指示。

圖1是本實用新型的系統框圖圖2是實驗板的組成模塊框圖；圖3是光耦測頻實驗模塊的電路原理圖；圖4是霍爾元件測頻實驗模塊的電路原理圖；圖5是語音採集與分析實驗模塊的電路原理圖；圖6是光採集與分析實驗模塊的電路原理圖；圖7是溫度採集與分析實驗模塊的電路原理圖；圖8是壓力採集與分析實驗模塊的電路原理具體實施方式
教學實驗室虛擬儀器套件與計算機連接，實驗板與教學實驗室虛擬儀器套件連 接，計算機與乙太網連接，網絡攝像頭分別與計算機和乙太網連接。實驗板結構是光耦測頻信號發生與採集電路與信號調理電路連接，霍爾元件測 頻信號發生與採集電路與信號調理電路連接，語音信號發生與採集電路與信號調理電路連 接，光信號發生與採集電路與信號調理電路連接，溫度信號發生與採集電路與信號調理電 路連接，壓力信號發生與採集電路與信號調理電路連接，該六個實驗子模塊與PCI接口連 接。本實用新型的工作原理如下 光耦測頻實驗光耦測頻實驗的電路原理圖如圖3所示，通過教學實驗室虛擬儀器套件的VPS模 塊給電機供電帶動連接在電機轉軸末端的光柵的轉動，作用在光電開關上，從而在光電開 關的輸出端輸出一周期信號；此周期信號經過以LM393為核心的信號調理電路後，輸出一 周期矩形信號，此信號最後被送入計算機中通過程序進行分析顯示。其中VPS的電壓由程 序控制，計算機採集的周期信號，通過程序顯示相應的信號波形並計算其周期以及對應電 壓作用下電機的轉速。 霍爾元件測頻實驗霍爾元件測頻實驗的電路原理圖如圖4所示，教學實驗室虛擬儀器套件的VPS模 塊給電機供電，附著在電機轉軸上的磁鋼隨著電機的轉動周期性的作用在線性霍爾元件 3503，產生一周期變化的信號；此周期信號經過以LM393為核心的信號調理電路後，輸出一 周期矩形信號，此信號最後被送入計算機中通過程序進行分析顯示。其中VPS的電壓由程 序控制，計算機採集的周期信號，通過程序顯示相應的信號波形並計算其周期以及對應電 壓作用下電機的轉速。 語音採集與分析實驗[0025]語音採集與分析實驗的電路原理圖如圖5所示，通過音樂片作為發聲源，駐極體 話筒採集聲音信號後經放大後，被採集到電腦中。通過程序可以觀察到時域和頻域下的信 號波形，同時還可以分別設置和觀察該信號經過低通，高通，帶通，帶阻等不同濾波作用後 的波形。 光採集與分析實驗光採集與分析實驗的電路原理圖如圖6所示，以普通Φ5發光二極體作為發光源， 以CdS光敏電阻作為感光元件。教學實驗室虛擬儀器套件的函數發生器作為發光二極體的 激勵源，通過設置NI ELVIS的函數發生器產生不同頻率和波形的信號，發光二極體的發光 形式隨之改變，CdS光敏電阻感受這種關照的變化，自身電阻也隨之變化，通過相應的電路 將這種變化轉變為相應的變化電壓。將這種變化電壓採入電腦中，通過相應程序顯示變化 的波形。 溫度採集與分析實驗溫度採集與分析實驗的電路原理圖如圖7所示，以普通電珠作為發熱源，教學實 驗室虛擬儀器套件的VPS模塊作為其激勵源，以負溫度效應的熱敏電阻作為感溫器件，隨 著溫度的改變，熱敏電阻自身的電阻值也隨之改變，由相應的電路轉化為變化的電壓。電壓 採集進入電腦後，通過相應的程序可得到相應的溫度。同時得到溫度與時間關係的曲線圖。 此外還可以通過二值控制將溫度自動控制在某一個溫度範圍內，具體工作原理，當溫度低 於設定的溫度下限時，通過程序控制VPS給電珠一個激勵，電珠點亮並給熱敏電阻加熱，溫 度隨之升高，當溫度持續升高並超高設定的溫度上限時，通過程序控制VPS停止給電珠供 電，熱敏電阻隨之自然冷卻，待到重新低於設定的溫度下限時，重複上述過程，同時通過程 序實時顯示這個過程中溫度的變化曲線。 壓力採集與分析實驗壓力採集與分析實驗的電路原理圖圖8所示，採用全橋結構的電阻應變式壓力傳 感器來感受壓力，經過AD620和0P07組成的兩級放大後，將該信號採入電腦中，通過程序顯 示壓力的變化並計算相應壓力的大小。
權利要求1. 一種基於虛擬儀器的網絡化數據採集實驗系統，其特徵在於教學實驗室虛擬儀器 套件與計算機連接，實驗板與教學實驗室虛擬儀器套件連接，計算機與乙太網連接，網絡攝 像頭分別與計算機和乙太網連接。
專利摘要本實用新型涉及一種基於虛擬儀器的網絡化數據採集實驗系統，屬於一種基於虛擬儀器技術的網絡化數據採集實驗系統教學實驗室虛擬儀器套件與計算機連接，實驗板與教學實驗室虛擬儀器套件連接，計算機與乙太網連接，網絡攝像頭分別與計算機和乙太網連接。優點是結構新穎，是一個網絡化數據採集實驗系統，可完全解決了傳統實驗教學中實驗時間，地點和實驗裝置數量不足的限制。本實用新型結合標準教學實驗平臺，實現方案簡單，成本較低，操作方便，易於推廣使用。
文檔編號G09B25/02GK201936464SQ20102069753
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者劉超, 吳丹娥, 周求湛, 張彥創, 張賀彬, 湯利順, 胡繼康, 高健 申請人:吉林大學