CC BY
73
УДК 621.382.049.7
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И ЭЛЕКТРОНИКЕ
В.Л. Ким, Д.С. Чебуренко, Н.В. Нохрина
Томский политехнический университет E-mail: [email protected]
Приведено описание лабораторного автоматизированного рабочего места, представляющего собой совокупность технических, программных и методических средств. Лабораторное автоматизированное рабочее место обеспечивает проведение лабораторных работ как в рамках виртуальных, так и реально-виртуальных лабораторий.
Ключевые слова:
Лабораторное автоматизированное рабочее место, виртуальный прибор.
Key words:
Laboratory workstation, virtual instrument.
В настоящее время информационные технологии предоставляют новые возможности для создания средств автоматизированного обучения.
Компьютерные средства измерений с использованием технологий виртуальных инструментов и приборов (ВИП) широко используются при проведении практических и лабораторных занятий [1]. ВИП в учебной лаборатории дискретной и микропроцессорной техники кафедры вычислительной техники Томского политехнического университета -это средство измерений типа ЛАРМ (лабораторное автоматизированное рабочее место) с микроконтроллером, платами сбора данных, источником питания и интерфейсной платой, которое базируется на ПЭВМ, снабженной специальным прикладным программным обеспечением (рис. 1).
С комплексом ЛАРМ монтируется макетная плата (коннектор), на которой набираются схемы лабораторных работ по электротехнике и электронике.
Комплекс ЛАРМ ориентирован на лабораторную поддержку учебного процесса, научно-исследовательскую и самостоятельную работу студентов.
Комплекс работает в режиме дистанционного управления через интерфейс USB компьютера и платы сбора данных (рис. 2).
Ким Валерий Львович, д-р
техн. наук, профессор кафедры вычислительной техники
Института киберне-тики ТПУ. E-mail: kimval 11@rambler. ru
Область научных интересов: электронные и микропроцессорные системы, автоматизация измерений, контроля и испытаний.
Чебуренко Денис Сергеевич,
аспирант кафедры вычислительной техники Института
кибернетики ТПУ.
E-mail: [email protected]
Область научных интересов:
электронные и микропроцессорные системы, автоматизация измерений, контроля и испытаний.
Нохрина Наталья Васильевна, магистрант кафедры
вычислительной техники
Института кибернетики ТПУ. E-mail: [email protected]
Область научных интересов:
электронные и микропроцессорные системы, автоматизация измерений, контроля и испытаний.
Среда приложений
MS Office
Пакет ВИП Приборы из
LabVIEW
Инсталляционный диск
• Инструкция ЛАРМ
• Методические указания к ЛР
• ПО ЛАРМ
Программно-аппаратный измерительный комплекс ЛАРМ
• Микроконтроллер
• Источник питания иББ
• Интерфейс-плата
♦ ------------
РС, Notebook
Макетный коннектор
Лаб.раб. № 1
Лаб.раб. № 2
Лаб.раб. № n
Рис. 1. Структура и состав ЛАРМа
Рис. 2. Внешний вид ЛАРМ
В состав комплекса ЛАРМ входят следующие приборы:
• Осциллограф цифровой двухканальный - предназначен для исследования однократных и периодических электрических сигналов в диапазоне частот от 1 Гц до 500 кГц путем регистрации их в цифровой памяти и отображения на экране компьютера, и цифрового измерения амплитудных и временных характеристик сигналов;
• Генератор сигналов - предназначен для генерации сигналов различной формы;
• Источник питания с микропроцессорной стабилизацией - предназначен для питания внешних устройств;
• Вольтметр - предназначен для измерения постоянных и переменных напряжений;
• Амперметр - предназначен для измерения постоянных и переменных токов, построен на базе вольтметра и измерительного сопротивления;
• Логический пробник и генератор - предназначены для регистрации цифровых Т^-сигналов и их генерации.
Макетная плата ЛАРМ (рис. 3) состоит из информационной панели, штекеров, электромонтажной платы, индикаторов (светодиоды). Электромонтажная плата предназначена для беспаечного монтажа электрических схем и цепей. На ней собирается схема лабораторной работы.
Рис. 3. Размещение элементов на макетной плате
Комплекс ЛАРМ позволяет:
• снизить стоимость лабораторного автоматизированного рабочего места за счёт замены совокупности дорогостоящих измерительных приборов и устройств;
• повысить эффективность лабораторных исследований за счёт автоматизации рутинных операций (ознакомления, входного контроля, съёма и обработки результатов экспериментов, составления отчёта и протокола);
• сократить количество единиц лабораторного оборудования за счёт перехода на виртуальные приборы;
• сократить время работы персонала, обслуживающего лабораторию, проводить лабораторные работы как фронтальным, так и маршрутным способом;
• проводить лабораторные исследования не только в специализированных лабораториях, но и в любых помещениях, где есть персональные компьютеры.
В настоящий вариант включены 11 лабораторных работ по теории линейных и
нелинейных электрических цепей, по основам аналоговой и цифровой электроники
[1, 2]:
1. Методы расчета резистивных цепей, основанные на законах Кирхгофа;
2. Исследование линейной электрической цепи при гармоническом воздействии;
3. Исследование резонанса напряжений;
4. Исследование переходных процессов в линейных электрических цепях;
5. Исследование вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов;
6. Исследование диодных выпрямителей;
7. Усилительный каскад на биполярном транзисторе;
8. Операционные усилители;
9. Исследование работы логических элементов;
10. Триггеры и регистры;
11. Исследование работы аналого-цифровых преобразователей.
В зависимости от принятой концепции проведения лабораторных практикумов и степени базовой подготовки студентов ЛАРМ позволяет реализовать различные методики выполнения работ:
• с элементами творчества, когда в процессе выполнения лабораторной работы студенты самостоятельно собирают исследуемые схемы на макетной плате и выполняют необходимые измерения;
• упрощенный вариант, когда в процессе занятий студенты могут только визуально ознакомиться с заранее собранными на макетной плате электрическими схемами, после чего выполнить работу.
Рассмотренный программно-измерительный комплекс ЛАРМ представляет собой совокупность технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных работ как в рамках виртуальных (на математических моделях), так и в рамках реально-виртуальных (на физических макетах и виртуальных приборах) лабораторий.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дмитриев В.М., Шутенков А.В., Ганджа Т.В., Кураколов А.Н. ЛАРМ: автоматизированный лабораторный практикум по электротехнике и электронике. - Томск: В-Спектр, 2010. - 186 с.
2. Дмитриев В.М., Кураколов А.Н., Мальцев Ю.И., Шутенков А.В. ЛАРМ: автоматизированный лабораторный практикум по электронике. - Томск: В-Спектр, 2010. - 159 с.
Поступила 26.09.2011 г.
