智能仪器与虚拟实验说课讲解

第五章 智能仪器与虚拟技术第一节仪表的智能化与虚拟技术一、测量仪器仪表的发展测量仪器仪表的发展大体经历了以下几代：(1)第一代——以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。

(2)第二代——以电子管或晶体管为基础的分立元件式仪器。

(3)第三代——以集成电路芯片为基础的数字式仪器。

(4)第四代——以微处理器为核心的智能式仪表。

(5)第五代——虚拟仪器(以下简称VI)。

二、仪表的智能化1．传统测量仪表的特点(1)以分立元件或集成电路构成，结构复杂，成本高；(2)仪表可靠性取决于其结构特点，相对较低；(3)对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和稳定性，各部件误差都将反映到测量结果中。

(4)传统仪表内部某些部件发生故障时，虽然继续进行测量并给出结果，但不再保证结果的正确性。

(5)必须进行周期性的校准，以保证其额定精度的合法性。

通常采用更高一级的同类仪表进行对比测量来实现。

(6)传统测量仪表的数据处理能力很弱。

2．智能仪表以微型计算机(尤其是单片机)技术与测量控制技术结合在一起，以微机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，组成的具有智能化功能的新一代测量仪表。

3．智能仪表的基本类型(1)内含微型处理器，仪表本身具有各种智能功能，如自校正、数据处理等。

(2)仪器本身与微机在结构上分开，但仪器由微机控制，进行数据采集与处理。

4．智能仪表的特点及其智能功能(1)以微机及其接口为核心，结构简单。

(2)能够适应被测参数的变化，自动补偿、自动选择量程。

(3)能够自动校准。

(4)能够自寻故障（自诊断）。

(5)自动进行指标判断与选择。

(6)能够进行逻辑操作、定量控制、程序控制。

(7)具有很强的数据处理能力和显示能力。

(8)硬件基础是数据采集技术和输入输出技术。

(9)软件基础是数据处理技术和信号处理技术。

5．智能仪表的基本组成三、虚拟技术1．传统仪表与智能仪表的缺点(1)测量功能的实现完全取决于其硬件结构。

《智能仪器》实验教学大纲实验类别：课内实验实验课程名称：智能仪器实验室名称：动态参数校准实验室实验课程编号：03050302总学时：8 学时学分：0.5适用专业：测控技术与仪器专业先修课程：数字电子技术基础模拟电子技术基础微机原理及接口技术 EDA技术一、实验在教学培养计划中地位、作用；智能仪器课程是一门实践性、应用性很强的课程，实验教学在整个教学过程中尤其重要。

在实践性教学环节中，我们始终坚持培养学生的知识的综合应用能力和开拓创新意识。

通过教学实践，不仅同学生传授知识，同时要教书育人，注意培养学生热爱社会主义祖国、热爱专业和遵纪守法的高尚品德，以及理论联系实际、刻苦学习的精神，培养严谨的科学态度。

二、实验内容、基本要求：实验一输入输出实验（ 2 学时）综合性实验内容1、从基本的数字电路设计开始，循序渐进，了解CPLD/FPGA设计的完整过程，同时也熟悉了实验箱的大部分功能，为后面的综合实验和有创意的开发作好准备。

2、通过简单的的2－4译码器、异或门等基本数字电路的设计，让学生掌握MAXPLUSⅡ软件的使用，掌握组合逻辑电路的设计方法；3、掌握组合逻辑电路的静态测试方法；4、掌握用VHDL语言设计组合逻辑电路的方法；基本要求：1、2输入异或门功能的仿真及功能验证。

在MAXPLUSⅡ软件在用原理图输入法或VHDL语言输入法对2输入异或门进行功能仿真，并烧写到实验箱内的主芯片Altera EPF10K10LC84-4，用按扭开关或拨码开关实现输入控制，用LED数码管实现结果的显示输出。

2、组合逻辑2-4译码器的设计、功能仿真及功能验证。

在MAXPLUSⅡ软件在用原理图输入法或VHDL语言输入法对2-4译码器进行功能仿真，并烧写到实验箱内的主芯片Altera EPF10K10LC84-4，用按扭开关或拨码开关实现输入控制，用LED数码管实现结果的显示输出。

此实验涵盖了可编程逻辑器件（如CPLD/FPGA）及应用、VHDL程序设计、可编程逻辑器件软件的使用三个知识点。

虚拟仪器说课稿一、课程目标1、设置课程的必要性《虚拟仪器》的特点是知识覆盖面广、实践性强，反映当前自动检测与控制技术的发展方向，是电气工程及自动化专业必修的一门专业技术课程。

通过本课程的学习，使学生对当前测控领域的发展及前景有初步了解，掌握设计各种虚拟仪器的软件，使理论与实际相结合解决一两个自动检测及信息处理的问题，有效的提高学生控制系统的设计能力。

该课程在专业的学习过程中都起着非常重要的作用，它既是前期基础课：电工电子技术、检测与转换技术、微型计算机原理等课程综合，又是实践教学环节：毕业设计重要基础课。

2、课程教学目标的确立和实现教学目标的基本思路。

根据教学大纲的要求以及学生现有水平，从知识、能力和发展三个层面上，从专业人才培养计划的全局出发，制定本课程的教学目标为：（1）知识目标。

虚拟仪器的教学分为理论教学和上机教学两方面，理论教学内容介绍虚拟仪器概念，虚拟仪器系统的基本构成，虚拟仪器软件，用虚拟仪器软件设计虚拟仪器的方法；上机教学使学生掌握虚拟仪器软件的使用。

从控制系统所要解决的实际问题出发，逐步引导学生掌握使用虚拟仪器软件设计方法，为学生以后毕业设计和工作打好基础。

（2）能力目标○1使学生具有控制系统分析能力，能够针对各种控制系统做出理论分析，得出相应结论；○2使学生具有控制系统设计能力，能够根据工程或工艺要求进行控制系统设计；（3）发展目标①充分发挥学生学习的主观能动性，激发学生学习热情，培养学生严谨治学的态度。

②逐步培养学生的工程意识和创新意识，提高学生的工程设计能力和创新能力。

本课程目标符合专业培养要求，切合学生学习实际，体现知识传授、技能训练及能力培养的相互统一，并融思想政治教育和科学精神、人文精神于其中。

二、教学资源《虚拟仪器》课程是电气工程及其自动化专业的专业技术课程，也是提高学生控制系统设计能力的专业核心课程。

1、师资队伍。

该课程的教学队伍由自动化教研室4名教师构成，其中，副教授及博士1人，讲师2人，助教1人，讲师及助教为工学硕士研究生，课程负责人与主讲教师有丰富的教学经验，教学理念新，教学能力强。

虚拟实验教学课例一、引言：在本节课中，我们将使用虚拟实验教学方式，带领学生进行物理实验。

虚拟实验可以提供安全、便捷、交互性强的实验环境，同时减少实验成本和时间限制。

通过利用虚拟实验，学生可以更好地理解物理实验的原理和过程。

二、实验目标：学习如何使用虚拟实验平台进行物理实验；通过物理实验深入理解分光镜的工作原理。

三、实验步骤：1. 学生登录虚拟实验平台，在实验列表中选择“分光镜实验”。

2. 学生在虚拟实验环境中观察和了解分光镜的结构和原理。

3. 学生点击“开始实验”按钮，进入实验界面。

4. 学生在实验界面中看到一个光源和一个带有刻度的分光镜。

5. 学生将分光镜放置在适当位置，并将光源对准分光镜入射口。

6. 学生使用虚拟实验平台提供的仪器，调节分光镜的角度，观察并记录不同角度下的光照情况。

7. 学生在实验界面中选择某个角度，观察并记录通过分光镜的光线颜色。

8. 学生重复步骤6和7，记录更多角度下的光线颜色。

9. 学生分析记录的数据，观察并总结分光镜在不同角度下的光线特性变化。

四、思考问题：1. 随着分光镜角度的变化，通过分光镜的光线颜色有何变化？为什么？2. 如何利用分光镜实现光的分光？3. 分光镜的主要用途有哪些？五、实验结果分析：根据学生记录的数据和观察结果，可以发现随着分光镜角度的变化，通过分光镜的光线颜色也发生变化。

这是因为分光镜的结构和材料使得它能够将入射光按照波长进行分散。

分光镜可以用于分析光的成分、波长以及用于色散实验等。

六、结论总结：通过本节课的虚拟实验，学生深入了解了分光镜的工作原理和应用。

虚拟实验不仅提供了安全的实验环境，同时也提供了交互性强、便捷的学习方式。

学生通过实际操作和观察，对物理实验有了更深入的理解。

虚拟实验在教学中具有重要意义。

实验一智能仪器设计集成环境介绍一、实验目的1.掌握利用Proteus仿真平台进行电路设计的基本操作。

2.掌握利用Proteus软件和Keil联合仿真调试的操作。

二、实验仪器计算机一台、Proteus软件三、实验内容Proteus ISIS是英国Labcenter Electronics公司开发的EDA软件。

单片机是现代电子技术的新兴领域,它的出现极大地推动了电子工业的发展,已成为电子系统设计中最为普遍的应用手段。

近年来单片机技术得到了突飞猛进的发展,各种单片机开发工具层出不穷。

虚拟仿真就是近年来兴起的一种新型应用技术,采用虚拟仿真技术,在原理图设计阶段就可以对单片机应用设计进行评估,验证所设计电路是否达到所要求的技术指标,还可以通过改变元器件参数使整个电路性能达到最优化。

这样就无须多次购买元器件及制作印刷电路板,节省了设计时间与经费,提高了设计效率与质量。

英国Labcenter公司推出的Proteus软件是一款极好的单片机应用开发平台,它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题,可以在没有单片机实际硬件的条件下,利用PC以虚拟仿真方式实现单片机系统的软、硬件同步仿真调试,使单片机应用系统设计变得简单容易。

Proteus软件涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型,以及多种常用电子元器件,包括74系列、CMOS 4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD显示器、LED显示器,还提供示波器、逻辑分析仪、通信终端、电压/电流表、I2C/SPI终端等各种虚拟仪表,这些都可以直接用于仿真设计,极大地提高了设计效率和设计水平。

下面以一个“完成每隔1秒钟接在P1口1.1所示）：源程序：ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART: MOV A,#0FEHLOOP: MOV P1,AMOV R1,#10DLE1: MOV R2,#200DLE2: MOV R3,#126DLE3: DJNZ R3, DLE3DJNZ R2, DLE2DJNZ R1, DLE1RL ALJMP LOOPEND四、实验步骤1、进入Proteus 系统,画出实验电路图；2、进入Keil C51软件的操作环境,编辑源程序并对源文件进行编译；编译如图1.2所示：图1.2 编译3、对Proteus系统和Keil C51系统进行联机设置,如图1.3、1.4所示；联机设置：首先要安装Proteus的Keil 驱动,安装好驱动后,进入Keil界面进行设置,单击工具条中的按钮,在弹出的表单中单击选项卡,选择的组合框,在下拉菜单中选中“Proteus VSM Simulator”选项即可,如果是联机进行联调,还要在其后的按钮中进行适当的设置。

虚拟仪器在实验教学中的应用
虚拟仪器是指使用计算机技术、虚拟现实技术等手段模拟高精度、高
复杂度的实验系统，对实验操作进行模拟和仿真的软件系统。

虚拟仪器已
经成为实验教学中的一种趋势，受到了越来越多教师和学生的欢迎和支持。

以下是虚拟仪器在实验教学中的应用：
1.实验预习和复习：通过虚拟仪器，学生可以在课前和课后模拟实验
操作，了解实验原理和流程，有助于增强学习效果。

2.节约实验设备和资源：虚拟仪器可模拟不同实验设置，并在实验室
之外进行实验操作，节约了实验设备和资源的开销。

3.促进学生的实验能力和创新思维：通过虚拟仪器，学生可以自由地
探索和发现，培养实验能力和创新思维。

4.提高实验数据的准确性和可靠性：虚拟仪器可以通过细致的操作过程，减少实验操作误差的产生，提高实验数据的准确性和可靠性。

5.增加实验的安全性：虚拟仪器可以模拟危险性实验操作，减少实验
带来的安全隐患。

总之，虚拟仪器在实验教学中的应用不仅可以提高实验效果，降低实
验成本，还有利于培养学生创新和实验能力，是一种有广阔发展前景的教
育技术。

智能仪器及虚拟仪器仪表实训报告学院：专业班级：学号：姓名：指导教师：起止日期：2013年10月7日～2012年11月15日目录1、实训目的 (2)2、实验内容 (2)2.1传感器系统仿真实验 (2)2.1.1 直流全桥的应用――电子秤实验 (2)2.1.2 热电偶冷端温度补偿实验 (3)2.2环境监测模块 (4)2.2.1 热电阻温度传感器-温度测量 (4)2.2.2 S1336硅光电池-光照强度测量 (9)2.3多传感器测距实验模块 (11)2.3.1 电涡流传感器静态特性测距实验 (11)2.3.2 电涡流传感器距离测量试验及误差分析实验 (17)2.4 传感器开放电路实验模块 (21)2.4.1 I-TO-V电流电压转换 (21)2.4.2 光电开关的应用-开关量测量 (25)3.实验总结 (29)参考文献 (30)1、实训目的通过本次实训要学习LabVIEW软件，了解热电阻传感器、硅光电池传感器等的工作原理，掌握各类传感器的测量使用方法。

对仿真软件的运用有一定的了解，对各种模块的原理和功能有比较清晰的认识。

并且利用机械结构、传感器、数据采集卡、虚拟仪器平台构建测试系统。

实验的主要目的是培养学生的分析和解决实际问题的能力，从而掌握仪器测试技术手段，为将来从事技术工作和科学研究奠定扎实的基础。

2、实验内容这次实训我们接触了传感器开放电路实验模块、电涡流霍尔传感器特性实验、环境状况监测模块、多传感器特性实验模块几个方面的实验，还有硅压力检测实验，悬臂梁实验模块等。

以下是其中几个实验的详细内容。

2.1传感器系统仿真实验2.1.1 直流全桥的应用――电子秤实验（1）连接虚拟实验模板上的正负15V电源导线。

（2）连接作图工具两端到Uo2输出端口，并点击作图工具图标，弹出作图工具窗口。

（3）打开图中左上角的电源开关。

（4）当15V电源和示波器导线连接正确后，在由X、Y轴构成的作图框中的Y轴上将出现一个红色基准点。

教育智能化系统中的虚拟教学实验技术使用方法随着科技的不断进步，教育领域也在逐渐智能化。

虚拟教学实验技术作为其中的重要组成部分，为学生提供了更加灵活和自主的学习方式。

在教育智能化系统中，如何正确地使用虚拟教学实验技术，为学生提供高质量的教学体验，成为了一个重要的议题。

本文将介绍虚拟教学实验技术的使用方法，并探讨其在教育智能化系统中的优势和应用场景。

一、认识虚拟教学实验技术虚拟教学实验技术是利用虚拟现实技术，模拟真实实验环境，并通过计算机程序实现实验操作和结果展示的一种教学模式。

通过虚拟教学实验技术，学生可以在模拟的实验环境中进行实验操作，并观察实验结果，从而获得实验经验和理解实验原理。

与传统实验相比，虚拟教学实验技术具有更低的成本、更高的灵活性和更好的安全性。

二、虚拟教学实验技术的使用方法1. 前期准备：在使用虚拟教学实验技术前，教师需要对相关的实验内容进行深入的了解，并准备相应的教学资源。

同时，教师还需要熟悉虚拟教学实验技术的使用方法，掌握相关的操作技巧。

2. 教学设计：在教学设计上，教师需要根据教学目标和学生的实际需求，合理地选择和安排虚拟教学实验内容。

教师可以根据学生的学习进度和能力进行个性化的教学设计，提供不同难度和复杂度的实验内容，以满足学生的学习需求。

3. 教学引导：在实施虚拟教学实验时，教师应该充分发挥辅导作用，引导学生正确地进行实验操作。

教师可以在虚拟实验操作过程中向学生提供必要的提示和指导，帮助学生克服实验中可能出现的困难和问题。

4. 实验评估：在学生完成虚拟实验后，教师需要对学生的实验结果进行评估。

教师可以通过查看学生的实验报告、听取学生的口头汇报或进行实际操作检查等方式，对学生的实验操作和理解情况进行评估，并及时给出相应的反馈和建议。

三、虚拟教学实验技术在教育智能化系统中的优势和应用场景1. 提供灵活的学习环境：虚拟教学实验技术可以根据学生的学习需求和兴趣，为学生提供灵活的学习环境。

. 实验报告智能仪器与虚拟仪器实验一：LabView编程环境入门1.设计VI，把俩个输入数值相加，再把和乘以20。

2.设计VI，比较俩个输入数，如果其中一个数大于另一个数，则点亮LED指示灯。

实验二：虚拟电压表的设计（VI调用）1.设计VI，产生一个0.0到10.0的随机数与10.0相乘，然后通过一个VI子程序将积与100相加后平方。

2.用一个3个状态的报警灯指示当前电压状态。

当电压值处于上、下限之间时，报警灯显示绿色。

当电压值超过上限值时，报警灯显示红色。

当电压值低于下限时，报警灯显示黄色。

实验三：虚拟电压表的设计（结构与图形的应用）1.设计VI，求0到99之间所有偶数的和。

2.设计VI，求一个一维数组中所有元素的和。

3. 设计VI ，计算∑=ni x 1!。

4. 使用公式节点，完成下面公式的计算，并将结果在同一个波形图上显示。

112++=x x y ;y.1=ax2+实验四：信号采集（路径和格式文件的应用）1.设计VI，将两个字符串连接成一个字符串。

2.设计VI，访问簇中各个元素值。

3.设计VI，利用全局变量将一个VI产生的正弦波送另一个VI显示。

4.设计VI，将含有10个随机数的一维数组存储为电子表格文件。

实验五：虚拟信号发生器的设计1.设计VI，将三角波信号生成器产生的三角波数据存储为二进制文件。

2.设计VI，用3种不同的方式产生正弦波信号。

(1)(2)(3)3.设计VI，计算一个正弦信号的周期均值和均方差。

4.设计VI，计算一个方波信号的功率谱。

实验六：信号分析1.用XY图显示一个半径为5的图。

2.在波形图上用两种不同的颜色显示一条正弦曲线和一条余弦曲线，每条曲线长度为128点，其中正弦曲线的X0=0，△x=1，余弦曲线的X0=2，△x=5。

3.设计VI，用7个布尔量组成一个七段数字码显示。

操作者可输入一个一位整数让7段数字码显示。

实验七：虚拟电压表的设计（拟合的应用）1.设有一压力测量系统的测量值如下。

虚拟实验教学课程建设讲座引言虚拟实验是指通过计算机技术和模拟软件，模拟真实的实验环境和操作过程，达到教学目的的一种教学手段。

虚拟实验教学能够有效弥补传统实验教学中的一些不足，如时间、空间和安全性等方面的限制。

本文将介绍如何建设一门优质的虚拟实验教学课程，以提供更好的教学体验和学习效果。

课程目标本虚拟实验教学课程的目标是：1.培养学生科学实验的观察能力和实验设计的能力；2.提供学生独立完成实验操作和数据处理的能力；3.加深学生对所学理论知识的理解和应用。

课程内容模块一：课程介绍与实验原理介绍虚拟实验的概念、意义和应用范围；阐述实验原理和相关理论知识。

模块二：虚拟实验操作与数据处理介绍虚拟实验软件的使用方法和操作界面；演示虚拟实验的具体操作步骤；讲解实验数据的收集和处理方法。

模块三：实验案例分析与讨论提供一系列虚拟实验案例，包括不同学科和领域的实验；分析实验结果并进行讨论，引导学生深入思考和探索。

模块四：实验报告撰写与评估介绍实验报告的基本要求和结构；指导学生完成实验报告的撰写；对学生的实验报告进行评估和反馈。

教学方法1.讲座教学通过在线讲座的形式，向学生介绍虚拟实验的基本概念、原理和应用范围。

讲座可以使用幻灯片、演示软件等多媒体工具，结合图表和实例进行讲解，提高学生对知识的理解和接受度。

2.实践操作引导学生安装虚拟实验软件，并指导其进行实验操作和数据处理。

通过远程监控和指导，确保学生能够熟练掌握实验操作技巧，并正确处理实验数据。

3.讨论交流组织学生进行实验结果的讨论和交流，鼓励学生提出问题、分享观点，并引导他们思考实验现象背后的原因和机制。

通过互动交流，激发学生的学习兴趣和思维能力。

4.实验报告撰写指导学生根据实验结果撰写实验报告，包括实验目的、原理、步骤、结果分析和结论等内容。

通过评估和反馈，帮助学生提高实验报告的写作水平和表达能力。

评估与改进为了确保课程的质量和效果，可以采取以下评估与改进措施：设计问卷调查，收集学生对课程的反馈意见和建议；进行实验操作和报告的评估，检查学生的实验技巧和写作能力；定期与学生进行互动交流，了解他们在学习过程中的困惑和需要。