綜合仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計研究

1、綜合仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計研究 摘要：文章針對高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)學(xué)生掌握知識碎片化，綜合運(yùn)用所學(xué)知識能力薄弱，特建立基于LabVIEW的綜合仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)以外部環(huán)境作為采集量，以AT89C51單片機(jī)為核心處理芯片，配合外圍電路，通過虛擬串口發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)，利用LabVIEW圖形化編程優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、監(jiān)測和保存。綜合仿真實(shí)驗(yàn)效果表明，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式新穎，學(xué)生積極性明顯提高，對于學(xué)生課程知識的掌握、仿真設(shè)計及創(chuàng)新能力具有很大幫助。 關(guān)鍵字：機(jī)電一體化技術(shù)；LabVIEW；串口通信；綜合仿真實(shí)驗(yàn) 一、問題的提出 機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)作為高職院校機(jī)電類重點(diǎn)建設(shè)專業(yè)之一，綜合了機(jī)械加工、電工電子技術(shù)、

2、傳感技術(shù)、工控技術(shù)等群體技術(shù)的學(xué)習(xí)1-5。隨著“中國制造2025”戰(zhàn)略的逐步推進(jìn)，國家發(fā)展需要儲備大量理論型、技能型和創(chuàng)新型人才作為支撐6-8。高職院校作為中國高等教育的重要組成部分，肩負(fù)著培養(yǎng)復(fù)合技能型實(shí)踐人才的重要責(zé)任9。而機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)對于智能制造、新能源等行業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)支持，為了更好培育職業(yè)素養(yǎng)強(qiáng)、實(shí)操技能優(yōu)，創(chuàng)新思維濃烈的綜合職業(yè)人才，本文設(shè)計了基于LabVIEW的綜合仿真實(shí)驗(yàn)，提升高職院校學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、實(shí)驗(yàn)促進(jìn)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化的能力，也為下階段畢業(yè)論文和未來工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 二、綜合仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案 高職院校學(xué)生對于新鮮事物以及生活時事比較關(guān)注，興趣度也比較高，對于提升學(xué)生對課

3、程積極性具有很大幫助，所以本文設(shè)計基于LabVIEW的外部環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)。本綜合仿真實(shí)驗(yàn)主要以傳感器完成對外部環(huán)境特征量的原始采集，采用Proteus仿真平臺中SHT11數(shù)字溫濕度傳感器和LDR1以光敏元件仿真光照傳感器6-10。為凸顯綜合仿真實(shí)驗(yàn)的直觀性，故本文采用虛擬串口技術(shù)，便于仿真教學(xué)的連貫性，下位機(jī)將采集的外部環(huán)境特征量通過虛擬串口將處理后約定的數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)，完成顯示和保持。 三、LabVIEW環(huán)境監(jiān)測設(shè)計 （一）LabVIEW編程環(huán)境及設(shè)計上位機(jī)采用由美國NI公司研發(fā)的LabVIEW編程環(huán)境，是一種圖形化編程語言。在LabVIEW編程平臺里，編程主要在函數(shù)選板里選擇完成，根據(jù)設(shè)計

4、圖的不同，選擇不同子項(xiàng)目，通過線程實(shí)現(xiàn)連接，在編程項(xiàng)目比較多的情況下，可將重復(fù)模塊的部分生成子VI，再同一編程環(huán)境下需要再次使用時，可以直接調(diào)用子VI，減少編程程序的復(fù)雜程度。圖1.LabVIEW程序框圖仿真實(shí)驗(yàn)，通過串口通信的方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連通，實(shí)際仿真使用虛擬串口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同一PC機(jī)進(jìn)行下位機(jī)Proteus和上位機(jī)LabVIEW之間仿真數(shù)據(jù)的單向傳輸。此項(xiàng)便于高職學(xué)生在進(jìn)行綜合實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目時，學(xué)習(xí)更加直觀，增加對虛擬技術(shù)的濃厚興趣。上位機(jī)程序設(shè)計選用被動接收，當(dāng)收集到約定數(shù)據(jù)時，完成數(shù)據(jù)的顯示和保存。數(shù)據(jù)設(shè)定幀頭“FFFF”，幀頭之后為外部環(huán)境三個特征量數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的有效性；特征量數(shù)據(jù)存儲為文

5、本文件格式。 四、實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果 （一）實(shí)驗(yàn)步驟。1.打開虛擬串口軟件，創(chuàng)建虛擬串口COM，然后再打開Proteus仿真軟件，雙點(diǎn)擊COMPIM，選擇創(chuàng)建好的虛擬串口，最后點(diǎn)擊運(yùn)行。2.打開LabVIEW上位機(jī)軟件，選擇串口號，點(diǎn)擊打開串口，這時，數(shù)據(jù)處于接收狀態(tài)。3.改變外部環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)基于LabVIEW的外部環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)功能。實(shí)驗(yàn)舉例：下位機(jī)初試值(光照：67濕度：50溫度：20)改變?yōu)閷?shí)驗(yàn)值(光照：141濕度：59溫度：30)，觀察曲線的變化情況。（二）實(shí)驗(yàn)分析。根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟操作，得到圖2為基于LabVIEW的外部環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過中間的顯示，上方白色曲線代表光照，中間紅色曲線代表

6、濕度，綠色曲線代表溫度，在采集第3次到第4次時發(fā)生一次明顯數(shù)值變化，此時采集的原始數(shù)據(jù)為“FFFF8d3b1e”，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸約定，去掉“FFFF”禎頭，后剩余的為有效數(shù)據(jù)“8d3b1e”，那么此時進(jìn)行十六進(jìn)制數(shù)與十進(jìn)制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換，即：“8d”代表光照數(shù)值141，“3b”代表濕度59，“1e”代表溫度30，并將數(shù)據(jù)記錄保存在文本文件里。 五、結(jié)束語 本文針對高職院校機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)學(xué)生搭建基于LabVIEW的綜合仿真實(shí)驗(yàn)，從下位機(jī)傳感器到微處理器控制系統(tǒng)，從串口通信到上位機(jī)監(jiān)測，促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)掌握、電工電子、單片機(jī)等綜多門基礎(chǔ)及專業(yè)課程的再次學(xué)習(xí)和鞏固，培養(yǎng)學(xué)生敢于綜合所學(xué)知識，挑戰(zhàn)自我，獨(dú)

7、立思考，努力解決現(xiàn)實(shí)難題，此次綜合仿真設(shè)計還豐富了學(xué)生教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，提升學(xué)生動手仿真的能力。圖2基于LabVIEW的外部環(huán)境仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果 參考文獻(xiàn)： 1華馳,顧曉燕.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)體系設(shè)計J.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2016,33(03):172-176. 2溫貽芳,蘇益南,蘇華.系統(tǒng)論視閾下高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)課程體系構(gòu)建探究J.中國職業(yè)技術(shù)教育,2018(04):74-78. 3張慶玲.高職機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)現(xiàn)代學(xué)徒制實(shí)踐探索J.職業(yè)技術(shù)教育,2014,35(14):27-29. 4趙陽.高職院校學(xué)生職業(yè)能力培養(yǎng)研究D.哈爾濱師范大學(xué),2016. 5劉波,劉曉鵬,趙俊生,高琳.

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