Комплекс виртуальных приборов для учебного процесса

В практике научных исследований при построении контрольно-измерительных, диагностических и испытательных систем все шире используются возможности персональных компьютеров (ПК) для решения задач управления экспериментом, регистрации, обработки и систематизации данных, представления (визуализации) результатов наблюдений. Применение ПК закладывает основу относительно низкой стоимости подобных систем, эффективно функционирующих в реальном масштабе времени. Минимальный набор функций, передаваемых компьютеру, составляют функции, связанные с организацией взаимодействия оператора с прибором в форме привычной для пользователя с сохранением всех привычных атрибутов (панелей, ручек управления, индикаторов и т.д.).

Взаимодействие с виртуальными компьютерными системами оказывается подобным работе с традиционными приборами. Виртуальный прибор (ВП) представляет собой комбинацию компьютера, универсальных аппаратных средств ввода-вывода сигналов и специализированного программного обеспечения (ПО), которое в основном определяет возможности виртуальной системы.

Альтернативой покупке дорогостоящих приборов может стать созданный на кафедре радиотехники и радиосистем комплекс виртуальных приборов, основой которого является ПК, оснащенный платой ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов. Разработанное ПО позволяет быстро и с меньшими затратами создавать испытательные и диагностические комплексы различной сложности от измерения отдельных параметров объекта до управления технологическими процессами с передачей результатов удаленным пользователям. Созданные аппаратно-программные средства позволяют, используя только один компьютер, одновременно работать с комплексом ВП, в состав которого входят:

1. Импульсный генератор с регулируемой амплитудой, задержкой, частотой и длительностью импульсов.

2. Генератор гармонического сигнала с регулируемой частотой и амплитудой.

3. Двухканальный вычислительный вольтметр среднеквадратических и амплитудных значений, измеряющий также размах, пиковые значения, отношение и разность напряжений в рабочих каналах.

4. Двухканальный вычислительный частотомер, измеряющий также период, отношение и разность частот или периодов в рабочих каналах.

5. Двухканальный вычислительный осциллограф с цифровым измерением в координатах напряжение – время.

6. Двухканальный вычислительный анализатор спектра с цифровым измерением в координатах напряжение – частота.

7. Цифровой измеритель разности фаз гармонических сигналов.

8. Цифровой измеритель длительности временного интервала.

9. Измеритель автокорреляционной функции и функции взаимной корреляции сигналов в выбранных каналах.

10. Двухканальный цифровой измеритель нелинейных искажений сигнала.

Возможные области применения:

* виртуальные системы учебного назначения для подготовки студентов в режиме имитации без дорогостоящего аппаратного обеспечения;

* обеспечение универсальными и недорогими инструментальными средствами учебных лабораторий в школе, колледже и вузе;

* научные исследования и испытания с заменой комплекса универсальных приборов на их виртуальные аналоги с использованием одного ПК;

* измерения, контроль и испытания с математической обработкой информации, включая оценку погрешностей, использование методов косвенного измерения, методов цифровой фильтрации, преобразования Фурье и т. д.;

* длительный мониторинг характеристик сигналов и параметров сложных радиоэлектронных объектов.

Хотя приобрести компьютер с одной-двумя встроенными платами сегодня значительно дешевле, чем купить 5-7 автономных приборов, использование ВП в учебном процессе целесообразно не только с точки зрения минимизации затрат. Применение ВП, управляемых с помощью универсальной клавиатуры ПК, освобождает студентов от рутинных манипуляций с органами управления обычных приборов, позволяя усложнить задачи лабораторных исследований объекта.

Апробация

Измерительно-вычислительный комплекс виртуальных приборов создавался для изучения студентами различных специальностей возможностей современных компьютеров при организации измерений, представлении и обработке информации. Программа прошла апробацию и внедрена на кафедре радиотехники и радиосистем Владимирского государственного университета.