Виртуальные лабораторные работы в инженерной среде LabVIEW

В статье рассматривается создание виртуальной обучающей лаборатории по механике жидкости и газа для студентов инженерных профилей. Виртуальная лаборатория реализуются с помощью среды программирования LabVIEW.

Важным элементом образовательного процесса является физический эксперимент, стимулирующий активную познавательную деятельность и творческий подход к получению знаний. Традиционные формы образовательного процесса предусматривают выполнение необходимого комплекса лабораторных работ, однако существует проблема ограниченности доступа обучающихся к лабораторному оборудованию или же отсутствие необходимого.

Одним из путей решения данной проблемы может стать возможность дополнения традиционных форм лабораторного практикума виртуальной лабораторией, использующей технологию имитационного математического моделирования физического эксперимента. Создание виртуальной лаборатории предусматривает использование набора аппаратных и программных средств, добавленных к обычному компьютеру таким образом, что пользователь получает возможность взаимодействовать с компьютером как со специально разработанным для него обычным электронным прибором [1].

Оптимальным решением для создания виртуальной лаборатории является графическая программная технология, реализованная в среде программирования LabVIEW [2,3]. LabVIEW графическая альтернатива обычному программированию позволяет создавать графические программы, называемые виртуальными приборами. Развитая система графического меню в виде наглядных графических образов, обеспечивает удобный интерактивный режим его взаимодействия с компьютером. Использование технологий LabVIEW для разработки лабораторных практикумов позволяет студентам в интерактивном режиме управлять виртуальным оборудованием, наблюдать и ставить эксперименты путем использования привычных изображений приборов.

На рисунке 1 приведена лицевая панель разработанной в данной программе лабораторной работы «Процессы идеальных газов». Целью работы является исследование формы реакции (отклика) давления P, объема V и температуры T на произвольное воздействие при изучении термодинамических процессов идеального газа. Действие прибора основано на выполнении известного для идеального газа соотношения PV=RT, связывающего между собой величины давления P, объема V и температуры T. Блок-схема программы расчета представлена на рисунке 2.

На лицевой панели для отображения полученных данных V, P, T представлены мерная емкость, манометр и индикатор температуры, а для наблюдения за ходом процесса трехлучевой запоминающий осциллограф и X-Y-самописец для построения P-V диаграммы процесса.

 Лицевая панель прибора 

Рисунок 1 Лицевая панель прибора

Блок-схема программы расчета

Рисунок 2 Блок-схема программы расчета

Система считывает показания мерной емкости, манометра и индикатора температуры, а данные, полученные в режиме реального времени, передаются на лицевую панель. Во время выполнения работ студенты имеют возможность непосредственно наблюдать за ходом процесса, а также регулировать режимные параметры. При этом студенты могут экспериментировать с параметрами, без опасения вывести прибор из строя.

Опыт использования виртуальной лаборатории показал, что она дает возможность:

  • демонстрации в качестве дополнительного материала во время проведения занятий;
  • самостоятельного выполнения студентами лабораторных работ;
  • варьирования объектов и режимов исследований в пределах, выходящих за ограничения и возможности реальных экспериментальных установок;
  • ориентации обучаемых на прогнозирование и анализ полученных результатов.

Вместе с тем проведение лабораторных работ в виртуальном режиме не позволяет обучаемым освоить навыки управления реальным оборудованием и приборами. Поэтому предпочтительным является сочетание виртуального и реального эксперимента, при котором компьютерная модель изучаемого процесса несет вспомогательную функцию подготовки студента к действиям с реальными объектами. В целом же, можно считать, что внедрение в учебный процесс виртуальных лабораторных работ существенно повышает качество и эффективность учебного процесса.

 

Список использованной литературы:

  1. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе LabVIEW 7 (30 лекций) // Под ред. Бутырина П. А. – М.: ДМК Пресс, 2005. 264 с.
  2. Батоврин В. К, Бессонов А.С, Мошкин В. В, Папуловский В. Ф. LabVIEW: практикум по основам измерительных технологий. – М.: ДМК Пресс, 2005. 208 с.
  3. Батоврин В. К, Бессонов А. С, Мошкин В. В. LabVIEW: практикум по электронике и микропроцессорной технике. – М.: ДМК Пресс, 2005. 182 с.
Год: 2016
Город: Актюбинск
loading...