Современные средства измерения и сбора информации при изучении дисциплины «Электроника» в ВУЗе

Одной из характерной особенностей развития науки и техники является развитие электроники. Без электронных устройств ныне не может существовать ни одна отрасль промышленности, транспорта, связи. Усиленное развитие и применение электроники влияет не только на экономическое развитие нашего общества, но и на социальные процессы, распределение рабочей силы, образование, электронные устройства все шире применяются в быту. Что же такое электроника? Это отрасль науки и техники, занимающаяся изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, работа которых основана на протекании электрического тока в твердом теле, вакууме и газе. Такими приборами являются полупроводниковые приборы (протекание тока в твердом теле), электронные приборы (протекание тока в вакууме) и ионные (протекание тока в газе). Главное место среди них в настоящее время занимают полупроводниковые приборы. Общим свойством всех названных приборов является то, что все они являются существенно нелинейными элементами, нелинейность их вольт-амперных характеристик, как правило является признаком, определяющим важнейшие их свойства. Электронная техника непрерывно развивается, каждую задачу можно решить на основе различных схемных вариантов: можно построить схему на дискретных компонентах, можно выполнить ее на интегральных микросхемах, применить микропроцессорный комплект, провести обработку информации в цифровом или аналоговом виде. Какое решение выбрать? В конечном счете, все решает экономический анализ, и принятие неверного решения может не помешать решению локальной технической задачи, но в итоге окажется убыточным для народного хозяйства. Поэтому каждый инженер на своем месте должен воздействовать на техническую политику в своей области и выступать не только как специалист, но и как гражданин [1].

Современные информационные технологии предоставляют хорошие возможности для создания новых средств и способов обучения. Одной из важнейших и наиболее трудных в решении задач здесь является разработка компьютерных лабораторных практикумов.

Основу лабораторного практикума по любым дисциплинам составляет комплекс средств измерений, соединенных с лабораторными макетами, с помощью которых воспроизводятся изучаемые явления и процессы. До настоящего времени в учебных лабораториях в основном использовались традиционные измерительные приборы. Современной тенденцией стало применение в учебных целях компьютерных средств измерений, созданных с использованием технологии виртуальных приборов. Виртуальный прибор (ВП) в учебной лаборатории - это средство измерений, представляющее собой, как правило, персональный компьютер, снабженный дополнительно специальным прикладным программным обеспечением и различными измерительными модулями, например многофункциональной платой ввода-вывода.

Программное обеспечение ВП может разрабатываться как с помощью стандартных средств, таких как Visual C++, Visual Basic и т. п., так и с помощью программных средств, специально предназначенных для решения задач сбора, преобразования и обработки измерительной информации. Сегодня среди таких специализированных программных средств наиболее подходящим можно считать прикладной программный пакет LabVIEW компании National Instruments.

Представленные на рынке аппаратные средства автоматизации измерительных процессов и процедур почти всегда комплектуются драйверами под LabVIEW. Разработка приложений в данной среде ведется визуальными средствами, что не требует от разработчика глубоких знаний программирования.

Для выполнения работ потребуется базовый лабораторный стенд, оснащенный современным персональным компьютером (ПК), снабженным операционной системой Windows 9x или более старших версий и специализированным набором аппаратных средств, а также оригинальное прикладное программное обеспечение.

При выборе аппаратных средств, в частности многофункциональной платы аналогового и цифрового ввода-вывода, необходимой для создания ВП (плата PCI 6023), предназначенной для установки в PCI совместимые ПК. Шасси для создания виртуальных приборов – коннектор SC 335.1. Эти устройства, выпускаемые компанией National Instruments, сравнительно дешевы и хорошо подходят для решения прикладных задач.

Обратимся к идеализированной системе управления некоторым объектом (рисунок 2). Электрические сигналы, содержащие информацию о контролируемых величинах, вырабатываются соответствующими датчиками. Эти сигналы фильтруются, усиливаются и преобразуются в цифровую форму с помощью аналогоцифровых преобразователей (АЦП).

Затем они обрабатываются микропроцессором, который может взаимодействовать с ЭВМ. Формируемые микропроцессором сигналы управления преобразуются в аналоговую форму с помощью цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), усиливаются и подаются на силовые электронные устройства, управляющие исполнительными устройствами, непосредственно воздействующими на объект.

Рассмотренная система содержит электронные устройства, работающие с аналоговыми сигналами (фильтры, усилители, силовые электронные устройства), цифровыми сигналами (микропроцессор, ЭВМ), а также устройства, осуществляющее преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую и обратно.

Роль электроники в настоящее время существенно возрастает в связи с применением микропроцессорной техники для обработки информационных сигналов и силовых полупроводниковых приборов для преобразования электрической энергии. Сфера применения электроники постоянно расширяется. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащается электронными устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования электроники. Функции устройств электроники становятся все более разнообразными [3].

Электроника является универсальным и исключительно эффективным средством при решении самых различных задач в области сбора и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки и преобразования энергии. Знания в области

электроники становятся необходимыми все более широкому кругу специалистов.

 

Литература

  1. Раимова А.Т., Якупов С.С. Электроника и основы икропроцессорной техники: Учебное пособие.- Оренбург: ГОУ ОГУ, 2003. – С.145.
  2. Батоврин В. К., Бессонов А. С., Мошкин В. В. LabVIEW: практикум по электронике и микропроцессорной технике: Учебное пособие для вузов. – М.: ДМК Пресс, 2005. – С.182 .: ил.
  3. Лачин В. И., Савёлов Н. С. Электроника: Учеб. пособие. - Изд. 8-е. - Ростов н/Д: Феникс, 2010. – С.703.
Год: 2011
Город: Костанай