一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统的制作方法
专利名称：一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种基于虚拟仪器技术的网络化数据采集实验系统，基于本系统 可以实现网络化虚拟仪器实验室的构建。
背景技术：
虚拟仪器技术是一种基于计算机的仪器及测量技术的总称，其充分利用最新的计 算机技术来实现和扩展仪器的功能，可以形象、方便地模拟各种仪器的操作面板，以各种需 要的形式表达和输出测量结果；利用计算机的超强计算能力和多种软件实现被测信号的分 析和处理，实现各种调控和测试功能。在虚拟仪器系统中，软件发挥着核心作用，用户可以 根据自己的需要自定义仪器的功能，并且可以根据需要通过改变软件来实现仪器系统的功 能及规模的改变、增减等，从而打破了传统仪器受固定功能的限制。此外由于虚拟仪器技术 具有易于实现分布式和网络化的特点，使用其作为实验教学手段，在构建远程网络化测量 系统和网络化实验室等方面也具有较大优势。美国国家仪器公司NI生产的教学实验室虚拟仪器套件ELVIS，是针对高校教学而 特别设计的教学实验虚拟仪器套件，目前被国内外大量高校广为采用。该套件提供的软件 及硬件，能实现包括直流电源，程控电源，示波器，函数信号发生器，逻辑分析仪等在内的常 用实验仪器。现有各类数据采集实验系统多存在采集信号单一且多数不是真实传感器产生的 信号的缺点。
发明内容本实用新型提供一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统，以解决现有数据 采集实验系统存在的采集信号单一且多数不是真实传感器产生的信号的问题。本实用新型采取的技术方案是教学实验室虚拟仪器套件与计算机连接，实验板 与教学实验室虚拟仪器套件连接，计算机与以太网连接，网络摄像头分别与计算机和以太 网连接。本实用新型专利基于教学实验室虚拟仪器套件平台，有效利用该平台提供的直流 电源，程控电源，函数信号发生器等作为数据采集实验系统中各个传感器实验功能模块的 激励或者输入，并将实验数据通过教学实验室虚拟仪器套件接口送入计算机中进行处理。本实用新型优点是结构新颖，克服了现有各类数据采集实验系统采集信号单一且 多数不是真实传感器产生的信号的不足；此外基于本系统可以实现远程访问实验系统硬 件，并完成实验操作，是一个网络化数据采集实验系统，可完全解决了传统实验教学中实验 时间，地点和实验装置数量不足的限制。本实用新型结合标准教学实验平台，实现方案简 单，成本较低，操作方便，易于推广使用。本系统集成度更高，将多种传感器的工作电路以模 块化形式集中在一块电路板中，具有更节省空间和成本的优点。可以进行多种传感器的实 验，通过对比，进一步了解各种传感器的工作原理，应用电路以及使用中的注意事项，实现理论学习与实践活动的完美结合。在本系统网络架构下，服务器端响应用户终端提出的实 验要求，在服务器端进行响应的实验操作，将服务器的前面板界面及测试数据发布到用户 端，而在用户端只需安装一个实时插件即可。同时利用网络摄像头技术，用户不仅可以充分 的利用实验资源还可以真实的观察到具体的实验过程中的一些光电指示。
图1是本实用新型的系统框图图2是实验板的组成模块框图；图3是光耦测频实验模块的电路原理图；图4是霍尔元件测频实验模块的电路原理图；图5是语音采集与分析实验模块的电路原理图；图6是光采集与分析实验模块的电路原理图；图7是温度采集与分析实验模块的电路原理图；图8是压力采集与分析实验模块的电路原理具体实施方式
教学实验室虚拟仪器套件与计算机连接，实验板与教学实验室虚拟仪器套件连 接，计算机与以太网连接，网络摄像头分别与计算机和以太网连接。实验板结构是光耦测频信号发生与采集电路与信号调理电路连接，霍尔元件测 频信号发生与采集电路与信号调理电路连接，语音信号发生与采集电路与信号调理电路连 接，光信号发生与采集电路与信号调理电路连接，温度信号发生与采集电路与信号调理电 路连接，压力信号发生与采集电路与信号调理电路连接，该六个实验子模块与PCI接口连 接。本实用新型的工作原理如下 光耦测频实验光耦测频实验的电路原理图如图3所示，通过教学实验室虚拟仪器套件的VPS模 块给电机供电带动连接在电机转轴末端的光栅的转动，作用在光电开关上，从而在光电开 关的输出端输出一周期信号；此周期信号经过以LM393为核心的信号调理电路后，输出一 周期矩形信号，此信号最后被送入计算机中通过程序进行分析显示。其中VPS的电压由程 序控制，计算机采集的周期信号，通过程序显示相应的信号波形并计算其周期以及对应电 压作用下电机的转速。 霍尔元件测频实验霍尔元件测频实验的电路原理图如图4所示，教学实验室虚拟仪器套件的VPS模 块给电机供电，附着在电机转轴上的磁钢随着电机的转动周期性的作用在线性霍尔元件 3503，产生一周期变化的信号；此周期信号经过以LM393为核心的信号调理电路后，输出一 周期矩形信号，此信号最后被送入计算机中通过程序进行分析显示。其中VPS的电压由程 序控制，计算机采集的周期信号，通过程序显示相应的信号波形并计算其周期以及对应电 压作用下电机的转速。 语音采集与分析实验[0025]语音采集与分析实验的电路原理图如图5所示，通过音乐片作为发声源，驻极体 话筒采集声音信号后经放大后，被采集到电脑中。通过程序可以观察到时域和频域下的信 号波形，同时还可以分别设置和观察该信号经过低通，高通，带通，带阻等不同滤波作用后 的波形。 光采集与分析实验光采集与分析实验的电路原理图如图6所示，以普通Φ5发光二极管作为发光源， 以CdS光敏电阻作为感光元件。教学实验室虚拟仪器套件的函数发生器作为发光二极管的 激励源，通过设置NI ELVIS的函数发生器产生不同频率和波形的信号，发光二极管的发光 形式随之改变，CdS光敏电阻感受这种关照的变化，自身电阻也随之变化，通过相应的电路 将这种变化转变为相应的变化电压。将这种变化电压采入电脑中，通过相应程序显示变化 的波形。 温度采集与分析实验温度采集与分析实验的电路原理图如图7所示，以普通电珠作为发热源，教学实 验室虚拟仪器套件的VPS模块作为其激励源，以负温度效应的热敏电阻作为感温器件，随 着温度的改变，热敏电阻自身的电阻值也随之改变，由相应的电路转化为变化的电压。电压 采集进入电脑后，通过相应的程序可得到相应的温度。同时得到温度与时间关系的曲线图。 此外还可以通过二值控制将温度自动控制在某一个温度范围内，具体工作原理，当温度低 于设定的温度下限时，通过程序控制VPS给电珠一个激励，电珠点亮并给热敏电阻加热，温 度随之升高，当温度持续升高并超高设定的温度上限时，通过程序控制VPS停止给电珠供 电，热敏电阻随之自然冷却，待到重新低于设定的温度下限时，重复上述过程，同时通过程 序实时显示这个过程中温度的变化曲线。 压力采集与分析实验压力采集与分析实验的电路原理图图8所示，采用全桥结构的电阻应变式压力传 感器来感受压力，经过AD620和0P07组成的两级放大后，将该信号采入电脑中，通过程序显 示压力的变化并计算相应压力的大小。
权利要求1. 一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统，其特征在于教学实验室虚拟仪器 套件与计算机连接，实验板与教学实验室虚拟仪器套件连接，计算机与以太网连接，网络摄 像头分别与计算机和以太网连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统，属于一种基于虚拟仪器技术的网络化数据采集实验系统教学实验室虚拟仪器套件与计算机连接，实验板与教学实验室虚拟仪器套件连接，计算机与以太网连接，网络摄像头分别与计算机和以太网连接。优点是结构新颖，是一个网络化数据采集实验系统，可完全解决了传统实验教学中实验时间，地点和实验装置数量不足的限制。本实用新型结合标准教学实验平台，实现方案简单，成本较低，操作方便，易于推广使用。
文档编号G09B25/02GK201936464SQ20102069753
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘超, 吴丹娥, 周求湛, 张彦创, 张贺彬, 汤利顺, 胡继康, 高健 申请人:吉林大学
技术领域：
本实用新型属于一种基于虚拟仪器技术的网络化数据采集实验系统，基于本系统 可以实现网络化虚拟仪器实验室的构建。
背景技术：
虚拟仪器技术是一种基于计算机的仪器及测量技术的总称，其充分利用最新的计 算机技术来实现和扩展仪器的功能，可以形象、方便地模拟各种仪器的操作面板，以各种需 要的形式表达和输出测量结果；利用计算机的超强计算能力和多种软件实现被测信号的分 析和处理，实现各种调控和测试功能。在虚拟仪器系统中，软件发挥着核心作用，用户可以 根据自己的需要自定义仪器的功能，并且可以根据需要通过改变软件来实现仪器系统的功 能及规模的改变、增减等，从而打破了传统仪器受固定功能的限制。此外由于虚拟仪器技术 具有易于实现分布式和网络化的特点，使用其作为实验教学手段，在构建远程网络化测量 系统和网络化实验室等方面也具有较大优势。美国国家仪器公司NI生产的教学实验室虚拟仪器套件ELVIS，是针对高校教学而 特别设计的教学实验虚拟仪器套件，目前被国内外大量高校广为采用。该套件提供的软件 及硬件，能实现包括直流电源，程控电源，示波器，函数信号发生器，逻辑分析仪等在内的常 用实验仪器。现有各类数据采集实验系统多存在采集信号单一且多数不是真实传感器产生的 信号的缺点。
发明内容本实用新型提供一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统，以解决现有数据 采集实验系统存在的采集信号单一且多数不是真实传感器产生的信号的问题。本实用新型采取的技术方案是教学实验室虚拟仪器套件与计算机连接，实验板 与教学实验室虚拟仪器套件连接，计算机与以太网连接，网络摄像头分别与计算机和以太 网连接。本实用新型专利基于教学实验室虚拟仪器套件平台，有效利用该平台提供的直流 电源，程控电源，函数信号发生器等作为数据采集实验系统中各个传感器实验功能模块的 激励或者输入，并将实验数据通过教学实验室虚拟仪器套件接口送入计算机中进行处理。本实用新型优点是结构新颖，克服了现有各类数据采集实验系统采集信号单一且 多数不是真实传感器产生的信号的不足；此外基于本系统可以实现远程访问实验系统硬 件，并完成实验操作，是一个网络化数据采集实验系统，可完全解决了传统实验教学中实验 时间，地点和实验装置数量不足的限制。本实用新型结合标准教学实验平台，实现方案简 单，成本较低，操作方便，易于推广使用。本系统集成度更高，将多种传感器的工作电路以模 块化形式集中在一块电路板中，具有更节省空间和成本的优点。可以进行多种传感器的实 验，通过对比，进一步了解各种传感器的工作原理，应用电路以及使用中的注意事项，实现理论学习与实践活动的完美结合。在本系统网络架构下，服务器端响应用户终端提出的实 验要求，在服务器端进行响应的实验操作，将服务器的前面板界面及测试数据发布到用户 端，而在用户端只需安装一个实时插件即可。同时利用网络摄像头技术，用户不仅可以充分 的利用实验资源还可以真实的观察到具体的实验过程中的一些光电指示。
图1是本实用新型的系统框图图2是实验板的组成模块框图；图3是光耦测频实验模块的电路原理图；图4是霍尔元件测频实验模块的电路原理图；图5是语音采集与分析实验模块的电路原理图；图6是光采集与分析实验模块的电路原理图；图7是温度采集与分析实验模块的电路原理图；图8是压力采集与分析实验模块的电路原理具体实施方式
教学实验室虚拟仪器套件与计算机连接，实验板与教学实验室虚拟仪器套件连 接，计算机与以太网连接，网络摄像头分别与计算机和以太网连接。实验板结构是光耦测频信号发生与采集电路与信号调理电路连接，霍尔元件测 频信号发生与采集电路与信号调理电路连接，语音信号发生与采集电路与信号调理电路连 接，光信号发生与采集电路与信号调理电路连接，温度信号发生与采集电路与信号调理电 路连接，压力信号发生与采集电路与信号调理电路连接，该六个实验子模块与PCI接口连 接。本实用新型的工作原理如下 光耦测频实验光耦测频实验的电路原理图如图3所示，通过教学实验室虚拟仪器套件的VPS模 块给电机供电带动连接在电机转轴末端的光栅的转动，作用在光电开关上，从而在光电开 关的输出端输出一周期信号；此周期信号经过以LM393为核心的信号调理电路后，输出一 周期矩形信号，此信号最后被送入计算机中通过程序进行分析显示。其中VPS的电压由程 序控制，计算机采集的周期信号，通过程序显示相应的信号波形并计算其周期以及对应电 压作用下电机的转速。 霍尔元件测频实验霍尔元件测频实验的电路原理图如图4所示，教学实验室虚拟仪器套件的VPS模 块给电机供电，附着在电机转轴上的磁钢随着电机的转动周期性的作用在线性霍尔元件 3503，产生一周期变化的信号；此周期信号经过以LM393为核心的信号调理电路后，输出一 周期矩形信号，此信号最后被送入计算机中通过程序进行分析显示。其中VPS的电压由程 序控制，计算机采集的周期信号，通过程序显示相应的信号波形并计算其周期以及对应电 压作用下电机的转速。 语音采集与分析实验[0025]语音采集与分析实验的电路原理图如图5所示，通过音乐片作为发声源，驻极体 话筒采集声音信号后经放大后，被采集到电脑中。通过程序可以观察到时域和频域下的信 号波形，同时还可以分别设置和观察该信号经过低通，高通，带通，带阻等不同滤波作用后 的波形。 光采集与分析实验光采集与分析实验的电路原理图如图6所示，以普通Φ5发光二极管作为发光源， 以CdS光敏电阻作为感光元件。教学实验室虚拟仪器套件的函数发生器作为发光二极管的 激励源，通过设置NI ELVIS的函数发生器产生不同频率和波形的信号，发光二极管的发光 形式随之改变，CdS光敏电阻感受这种关照的变化，自身电阻也随之变化，通过相应的电路 将这种变化转变为相应的变化电压。将这种变化电压采入电脑中，通过相应程序显示变化 的波形。 温度采集与分析实验温度采集与分析实验的电路原理图如图7所示，以普通电珠作为发热源，教学实 验室虚拟仪器套件的VPS模块作为其激励源，以负温度效应的热敏电阻作为感温器件，随 着温度的改变，热敏电阻自身的电阻值也随之改变，由相应的电路转化为变化的电压。电压 采集进入电脑后，通过相应的程序可得到相应的温度。同时得到温度与时间关系的曲线图。 此外还可以通过二值控制将温度自动控制在某一个温度范围内，具体工作原理，当温度低 于设定的温度下限时，通过程序控制VPS给电珠一个激励，电珠点亮并给热敏电阻加热，温 度随之升高，当温度持续升高并超高设定的温度上限时，通过程序控制VPS停止给电珠供 电，热敏电阻随之自然冷却，待到重新低于设定的温度下限时，重复上述过程，同时通过程 序实时显示这个过程中温度的变化曲线。 压力采集与分析实验压力采集与分析实验的电路原理图图8所示，采用全桥结构的电阻应变式压力传 感器来感受压力，经过AD620和0P07组成的两级放大后，将该信号采入电脑中，通过程序显 示压力的变化并计算相应压力的大小。
权利要求1. 一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统，其特征在于教学实验室虚拟仪器 套件与计算机连接，实验板与教学实验室虚拟仪器套件连接，计算机与以太网连接，网络摄 像头分别与计算机和以太网连接。
专利摘要本实用新型涉及一种基于虚拟仪器的网络化数据采集实验系统，属于一种基于虚拟仪器技术的网络化数据采集实验系统教学实验室虚拟仪器套件与计算机连接，实验板与教学实验室虚拟仪器套件连接，计算机与以太网连接，网络摄像头分别与计算机和以太网连接。优点是结构新颖，是一个网络化数据采集实验系统，可完全解决了传统实验教学中实验时间，地点和实验装置数量不足的限制。本实用新型结合标准教学实验平台，实现方案简单，成本较低，操作方便，易于推广使用。
文档编号G09B25/02GK201936464SQ20102069753
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者刘超, 吴丹娥, 周求湛, 张彦创, 张贺彬, 汤利顺, 胡继康, 高健 申请人:吉林大学
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