仿真教学仪器分析论文范文

1LabVIEW软件概述

LabVIEW是LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench的英文缩写，是一个图形化的开发软件，结合了图形化编程方式，具有高性能与灵活性，专门为测试、测量及自动化控制的应用设计配置功能，为数据采集、仪器控制、测量分析与数据显示等提供了必要的开发工具[6]。用LabVIEW软件开发的应用程序叫做VI(VirtualInstrument，即虚拟仪器)。VI是由图标、连线以及框图所构成的应用程序，由前面板和后面板两部分构成，前面板是应用程序的操作界面，主要由控制量和显示量构成。在程序运行时，用户通过控制量输入数据并控制程序的运行，而显示量则主要用于显示程序运行的结构。本文采用美国NI公司LabVIEW8.0软件平台。

1.1前面板模块前面板用于设置输入数值和观察输出量。程序前面板是模拟真实仪表的面板，用户可以从控制工具箱中选用许多图板，如旋钮、开关、按钮、数字显示、计量器、LED显示器、图表等。完成设计后只需在程序执行时按一下开关，拨动一下旋钮，将图形局部放大或是从键盘输入一个值，便可以完全操控整个仪器。

1.2方块图程序的编程每个前面板都配有一个对应的方块图程序，方块图程序也称做框图程序。方块图程序可以把它理解成传统程序的源代码，方块图中的部件可以看成程序节点，如循环控制事件控制和算术功能等，这些部件用连线连接，以定义方块图内数据流动的方向。LabVIEW方块图程序的结构为模块化结构，因此每一个LabVIEW程序都可以单独执行，或者被其他程序当成子程序来调用。甚至可以为每个子程序设计不同的图标，如此便可以设计出一组可供修改，交换或与其他LabVIEW程序相链接的子程序库，以符合用户不同的需求。LabVIEW的主要特点[7]为：(1)采用图形化(数据流)的编程语言，编程简单，开发周期短。(2)采用数据流编程模式，能同时运行多个程序的多个任务系统。(3)提供了丰富的用于数据采集、分析、表达及数据存储的函数库。

2基于LabVIEW的仿真教学系统的设计

实验教学环节在理工科学生培养中占有重要地位，对于深化学生对知识的理解和掌握、培养学生分析及解决问题的能力具有重要作用。仿真教学系统能拓展实验空间，有效提高学生学习质量及效率。大型分析仪器种类繁多，价格昂贵，易损坏。仪器分析虚拟仿真实验系统的构建既能降低仪器成本，又能使学生对理论知识有深入直观的认识，有效提高授课效果。电化学工作站是电化学测量系统的简称，是电化学研究和教学常用的测量设备，可进行循环伏安法、交流阻抗法、交流伏安法等多种测量。本文以循环伏安法为例建立虚拟仿真系统。具体包括程序结构框架设计，前面板设计和框图程序设计。

2.1仿真系统程序结构框架设计首先进行程序结构框架设计，循环伏安虚拟仿真系统流程如图1所示。

2.2仿真系统前面板设计前面板是用于人机交互的程序图形用户窗口，本系统前面板包括实验技术设定、控制参数设定、数据采集、波形显示等功能。本文以6×10-3mol/L铁氰化钾在0.1mol/L氯化钾溶液中的循环伏安实验为例，设计铁氰化钾循环伏安虚拟仿真实验系统前面板，如图2所示。前面板由旋钮、按钮、图形和其他控制与显示对象等组成，通过鼠标和键盘输入数据、控制按钮，即可在计算机显示器上直接观看结果。首先在前面板中进行参数设定，VI程序运行时通过数据控制端口传递到框图程序中，供节点使用，程序运行产生的数据输出，通过指示端口传递到前面板中相应位置，其中电压步长用以调节电压E的间隔，X-Y图显示铁氰化钾的循环伏安曲线。控制界面美观大方，操作方便，可直观反映电流随电压变化。

2.3仿真系统框图程序设计仿真系统框图程序如图3所示，仿真循环伏安系统程序框图采用导入Excel表格形式输入数据，包括报告表格、表格索引、获取表格数据、数组索引及传送数据的连线。通过程序运算后的数为据转化动态数据，再连接到图形显示控件，实现铁氰化钾的模拟仿真循环伏安曲线。

2.4气相色谱仪模拟仿真教学系统设计采用上述设计循环伏安模拟仿真教学系统同样方法，建立了气相色谱仪模拟仿真实验教学系统，前面板如图4所示，该系统能生动、形象地模拟运行与传统仪器相同的实验效果。即可节约实验成本，又激发了学生做实验的兴趣和创造性，此外，网络技术的发展也给仿真实验教学系统带来了资源的共享性。

3结论

本文基于LabVIEW软件开发循环伏安及气相色谱仪模拟仿真实验教学系统，将该系统应用于仪器分析实验教学，一方面缓解了仪器设备少，教学资源不足的问题。另一方面，学生通过计算机就能对实验进行预习和演练，增强了学生对实验的认知深度，带来一种如临现场的亲身感受，提高了学生的感性认识和学习效果，是一种新的实验教学模式。同时，基于LabVIEW的仿真设计思路和方法对其它仪器仿真设计制作也具有一定的参考价值。尽管使用仿真技术构建的虚拟实验室能解决部分传统实验教学方式中存在的一些问题，但并不代表其可以代替实验，虚拟实验室与实际操作两者结合方能更有效地达到实验教学目的。

作者：秦玉华张腾宇羊建夏李圣杰李腾现秦翠燕姚甜单位：琼州学院理工学院东北电力大学自动化工程学院