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1物聯(lián)網(wǎng)技術與虛擬儀器應用結合

1.1實驗室資源共享由于測控專業(yè)學生相對較少，所以大多高校都不愿花大量經(jīng)費去建立測控專業(yè)的實驗室，基本都采用共享其它專業(yè)實驗室的方式，這也限制了測控專業(yè)的發(fā)展。我們學院也同樣存在這個問題，目前針對測控技術與儀器專業(yè)開放的專業(yè)實驗室有傳感器實驗室、自動控制實驗室和計算機仿真實驗室，沒有專門的虛擬儀器實驗室。之前學生只能在計算機仿真實驗室里做些虛擬儀器課程的基礎實驗，無法做專業(yè)實驗，在將物聯(lián)網(wǎng)技術引入之后，我們摸索出了實驗室資源共享的模式，也就是將不同實驗室的資源共享使用，以此完成虛擬儀器課程的專業(yè)實驗教學任務。其中傳感器實驗室擁有近20種傳感器、30套ZigBee模塊(WSN的一種)和30套GPRS模塊(無線傳輸技術的一種)等設備；計算機仿真實驗室擁有50臺計算機和配套虛擬儀器軟件，可以完成虛擬儀器課程的所有基礎實驗。在教學安排上只要將傳感器技術和虛擬儀器課程分在兩個學期，就可以實現(xiàn)兩個實驗室的資源共享，學生就可以借助于傳感器實驗室的資源完成虛擬儀器課程的大多數(shù)專業(yè)實驗。

1.2科研成果轉(zhuǎn)化虛擬儀器技術是利用高性能的模塊化硬件，結合靈活高效的軟件來完成各種自動測試、測量應用。將虛擬儀器技術和物聯(lián)網(wǎng)技術結合起來，在自動測試測量、無線通信、故障診斷和遠程測控等方面有著極大的應用價值和應用前景。目前，國內(nèi)很多高校和科研機構積極致力于這兩者結合模式的研究，如天津大學、華北電力大學等。我們學院在這方面也開展了很多研究，譬如開展了“基于LabVIEW和物聯(lián)網(wǎng)的風光互補電站監(jiān)控系統(tǒng)的研究”、“虛擬儀器與GPRS無線通信測試研究”等多項校廳級項目，并取得了一些成果。我們已經(jīng)將項目涉及的無線傳感器技術、GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術應用到虛擬儀器課程當中，對整個虛擬儀器課程的教學起到了很大的推動作用。

2物聯(lián)網(wǎng)技術的應用體現(xiàn)

物聯(lián)網(wǎng)技術在虛擬儀器課程中的應用體現(xiàn)在實驗教學環(huán)節(jié)，主要針對專業(yè)實驗。因為基礎實驗僅依靠軟件編程就可以實現(xiàn)，譬如學生編程練習數(shù)組函數(shù)、結構等知識。但對于專業(yè)實驗，必須要有硬件配套才能完成，借助于傳感器實驗室的WSN和GPRS將傳感器測量的信號傳給計算機仿真實驗室的上位機，再通過上位編程對各種參數(shù)進行分析處理，就實現(xiàn)了一套從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲、遠程監(jiān)控的完整流程，讓學生體會到虛擬儀器作為自動測試測量領域?qū)I(yè)開發(fā)工具的優(yōu)勢所在，掌握到該領域的一些前沿技術，此類專業(yè)實驗的實驗流程如圖1所示，只要改變傳感器類型、ZigBee組網(wǎng)方式和數(shù)據(jù)中心程序，就可以完成不同的專業(yè)實驗。在實驗內(nèi)容安排上，我們追求量少質(zhì)高。開設了幾個目前科研應用中比較常用的無線通信、遠程測控和故障診斷方面的實驗。譬如開設的“虛擬儀器與GPRS無線通信測試”實驗，就是由校級精品實驗項目轉(zhuǎn)化而來，旨在通過借助虛擬儀器的實驗平臺，快速搭建一套GPRS無線通信系統(tǒng)，模擬實際工程中無線通信的全過程，通過LabVIEW編程，設計出友好的人機交互界面，將無線通信的原理和過程直觀形象地展現(xiàn)出來，讓學生充分理解無線通信的原理和設計思想，在實驗室里就能接觸到要在科研項目或企業(yè)里才能用到的新技術。同時在課堂教學上將實驗中涉及到的物聯(lián)網(wǎng)技術進行講解，譬如ZigBee組網(wǎng)選擇、ZigBee組網(wǎng)協(xié)議、用于GPRS通信的TCP/IP協(xié)議等，講解時可結合項目實例進行，課堂上現(xiàn)場演示利用GPRS技術通過簡單編程實現(xiàn)手機短信和彩信的收發(fā)，讓學生能直觀地感受到所學課程的實用性和前沿性，讓學生從心底里產(chǎn)生要將這門課學好的沖動。

3教學效果

引入物聯(lián)網(wǎng)技術之前，由于無法開展專業(yè)性的實驗，使得很多理論無法得到實踐運用和驗證，學生只能通過編程練習數(shù)組函數(shù)、結構等基礎實驗，普遍感覺實驗比較空洞、枯燥，積極性不高，學生感覺不到該課程的工程應用價值，也體會不到虛擬儀器作為自動測試、測量領域?qū)I(yè)開發(fā)工具的優(yōu)勢所在。在將物聯(lián)網(wǎng)技術引入之后，使這一問題得到很大改觀。開設的實驗項目涉及的內(nèi)容是目前很流行的無線通信領域，而且GPRS通信中還可以實現(xiàn)手機短信的接收和發(fā)送，所以學生的積極性都很高。另外，在項目的實驗過程當中，每組學生會對程序界面的設計和調(diào)試過程進行探討，所以實驗氛圍也很好。另外該類項目要求學生要對所做內(nèi)容有個清晰的思路和具體實現(xiàn)方案，要求學生具備一定的編程能力和程序調(diào)試能力，所以對學生實踐能力的鍛煉，創(chuàng)新意識的培養(yǎng)、探究性思維的啟發(fā)都起到一定作用。

4結語

經(jīng)過近3年的教學實踐，將物聯(lián)網(wǎng)技術應用到虛擬儀器這種教學模式極大地提高了學生上課和實驗的積極性。從教學效果上看，也彌補了學院沒有虛擬儀器專業(yè)實驗室的弊端，學生不僅能從課堂上了解當前科研和工程領域中前沿的新技術，也能從實驗環(huán)節(jié)鍛煉自己以后所需的實踐技能，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新能力，已有三屆學生成功完成了虛擬儀器方面的本科生科研訓練計劃。

作者：丁明亮張娟單位：曲阜師范大學電氣信息與自動化學院日照職業(yè)技術學院