综合仿真实验设计研究

摘要：文章针对高职院校机电一体化技术专业学生掌握知识碎片化，综合运用所学知识能力薄弱，特建立基于LabVIEW的综合仿真实验。实验以外部环境作为采集量，以AT89C51单片机为核心处理芯片，配合电路，通过虚拟串口发送数据给上位机，利用LabVIEW图形化编程优势，实现数据的采集、监测和保存。综合仿真实验效果表明，实验教学方式新颖，学生积极性明显提高，对于学生课程知识的掌握、仿真设计及创新能力具有很大帮助。

关键字：机电一体化技术；LabVIEW；串口通信；综合仿真实验

一、问题的提出

机电一体化技术专业作为高职院校机电类重点建设专业之一，综合了机械加工、电工电子技术、传感技术、工控技术等群体技术的学习[1-5]。随着“中国制造2025”战略的逐步推进，国家发展需要储备大量理论型、技能型和创新型人才作为支撑[6-8]。高职院校作为中国高等教育的重要组成部分，肩负着培养复合技能型实践人才的重要责任[9]。而机电一体化技术专业对于智能制造、新能源等行业发展提供坚强支持，为了更好培育职业素养强、实操技能优，创新思维浓烈的综合职业人才，本文设计了基于LabVIEW的综合仿真实验，提升高职院校学生理论联系实际、实验促进创新转化的能力，也为下阶段毕业论文和未来工作奠定坚实基础。

二、综合仿真实验设计方案

高职院校学生对于新鲜事物以及生活时事比较关注，兴趣度也比较高，对于提升学生对课程积极性具有很大帮助，所以本文设计基于LabVIEW的外部环境仿真实验。本综合仿真实验主要以传感器完成对外部环境特征量的原始采集，采用Proteus仿真平台中SHT11数字温湿度传感器和LDR1以光敏元件仿真光照传感器[6-10]。为凸显综合仿真实验的直观性，故本文采用虚拟串口技术，便于仿真教学的连贯性，下位机将采集的外部环境特征量通过虚拟串口将处理后约定的数据传送给PC机，完成显示和保持。

三、LabVIEW环境监测设计

（一）LabVIEW编程环境及设计上位机采用由美国NI公司研发的LabVIEW编程环境，是一种图形化编程语言。在LabVIEW编程平台里，编程主要在函数选板里选择完成，根据设计图的不同，选择不同子项目，通过线程实现连接，在编程项目比较多的情况下，可将重复模块的部分生成子VI，再同一编程环境下需要再次使用时，可以直接调用子VI，减少编程程序的复杂程度。图1.LabVIEW程序框图仿真实验，通过串口通信的方式实现数据连通，实际仿真使用虚拟串口技术，实现同一PC机进行下位机Proteus和上位机LabVIEW之间仿真数据的单向传输。此项便于高职学生在进行综合实训项目时，学习更加直观，增加对虚拟技术的浓厚兴趣。上位机程序设计选用被动接收，当收集到约定数据时，完成数据的显示和保存。数据设定帧头“FFFF”，帧头之后为外部环境三个特征量数据，保证数据的有效性；特征量数据存储为文本文件格式。

四、实验步骤及结果

（一）实验步骤。1.打开虚拟串口软件，创建虚拟串口COM，然后再打开Proteus仿真软件，双点击COMPIM，选择创建好的虚拟串口，最后点击运行。2.打开LabVIEW上位机软件，选择串口号，点击打开串口，这时，数据处于接收状态。3.改变外部环境参数，实现基于LabVIEW的外部环境仿真实验功能。实验举例：下位机初试值(光照：67湿度：50温度：20)改变为实验值(光照：141湿度：59温度：30)，观察曲线的变化情况。（二）实验分析。根据实验步骤操作，得到图2为基于LabVIEW的外部环境仿真实验结果，通过中间的显示，上方白色曲线代表光照，中间红色曲线代表湿度，绿色曲线代表温度，在采集第3次到第4次时发生一次明显数值变化，此时采集的原始数据为“FFFF8d3b1e”，根据数据传输约定，去掉“FFFF”祯头，后剩余的为有效数据“8d3b1e”，那么此时进行十六进制数与十进制数之间的转换，即：“8d”代表光照数值141，“3b”代表湿度59，“1e”代表温度30，并将数据记录保存在文本文件里。

五、结束语

本文针对高职院校机电一体化技术专业学生搭建基于LabVIEW的综合仿真实验，从下位机传感器到微处理器控制系统，从串口通信到上位机监测，促进学生系统掌握、电工电子、单片机等综多门基础及专业课程的再次学习和巩固，培养学生敢于综合所学知识，挑战自我，独立思考，努力解决现实难题，此次综合仿真设计还丰富了学生教学实践环节，提升学生动手仿真的能力。图2基于LabVIEW的外部环境仿真实验结果

参考文献：

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作者:李 松 陈 朗 龚宏磊 单位:重庆航天职业技术学院