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1LabVIEW軟件概述

LabVIEW是LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench的英文縮寫，是一個圖形化的開發軟件，結合了圖形化編程方式，具有高性能與靈活性，專門為測試、測量及自動化控制的應用設計配置功能，為數據采集、儀器控制、測量分析與數據顯示等提供了必要的開發工具[6]。用LabVIEW軟件開發的應用程序叫做VI(VirtualInstrument，即虛擬儀器)。VI是由圖標、連線以及框圖所構成的應用程序，由前面板和后面板兩部分構成，前面板是應用程序的操作界面，主要由控制量和顯示量構成。在程序運行時，用戶通過控制量輸入數據并控制程序的運行，而顯示量則主要用于顯示程序運行的結構。本文采用美國NI公司LabVIEW8.0軟件平臺。

1.1前面板模塊前面板用于設置輸入數值和觀察輸出量。程序前面板是模擬真實儀表的面板，用戶可以從控制工具箱中選用許多圖板，如旋鈕、開關、按鈕、數字顯示、計量器、LED顯示器、圖表等。完成設計后只需在程序執行時按一下開關，撥動一下旋鈕，將圖形局部放大或是從鍵盤輸入一個值，便可以完全操控整個儀器。

1.2方塊圖程序的編程每個前面板都配有一個對應的方塊圖程序，方塊圖程序也稱做框圖程序。方塊圖程序可以把它理解成傳統程序的源代碼，方塊圖中的部件可以看成程序節點，如循環控制事件控制和算術功能等，這些部件用連線連接，以定義方塊圖內數據流動的方向。LabVIEW方塊圖程序的結構為模塊化結構，因此每一個LabVIEW程序都可以單獨執行，或者被其他程序當成子程序來調用。甚至可以為每個子程序設計不同的圖標，如此便可以設計出一組可供修改，交換或與其他LabVIEW程序相鏈接的子程序庫，以符合用戶不同的需求。LabVIEW的主要特點[7]為：(1)采用圖形化(數據流)的編程語言，編程簡單，開發周期短。(2)采用數據流編程模式，能同時運行多個程序的多個任務系統。(3)提供了豐富的用于數據采集、分析、表達及數據存儲的函數庫。

2基于LabVIEW的仿真教學系統的設計

實驗教學環節在理工科學生培養中占有重要地位，對于深化學生對知識的理解和掌握、培養學生分析及解決問題的能力具有重要作用。仿真教學系統能拓展實驗空間，有效提高學生學習質量及效率。大型分析儀器種類繁多，價格昂貴，易損壞。儀器分析虛擬仿真實驗系統的構建既能降低儀器成本，又能使學生對理論知識有深入直觀的認識，有效提高授課效果。電化學工作站是電化學測量系統的簡稱，是電化學研究和教學常用的測量設備，可進行循環伏安法、交流阻抗法、交流伏安法等多種測量。本文以循環伏安法為例建立虛擬仿真系統。具體包括程序結構框架設計，前面板設計和框圖程序設計。

2.1仿真系統程序結構框架設計首先進行程序結構框架設計，循環伏安虛擬仿真系統流程如圖1所示。

2.2仿真系統前面板設計前面板是用于人機交互的程序圖形用戶窗口，本系統前面板包括實驗技術設定、控制參數設定、數據采集、波形顯示等功能。本文以6×10-3mol/L鐵氰化鉀在0.1mol/L氯化鉀溶液中的循環伏安實驗為例，設計鐵氰化鉀循環伏安虛擬仿真實驗系統前面板，如圖2所示。前面板由旋鈕、按鈕、圖形和其他控制與顯示對象等組成，通過鼠標和鍵盤輸入數據、控制按鈕，即可在計算機顯示器上直接觀看結果。首先在前面板中進行參數設定，VI程序運行時通過數據控制端口傳遞到框圖程序中，供節點使用，程序運行產生的數據輸出，通過指示端口傳遞到前面板中相應位置，其中電壓步長用以調節電壓E的間隔，X-Y圖顯示鐵氰化鉀的循環伏安曲線。控制界面美觀大方，操作方便，可直觀反映電流隨電壓變化。

2.3仿真系統框圖程序設計仿真系統框圖程序如圖3所示，仿真循環伏安系統程序框圖采用導入Excel表格形式輸入數據，包括報告表格、表格索引、獲取表格數據、數組索引及傳送數據的連線。通過程序運算后的數為據轉化動態數據，再連接到圖形顯示控件，實現鐵氰化鉀的模擬仿真循環伏安曲線。

2.4氣相色譜儀模擬仿真教學系統設計采用上述設計循環伏安模擬仿真教學系統同樣方法，建立了氣相色譜儀模擬仿真實驗教學系統，前面板如圖4所示，該系統能生動、形象地模擬運行與傳統儀器相同的實驗效果。即可節約實驗成本，又激發了學生做實驗的興趣和創造性，此外，網絡技術的發展也給仿真實驗教學系統帶來了資源的共享性。

3結論

本文基于LabVIEW軟件開發循環伏安及氣相色譜儀模擬仿真實驗教學系統，將該系統應用于儀器分析實驗教學，一方面緩解了儀器設備少，教學資源不足的問題。另一方面，學生通過計算機就能對實驗進行預習和演練，增強了學生對實驗的認知深度，帶來一種如臨現場的親身感受，提高了學生的感性認識和學習效果，是一種新的實驗教學模式。同時，基于LabVIEW的仿真設計思路和方法對其它儀器仿真設計制作也具有一定的參考價值。盡管使用仿真技術構建的虛擬實驗室能解決部分傳統實驗教學方式中存在的一些問題，但并不代表其可以代替實驗，虛擬實驗室與實際操作兩者結合方能更有效地達到實驗教學目的。

作者：秦玉華張騰宇羊建夏李圣杰李騰現秦翠燕姚甜單位：瓊州學院理工學院東北電力大學自動化工程學院