Das texanische Unternehmen National Instruments (NI) gehört mit
seinen „virtuellen Instrumenten“ zu den Wegbereitern
praxisorientierter Unterrichtsmaterialien für die Ausbildung in der
Mess-, Prüf-, Steuer-, Regel- und Embedded-Technik.
Um die Entwicklungskits nutzen zu können, ist ein PC oder ein
Notebook mit Windows-Betriebssystem erforderlich. Durch die grafische
Entwicklungsumgebung LabVIEW lassen sich einerseits die Signale
unterschiedlichster Sensoren so darstellen, dass der Rechner die
Aufgaben zahlreicher Messinstrumente simuliert beziehungsweise
virtualisiert, andererseits ermöglicht die Software das Entwickeln und
Testen von Schaltungen.
Welche Entwicklungskits bietet NI an?
Das weltweit populärste Kit trägt die Bezeichnung ELVIS
(Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite). Es wurde
speziell entwickelt, um Grundlagen digitaler und analoger
Elektronik an Schulen und Universitäten zu vermitteln.
Beliebt für die Ausbildung in der digitalen Kommunikation ist
die Lehrplattform USRP. Sie enthält zwei Transceiver des Typs
USRP-2920S, damit ist das Senden und Empfangen von Signalen im Bereich
von 50 MHz bis zu 2,2 GHz möglich. Abgedeckt sind damit die die Bänder
FM, GPS, Radar und ISM.
Was ist das Besondere an der ELVIS-Lehrplattform?
Die Plattform verwendet LabVIEW-basierte Softwareinstrumente,
eine maßgeschneiderte, per Hi-Speed-USB an den Rechner
angeschlossene Workstation sowie ein Prototyping-Board.
Auf letzterem lassen sich handelsübliche elektronische Bauteile
beliebig zusammenstecken. Danach lässt sich die Schaltung mit
virtuellen Laborinstrumenten austesten. Zu den Instrumenten gehören:
Was ist das Besondere an der USRP-Lehrplattform?
Bei dieser Plattform handelt es sich um eine Komplettlösung zur
digitalen Kommunikation. Sie umfasst zwei per Software
konfigurierbare NI-USRP-RF-Transceiver (Universal Software Radio
Peripheral), das LabVIEW Modulation Toolkit sowie sofort
einsatzbereites Kursmaterial. Das Paket enthält zudem Komponenten
einer einzelnen Laborstation. Damit können Studierende praktische
Erfahrung im Einrichten einer Live-Kommunikationsverbindung zwischen
zwei USRPs sammeln.
Wie profitieren Lehrende und Lernende von den Kits?
Die Hardwareplattformen von NI lassen sich vom anfänglichen bis zum
fortgeschrittenen Unterricht verwenden. Sie helfen Pädagogen bei der
Vermittlung einer Vielzahl von Konzepten, einschließlich der
Messung und Instrumentierung analoger und digitaler Schaltungen und
Steuerungen in Mechatronik, Telekommunikation und der eingebetteten Theorie.
Studierende profitieren von sofort in die Praxis umsetzbaren
Prototypen, die ansonsten in fehlerträchtigen fliegenden
Schaltungen, per Steckbretter und nur mit begrenzter Unterstützung von
wenigen Laborgeräten erprobt werden können. Die Ausbildungszeit
verkürzt sich mit den Lehrplattformen erheblich, hinzu kommt der
nicht unerhebliche Motivationsfaktor, der den Studienerfolg maßgeblich beeinflusst.
Die Lehrplattformen von NI richten sich zwar in erster Linie an
technische Pädagogen in Fachhochschulen und Universitäten. Immer
häufiger allerdings entdecken auch Ausbilder in Betrieben die
didaktischen Vorzüge dieser Systeme. Dazu zählen beispielsweise
Unternehmen aus dem Bereich Mechatronik. Sollten Sie in einem
solchen Betrieb als Ausbilder arbeiten, könnten Sie beispielsweise vom
„Quanser QNET Mechatronic
FAQ – häufig gestellte Fragen
Gibt es von NI spezielle
Ergänzungssysteme, die mit LabVIEW kompatibel sind?
Zur einfachen Datenprotokollierung wird häufig das USB-6000
eingesetzt. Dabei handelt es sich um ein per USB-Kabel
anzuschließendes Datenerfassungsgerät für portable Messungen. Mit der
im Lieferumfang jedes Geräts enthaltenen interaktiven Software NI
SignalExpress können in Minutenschnelle grundlegende Messungen
vorgenommen und Daten protokolliert werden. Die Datenerfassung und
-generierung kann zudem mithilfe des leistungsfähigen Treibers
NI-DAQmx in NI LabVIEW, NI LabWindows™/CVI, NI Measurement Studio und
einer Reihe weiterer unterstützter Programmiersprachen angepasst werden.
Das USB-6000 bietet 8 analoge Eingänge, eine Auflösung von 12 Bit,
und eine maximale Sample-Rate von 10 kS/s.
Können bei der ELVIS-Lehrplattform
auch Experimentierplatinen von Drittanbietern verwendet werden?
Bei ELVIS handelt es sich um eine offene Architektur, für die
beispielsweise die Unternehmen Emona, Freescale Semiconductor und
Quanser spezielle Platinen entwickeln. So bietet Emona ein Board für
den Bereich Telekommunikation (DATEx) sowie für Glasfasertechnologie
(FOTEx) an. Freescale hat einen Mikrocontroller im Embedded/MCU-Design
als „Student Learning Kit“ im Angebot. Quanser offeriert gleich fünf
Platinen: QNET-010 Gleichstrommotorsteuerung, QNET-011 rotierendes
umgekehrtes Pendel, QNET-012 HVAC-System, QNET-013 Vertikaler Start-
und Landepunktantrieb (VTOL) sowie QNET-014 Mechatronik Sensor 1.
