LABVIEW智能仪器与仪表综合设计书.docx

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LABVIEW智能仪器与仪表综合设计书

智能仪器与仪表综合设计

摘要

虚拟仪器是将仪器技术、运算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一路，利用运算机壮大的数字处置能力实现仪器的大部份功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。

本设计采纳研华数据搜集卡，运用虚拟仪器及其相关技术于温度搜集系统的设计。

该系统具有数据同时搜集、搜集数据实时显示、存储与治理、报警记录等功能。

本文第一概述了测控技术和虚拟仪器技术，探讨了虚拟仪器的总线及其标准、框架结构、LabVIEW开发平台，然后介绍了数据搜集的相关理论，在分析本系统功能需求的基础上，介绍了程序模块化设计顶用到的技术，最后给出了本设计的前后面板图。

关键字：

虚拟仪器；数据搜集；LabVIEW

第一章绪论

引言

测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中应用十分普遍，它的现代化已被以为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显标志。

20世纪70年代以来，运算机、微电子等技术迅猛进展，在其推动下，测控仪器与技术不断进步，接踵诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测控系统，运算机与现代化仪器设备间的界限日渐模糊，测控领域和范围不断拓宽。

最近几年来，以运算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控系统取得愈来愈多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。

网络化的测控系统大体上由两部份组成：

测控终端与传输介质，随着个人运算机的高速进展，测控终端的位置愈来愈多的被个人运算机所占据，其中，软件系统是运算机系统的核心，乃至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。

传输介质组成的通信网络要紧完成数据的通信与搜集，这种数据搜集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。

因此，这种“监控软件－数据搜集系统”构架的测控系统结构在很多领域都取得了普遍的应用，并形成了一套完整的理论。

课程设计背景

传统靠人工操纵的温度、湿度、液位等信号的测压﹑力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准（非线性校准、温度补偿、传感器标定等）；且它们的体积较大、利用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与，外界设备多，本钱高，因此愈来愈适应不了社会的要求。

在对多类型、多通道信号同时进行检测和操纵中，传统的测控系统能力有限。

如何将运算机与各类设施、设备结合，简化人工操作并实现自动操纵，知足社会的需求，成为一个很迫切的问题。

温度检测是现代检测技术的重要组成部份，在保证产品质量、节约能源和平安生产等方面起着关键的作用。

由单片机与LabVIEW成电路组成的温度传感器的种类愈来愈多，测量的精度愈来愈高，响应时刻愈来愈短，因其利用方便、无需变换电路等特点已经取得了普遍的应用。

随着社会的进展、科技的进步和人们生活水平的慢慢提高，各类方便于生产的自动操纵系统开始进入了人们的生活，以虚拟仪器为核心的温度搜集系统确实是其中之一。

同时也标志了自动操纵领域成了数字化时期的一员。

它有效性强，功能齐全，技术先进，令人们相信这是科技进步的功效。

温度是工业操纵中要紧的被控参数之一，专门是在冶金、化工、建材、食物、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。

随着电子技术和微型运算机的迅速进展，微机测量和操纵技术取得了迅速的进展和普遍的应用。

虚拟仪器具有处置能强、运行速度快、检查精度高等优势，应用在温度测量与操纵方面，操纵简单方便，测量范围广，精度较高。

虚拟仪器（VI）是运算机技术和传统的仪器技术相结合的产物，是仪器进展的一个重要方向。

LabVIEW是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。

本文重点介绍了虚拟仪器的界面，LabVIEW应用，并设计了一个基于虚拟仪器的数字化温度测量和操纵系统，论述了系统开发进程中数据的搜集和软硬件的设计，虚拟仪器设备能够由利用者自己概念，这意味着能够自由地组合运算机平台，硬件（包括传统仪器），软件，和各类实现应用所需要的附件。

这种灵活性在由供给商概念，功能固定，独立的传统仪器上是很难达到的。

经常使用的数字万用表，示波器，信号发生器，数据记录仪，和温度和压力监控仪器确实是这种传统仪器的代表。

从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变，为现代实验带来了更多实际的利益，同时也增进实在验手腕不断更新。

第二章虚拟仪器介绍

虚拟仪器的概念与特点

随着运算机技术的飞速进展，运算机与传统的仪器仪表结合成为一种趋势，虚拟仪器是在通用运算机平台上，用户依照自己的需求来概念和设计测试功能的仪器系统。

也确实是说虚拟仪器是由用户利用一些大体硬件及软件编程技术组成的各类各样的仪器系统。

软件是虚拟仪器的核心

虚拟仪器的硬件确立后，它的功能，如抗混淆滤波、小波分析等主若是通过软件来实现的软件在虚拟仪器中具有重要的地位。

美国国家仪器公司就曾提出一个闻名的口号软件确实是仪器。

虚拟仪器的性价比高

一方面，虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，同时，由于信号的传送和数据的处置几乎都是靠数字信号或软件来实现的，因此还大大降低了环境干扰和系统误差的阻碍。

另外，用户也能够随时依照需要调整虚拟仪器的功能，大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期；另一方面，采纳虚拟仪器还能够减少测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发本钱和保护本钱，因此，利用虚拟仪器比传统仪器经济。

虚拟仪器具有良好的人机界面

在虚拟仪器中测量结果是通过由软件在运算机屏幕上生成的、与传统仪器面板相似的图形界面由软面板来实现的。

虚拟仪器的应用

虚拟仪器技术通过十几年的进展而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向进步。

在国内最近几年来也开始有了利用虚拟仪器实现检测、操纵等功能的例子，虚拟仪器系统已成为仪器领域的一个大体方式，是技术进步的必然结果。

2.2.1虚拟仪器在测量方面的应用

虚拟仪器系统开放、灵活，可与运算机技术维持同步进展，将之应用在测量方面能够提高精准度，降低本钱，并大大节省用户的开发时刻因此已经在测量领域取得普遍的应用。

2.2.2虚拟仪器在监控方面的应用

用虚拟仪器系统能够随时搜集和记录从传感器传来的数据，并对之进行统计、数字滤波、频域分析等处置，从而实现监控功能。

当前气敏传感器正朝着快速响应、小型化和经济化进展，这种进展趋势引发了微电子气敏传感器的进展。

2.2.3虚拟仪器在检测方面的应用

在实验室中,利用虚拟仪器开发工具开发专用虚拟仪器系统，能够把一台个人运算机变成一组检测仪器，用于数据/图像搜集、操纵与模拟。

2.2.4虚拟仪器在教育方面的应用

此刻,随着虚拟仪器系统的普遍应用，愈来愈多的教学部门也开始用它来成立教学系统，不仅大大节省开支，而且由于虚拟仪器系统具有灵活、可重用性强等优势使得教学方式也加倍灵活了。

第三章LabVIEW语言及功能简介

LabVIEW语言概述

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（laboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）的简称，是目前应用最广、进展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。

取得工业界学术界的普遍认可和好评。

它能够把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方式选择功能（图形），用线条将各类功能（图形）连接起来的简单图形编程方式，为没有编程体会的用户进行编程、查错、调试提供了简单方便、完整的环境和工具，尤其适合于从事科研、开发的科学家和工程技术人员利用。

LabVIEW是一种虚拟仪器开发平台软件，能够以其直观简便的编程方式、众多的源代码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际工程中所需要的仪器系统制造了基础条件。

LabVIEW与其它运算机语言相较，有一个专门重要的不同点：

其它运算机语言都是采纳基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采纳图形化编程语言——G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，专门适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和利用，可在很短的时刻内把握并应用到实践中去。

编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时刻内就能够够学会并应用LabVIEW。

也没必要去经历那眼花缭乱的文本式程序代码。

LabVIEW的功能十分壮大。

像C或C++等其它运算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各类各样、功能壮大的函数库，包括数据搜集、GPIB、串行仪器操纵、数据分析、数据显示及数据存储，乃至还有目前十分热点的网络功能。

LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步执行等。

LabVIEW的动态持续跟踪方式，能够持续、动态地观看程序中的数据其转变情形，比其它语言的开发环境更方便、更有效。

LabVIEW语言的特点

G语言编写的程序称为虚拟仪器VI（VirtualInstrument），因为它的界面和功能与真实仪器十分相像，在LabVIEW环境下开发的应用程序都被冠以VI后缀以表示虚拟仪器的含义。

一个VI由交互式用户接口、数据流框图和图标连接端口组成。

同时，G语言最正确地实现了模块化编程思想。

用户能够将一个应用分解为一系列任务，再将任务细分，将一个复杂的应用分解为一系列的简单子任务，为每一个子任务成立一个VI，然后把这些VI组合在一路完成最终的应用程序。

因为每一个SubVI能够单独执行，因此很容易调试。

LabVIEW的运行机制就宏观上讲已经再也不是传统上的冯·诺依曼运算机体系结构的执行方式。

传统的运算机语言（如C语言）中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替：

从本质上讲，它是一种带有图形操纵流结构的数据流模式。

数据流程序设计规定一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的输出只有当它的功能完成时才是有效的。

也确实是说在这种数据流程序的概念中程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、运算机等因素的阻碍。

如此LabVIEW中被连接的功能节点之间的数据操纵着程序的执行顺序，而不同文本程序受到行顺序执行的约束。

从而咱们能够通过彼此连接功能节点快速简练地开发应用程序，乃至还能够有多个数据通道同步运行。

用LabVIEW编制程序图时，没必要受常规程序设计语法细节的限制。

第一，从功能菜单当选择需要的功能节点，将之置于面板上适当的位置；然后用导（Wires）连接各功能节点在程序图中的端口，用来在功能节点之间传输数据。

这些节点包括了简单的算术功能，高级数据搜集和分析VI和用来存储和检索数据的文件输入输出功能和网络功能。

用LabVIEW编制出的图形化VI是分层次和模块化的。

咱们能够将之用于顶层（Toplevel）程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。

显然LabVIEW依附并进展了模块化程序设计的概念。

图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。

虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW

LabVIEW是一个高效的图形化程序设计环境，它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活壮大的G编程语言。

提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合。

在那个平台上，各类领域的专业工程师和科学家们通过概念和连接代表各类功能模块的图标来方便迅速地成立高水平的应用程序。

针对测试测量和进程操纵领域，提供了大量的仪器面板中的操纵对象，如表头、旋钮、图表等。

通过操纵编辑器可将现有的操纵对象修改成适合自己工作领域的操纵对象。

利用图表表示功能模块，利用图标间的连线表示在各功能模块间传递的数据，如此使得编程进程与思维进程超级近似。

提供程序调试功能。

能够在源代码中设置断点，单步执行源代码，在源代码中的数据流连线上设置探针，在程序运行进程中观看数据流的转变。

继承传统的编程语言中的结构化和模块化编程的优势，采纳编译方式运行32位应用程序，提高了运行程序的速度。

支持多种系统平台。

在任何一个平台上开发的LabVIEW应用程序可直接移植到其它平台上。

提供了大量的函数