第第頁TOC\o"1-3"\h\u15602摘要： 4121191.虛擬儀器 596301.1虛擬儀器概述 5102591.2虛擬儀器的通用儀器硬件平臺 7183751.3虛擬儀器的軟件層次結(jié)構(gòu) 7119332.LaVIEW的程序構(gòu)成與模塊簡介 9140092.1前面板 9320612.2程序框圖 1038663.設(shè)計要求及設(shè)計方案 10254643.1設(shè)計要求 10230233.2設(shè)計方案 10101244.設(shè)計內(nèi)容 11185884.1基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集設(shè)計 11125144.2基于虛擬儀器的溫度檢測設(shè)計 1166864.3顯示及記錄軟件設(shè)計 1210993

5.程序的運行與調(diào)試 13150535.1程序的運行 1331825.2程序調(diào)試技術(shù) 14315845.3運行結(jié)果 1532565.4總程序框圖 16248596.設(shè)計體會 1786697.參考文獻 18摘要：虛擬儀器（virtualinstrumention）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國NI公司的LabVIEW。LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。

LabVIEW開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們在監(jiān)控與監(jiān)測生產(chǎn)過程、居住環(huán)境、生活質(zhì)量等過程中，制造了各種各樣科學(xué)儀器。本文設(shè)計就是建立在VI基礎(chǔ)上，在此平臺上完成對溫度實時監(jiān)測。關(guān)鍵詞：虛擬儀器LaVIEW溫度監(jiān)測虛擬儀器1.1虛擬儀器概述虛擬儀器，是一種以計算機和測試模塊的硬件為基礎(chǔ)、以計算機軟件為核心所構(gòu)成的，并且在計算機顯示屏幕上虛擬的儀器面板，以及由計算機所完成的儀器功能，都可由用戶軟件來定義的計算機儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器有以下特點。1.儀器功能方面：（1）虛擬儀器是一種創(chuàng)新的計算機儀器，而非一種傳統(tǒng)意義上的具體的儀器，它是一種功能意義上而非物理意義上的儀器，儀器功能可由用戶軟件定義，柔性結(jié)構(gòu)，靈活組態(tài)，給了用戶一個充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。（2）一臺計算機被設(shè)計成多臺不同功能的測量儀器，能集多種功能于一體，構(gòu)成多功能和多用途的綜合儀器，極大地豐富和增強了傳統(tǒng)儀器的功能。（3）由于計算機有極其豐富的軟件資源，極高的運算速度和龐大的存儲空間，對測量數(shù)據(jù)有強大的分析和處理能力，可以進行快捷、實時的處理，也可以將數(shù)據(jù)存儲起來，以供需要時調(diào)出分析之用。這種能力所引伸出的儀器功能，在傳統(tǒng)儀器中是不可能具有的。2.用戶界面方面：（1）友好的人機交互界面使儀器的使用操作十分簡便，圖形化的用戶界面形象、美觀，可以方便地由用戶自己定義，使之更具個性化。（2）功能復(fù)雜的儀器面板，可以劃分成幾個分面板，這樣在每個分面板上就可以實現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡潔化，從而提高操作的正確性與便捷性。（3）軟面板上虛擬的顯示器件和操作元件的種類與形式不受“標(biāo)準(zhǔn)件”和“加工工藝”的限制，通過編程可隨時從庫中取用，可根據(jù)用戶認(rèn)知要求和操作要求來進行面板設(shè)計，具有極大靈活性和創(chuàng)新性。3.系統(tǒng)集成方面：（1）由于虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于計算機的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，用戶可以將儀器的設(shè)計、使用和管理統(tǒng)一到一個標(biāo)準(zhǔn)上來，提高了資源的可重復(fù)利用率，可根據(jù)需要選用不同廠家的產(chǎn)品，可以隨心所欲地集成一個滿足復(fù)雜測試要求的虛擬儀器系統(tǒng)，其開發(fā)技術(shù)難度低、效率高、周期短、成本低。（2）基于標(biāo)準(zhǔn)化的計算機總線和儀器總線，儀器硬件實現(xiàn)了模塊化、系列化，大大方便了系統(tǒng)集成，縮小了系統(tǒng)尺寸，提高了系統(tǒng)的工作速度，加之軟件的標(biāo)準(zhǔn)化和互換性，可方便地組建小型化、多用途、高性能的即插即用的模塊化儀器系統(tǒng)。（3）基于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)，廣泛支持各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，可實現(xiàn)方便靈活的互連，可以通過高速計算機網(wǎng)絡(luò)組建一個大型的分布式測試系統(tǒng)，即構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化的集成系統(tǒng)，進行遠(yuǎn)程測試、監(jiān)控與故障診斷。決定虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器不可能具備的特點的根本原因在于“虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件”。虛擬儀器的構(gòu)成如圖1.1所示。顯示器顯示器信號分析及處理人機接口各類借口A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)發(fā)生器信號調(diào)整器信號調(diào)整器信號調(diào)整器D/A轉(zhuǎn)換器信號輸入信號輸出圖1.1虛擬儀器的構(gòu)成1.2虛擬儀器的通用儀器硬件平臺根據(jù)測試的基本要求，作為通用硬件平臺應(yīng)具備兩種基本儀器的功能：①采集信號，構(gòu)成各種信號檢測儀器；②產(chǎn)生信號，構(gòu)成各種信號發(fā)生器?；蛘邇烧咄瑫r兼而有之。因此，外圍硬件設(shè)備的基本功能結(jié)構(gòu)應(yīng)以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換功能為核心，再配備適當(dāng)?shù)那岸诵盘栒{(diào)理，數(shù)據(jù)存儲、數(shù)字I/O等功能，共同完成虛擬儀器的信號采集、產(chǎn)生和控制功能。1.3虛擬儀器的軟件層次結(jié)構(gòu)虛擬儀器軟件系統(tǒng)是一個包含了從底層硬件操作的儀器接口到上層軟面板操作的人機接口，即包含從I/O接口層到應(yīng)用層的一個完整系統(tǒng)。為了簡化系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用，實現(xiàn)系統(tǒng)的開放性和互換性，把整個軟件系統(tǒng)劃分成為層次化結(jié)構(gòu)，并對各層進行了定義和規(guī)范。根據(jù)虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)規(guī)范的定義，從底層到頂層，虛擬儀器系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)由I/O接口層、儀器驅(qū)動層和應(yīng)用軟件層三個層次構(gòu)成。1、I/O接口層（VISA庫）I/O接口軟件位于儀器設(shè)備（即I/O接口設(shè)備）與儀器驅(qū)動程序之間，是一個完成對儀器寄存器進行直接存取數(shù)據(jù)操作，并為儀器設(shè)備與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件，是實現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)。VISA（Virtual

Istrumentation

Sofrware

Architecture）庫實質(zhì)就是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱，一般稱這個I/O函數(shù)庫為VISA庫。它駐留于計算機系統(tǒng)之中，執(zhí)行儀器總線的特殊功能，是計算機與儀器之間的軟件層連接，用來實現(xiàn)對儀器的控制。對于儀器驅(qū)動程序開發(fā)者來說，VISA庫是一個可調(diào)用的操作函數(shù)庫或集合。2、儀器層驅(qū)動儀器驅(qū)動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟件程序集合，它負(fù)責(zé)處理與某一專門儀器通信和控制的具體過程，將底層的復(fù)雜的硬件操作隱蔽起來，封裝了復(fù)雜的儀器編程細(xì)節(jié)，為用戶使用儀器提供了簡單的函數(shù)調(diào)用接口，是應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)儀器控制的橋梁。用戶在應(yīng)用程序中調(diào)用儀器驅(qū)動程序，進行儀器系統(tǒng)的操作與設(shè)計，簡化了用戶的開發(fā)工作。3、應(yīng)用軟件層在虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用軟件是建立在儀器驅(qū)動程序之上的上層軟件，用戶可通過寫應(yīng)用程序來定義虛擬儀器的功能，即通過應(yīng)用程序提供的界面直觀、友好的軟面板，以及豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能，來實現(xiàn)儀器的測量功能。應(yīng)用軟件由測試管理軟件和測試功能軟件兩部分構(gòu)成。此外，應(yīng)用軟件還包括通用數(shù)字處理軟件。LaVIEW的程序構(gòu)成與模塊簡介LabVIEW的核心是VI（G語言編寫的程序）。該環(huán)節(jié)包含三個部分：程序前面板(Front

Panel)、程序框圖(Block

Diagram)和圖標(biāo)/連接端口（Icon/Connector）。2.1前面板前面板是Ⅵ程序的用戶操作界面，是Ⅵ程序的交互式輸入和輸出端口，通常使用輸入控件和顯示控件來創(chuàng)建前面板。輸入控件是指旋鈕、按鈕、轉(zhuǎn)盤等輸入裝置，輸入控件模擬儀器的輸入裝置，為Ⅵ的程序框圖提供數(shù)據(jù)；顯示控件是指圖表、\t"/data/html/2008-9-17/_blank"指示燈等顯示裝置，顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。空白的前面板窗口如圖2.1所示。圖2.1前面板窗口2.2程序框圖

每個前面板都有相應(yīng)的程序框圖與之對應(yīng)。程序框圖是VI的圖像化源代碼，是實現(xiàn)程序的核心，可以把它想象為傳統(tǒng)儀器機箱中用來實現(xiàn)功能的零部件，它可以控制和操縱定義在前面板的輸入和輸出功能。程序框圖由節(jié)點、端口和連線等要素組成。程序框圖的空白窗口如圖2.2所示。圖2.2程序框圖窗口設(shè)計要求及設(shè)計方案3.1設(shè)計要求開展硬件選型、方案設(shè)計、軟件實現(xiàn)、實驗調(diào)試等工作，完成溫度監(jiān)測虛擬儀器的設(shè)計，實現(xiàn)功能：時鐘、對話框、上下線報警、數(shù)據(jù)存儲歷史數(shù)據(jù)瀏覽等。3.2設(shè)計方案該設(shè)計選擇N

I

公司的LabVIEW

完成、對虛擬儀器的軟件編寫LabVIEW

是上限報警一套專為數(shù)據(jù)采集與儀器控制、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)表達(dá)而設(shè)計的圖形化編程軟件，將其與一般的數(shù)據(jù)采集以及儀器設(shè)備加以組合，就可以設(shè)計出虛擬儀器。虛擬儀器的溫度檢測系統(tǒng)總體上說是一個智能化的信號采集處理系統(tǒng)，在其結(jié)構(gòu)上主要由完成溫度信號采集、放大和預(yù)處理的前端硬件電路部分和完成數(shù)據(jù)采集。基于虛擬儀器溫度監(jiān)控流程圖如圖3.1所示。上限報警溫度計數(shù)據(jù)處理采集數(shù)據(jù)溫度計數(shù)據(jù)處理采集數(shù)據(jù)下限報警下限報警圖3.1溫度監(jiān)控流程圖設(shè)計內(nèi)容4.1基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集設(shè)計LabVIEW（Laboratory

Virtual

Instrument

Engineering）是一種開放型的通用程序開發(fā)系統(tǒng)，具有強大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和儀器控制功能?；谔摂M儀器的數(shù)據(jù)采集程序框圖，如圖4.1所示。圖4.1數(shù)據(jù)采集程序框圖4.2基于虛擬儀器的溫度檢測設(shè)計本系統(tǒng)以labview8.5

作為開發(fā)工具?，F(xiàn)以仿真數(shù)據(jù)為例來講述系統(tǒng)軟件對溫度的監(jiān)測、報警及顯示功能。利用labview8.5編程可以對溫度實時監(jiān)測。當(dāng)溫度超過上限要求時蜂鳴器會報警同時及時點亮報警燈進行報警，報警的上限值可以通過前面板的輸入控件改變其值。溫度檢測系統(tǒng)如圖4.2所示。圖4.2溫度檢測系統(tǒng)4.3顯示及記錄軟件設(shè)計顯示系統(tǒng)可以用波形圖來進行溫度信號的顯示，波形圖能夠清楚的看出溫度的跳躍情況，方便與工作人員的觀察，圖4.3為波形圖的顯示。圖4.3波形圖的顯示溫度數(shù)據(jù)的存儲課通過創(chuàng)建Exprss表格來進行記錄與存儲。圖4.4為Exprss表格記錄。圖4.4Exprss表格記錄進行顯示對話框的相關(guān)設(shè)置可以在進入程序是看到“歡迎光臨”的字樣。如圖4.5所示。圖4.5界面對話框

5.程序的運行與調(diào)試5.1程序的運行

當(dāng)編寫完成一個虛擬儀器VI程序后，若想檢驗程序是否正確，在前面板和程序框圖工具條上找到運行按鈕，單擊該按鈕運行，使程序運行一次，程序運行后該按鈕變成形狀。如果想讓程序連續(xù)運行，單擊連續(xù)運行按鈕，程序即可連續(xù)運行。停止按鈕用于在程序運行中非正常的停止程序運行，在序運行后該按鈕由暗變亮。暫停按鈕用于在程序運行時讓程序暫停，單擊該按鈕，程序暫停，停止當(dāng)前執(zhí)行到的地方，停止單擊，程序繼續(xù)運行。5.2程序調(diào)試技術(shù)

1.找出語法錯誤若一個VI程序不能執(zhí)行，運行按鈕會變成一個折斷的箭頭，這表示該VI存在錯誤。單擊該折斷的箭頭或使用菜單命令Windows-Show

Error

List，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，雙擊其中任何一個列出的錯誤，則出錯的對象或端口都就會變成高亮。2.設(shè)置程序高亮度運行單擊程序框圖工具條上的高亮執(zhí)行按鈕，則它變成高亮的形式，單機運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，并在程序運行中用氣泡顯示數(shù)據(jù)沿著連線從一個節(jié)點流向另一個節(jié)點的情況。這樣就可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行，再次按下高亮執(zhí)行按鈕，程序回復(fù)正常運行。

3.單步執(zhí)行

為查找程序中的邏輯錯誤，可以讓程序框圖一個節(jié)點一個節(jié)點地執(zhí)行，這就是單步執(zhí)行。單擊工具條的單步執(zhí)行按鈕或，激活單步執(zhí)行，閃爍的節(jié)點表示該節(jié)點準(zhǔn)備執(zhí)行。激活單步執(zhí)行后，按鈕稱作單步進入，按鈕乘坐單步跨越。再次按下單步執(zhí)行按鈕，閃爍的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行節(jié)點變?yōu)殚W爍。單擊按鈕，結(jié)束正在執(zhí)行的節(jié)點。

4.斷點斷點工具用于使程序在某處暫停執(zhí)行，以便使用探針或單步方式觀察中間結(jié)果。用該工具單擊希望設(shè)置或清除斷點的地方，則斷點被設(shè)置或清除。斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為紅框，對于連線表示為紅點。當(dāng)VI程序運行到斷點處，程序被暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點處，以閃爍表示。按下單步按鈕，進入單步狀態(tài)。探針探針工具用于程序執(zhí)行時顯示流經(jīng)某一連接線的數(shù)據(jù)值。用該工具單擊希望放置探針的連接線，這時會彈出一個探針顯示窗口。通過該窗口，觀察流過數(shù)據(jù)的詳細(xì)信息。探針結(jié)合高亮執(zhí)行、單步執(zhí)行和斷點等工具可以使程序調(diào)試相當(dāng)迅速、有效。5.3運行結(jié)果運行結(jié)果如圖5.3所示。圖5.3運行結(jié)果5.4總程序框圖總程序框圖如圖5.4所示圖5.4總程序框圖設(shè)計體會經(jīng)過近兩個星期的努力，本文設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)基本實現(xiàn)了預(yù)期設(shè)計的功能，利用LabVIEW軟件實現(xiàn)對溫度的監(jiān)控，實現(xiàn)了該系統(tǒng)預(yù)計的功能，數(shù)據(jù)的實時采集、存儲、溫濕度越限的聲光報警等。但是有許多設(shè)計的地方還不夠完善，希望以后知識鞏固了把這個設(shè)計做得更加的完善，如可以把采集到的信號進行