1、信息工程學(xué)院虛擬儀器結(jié)課論文基于LABVIEW的數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計 指導(dǎo)老師：肖俊生 學(xué)院：信息工程學(xué)院 專業(yè)：09自動化4班 學(xué)號： 姓名：楊尚文基于labview的數(shù)據(jù)記錄儀設(shè)計一：實(shí)驗要求1：設(shè)計一個數(shù)據(jù)記錄儀，可以連續(xù)定時的采取一個電壓信號。2：該數(shù)據(jù)記錄儀可顯示電壓的峰值和平均值。3：可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存和回放功能。二：概述數(shù)字信號在我們周圍無所不在。因為數(shù)字信號具有高保真、低噪聲和便于信號處理的優(yōu)點(diǎn)，所以得到了廣泛的應(yīng)用，例如電話公司使用數(shù)字信號傳輸語音，廣播、電視和高保真音響系統(tǒng)也都在逐漸數(shù)字化。太空中的衛(wèi)星將測得數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的形式發(fā)送到地面接收站。對遙遠(yuǎn)星球和外部空間拍攝的照片也

2、是采用數(shù)字方法處理，去除干擾，獲得有用的信息。經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)、人口普查結(jié)果、股票市場價格都可以采用數(shù)字信號的形式獲得。因為數(shù)字信號處理具有這么多優(yōu)點(diǎn)，在用計算機(jī)對模擬信號進(jìn)行處理之前也常把它們先轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。目前，對于實(shí)時分析系統(tǒng)，高速浮點(diǎn)運(yùn)算和數(shù)字信號處理已經(jīng)變得越來越重要。這些系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用到生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)處理、語音識別、數(shù)字音頻和圖像處理等各種領(lǐng)域。數(shù)據(jù)分析的重要性在于，無法從剛剛采集的數(shù)據(jù)立刻得到有用的信息，如下圖所示。必須消除噪音干擾、糾正設(shè)備故障而破壞的數(shù)據(jù)，或者補(bǔ)償環(huán)境影響，如溫度和濕度等。通過分析和處理數(shù)字信號，可以從噪聲中分離出有用的信息，并用比原始數(shù)據(jù)更全面的表格顯示這些信息。下

3、圖顯示的是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)曲線?，F(xiàn)在就簡單的做一個數(shù)據(jù)記錄儀。數(shù)據(jù)記錄器的應(yīng)用包括數(shù)據(jù)采集、分析、儲存以及今后的分析工作和對數(shù)據(jù)的調(diào)用。每個數(shù)據(jù)記錄器都有一些核心的特征。第一，工程師們需要將數(shù)據(jù)采集并記錄到一個存儲的位置；第二，工程師們在采集過程中和采集過程結(jié)束后都必須對數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察；第三，工程師們需要通過數(shù)據(jù)來記錄警報以及觸發(fā)事件；第四，網(wǎng)絡(luò)裝置對于工程師來說應(yīng)該是簡單、明晰的；第五，對于數(shù)據(jù)實(shí)行不同類型的安全防范應(yīng)該是簡單容易的。為能實(shí)現(xiàn)這5點(diǎn)要求，LabVIEW的軟件平臺為快速而又容易地建立監(jiān)測應(yīng)用提供了一種特效的工具數(shù)據(jù)記錄及監(jiān)控模塊。三：本實(shí)驗的設(shè)計思想本實(shí)驗采用的是DAQ板卡外接信號

4、作為信號源，當(dāng)程序運(yùn)行起來后。1；進(jìn)行信號類型的選擇。2；用“操縱量旋鈕”對信號波形的頻率和幅值進(jìn)行設(shè)定，而在這一過程中，為了要接受所需的信號，需要調(diào)節(jié)信號的“頻率”、“幅值”兩個量值。整個過程需通過波形圖控件來顯示產(chǎn)生的波形，以作參考。3；通過配備DAQ采集卡，采集信號并且輸出,存儲并回放。在該環(huán)節(jié)中輸出會有一定時間的滯后，偶爾需要幾秒的時間等待。四：數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計原理1.數(shù)據(jù)記錄儀具有數(shù)據(jù)記錄與回放功能。數(shù)據(jù)記錄與回放時測試系統(tǒng)所必須的基本功能，采用文件的形式記錄與回放數(shù)據(jù)滿足大多數(shù)應(yīng)用場合的需求，具有方便靈活成本低廉的特點(diǎn)。Labview支持多種數(shù)據(jù)格式的文件，用于測試數(shù)據(jù)的記錄與回放

5、。其選擇數(shù)據(jù)記錄與回放的文件格式一般包括文本文件、二進(jìn)制文件、數(shù)據(jù)記錄文件、波形文件測量文件、我采用了數(shù)據(jù)記錄文件。數(shù)據(jù)記錄文件也是二進(jìn)制格式文件，它用來存儲復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)最簡單最快捷，而且很容易隨機(jī)訪問數(shù)據(jù)，但是只有l(wèi)abview可以讀取或處理這種文件格式。數(shù)據(jù)記錄文件類似于數(shù)據(jù)庫文件，因為它以記錄序列的形式存放數(shù)據(jù)，一個記錄中可以存儲幾種不同類型的數(shù)據(jù)，但是各個數(shù)據(jù)的類型必需一致。向數(shù)據(jù)記錄文件寫數(shù)據(jù)時，每一個記錄是一個簇。不僅可以在圖形代碼中訪問數(shù)據(jù)記錄文件，還可以在前面板上訪問它。數(shù)據(jù)記錄與回放的基本操作：Labview記錄與回放數(shù)據(jù)包括三個基本操作：打開一個已經(jīng)存在的文件或創(chuàng)建一個

6、新文件；對文件進(jìn)行讀或?qū)?；關(guān)閉文件。Labview按記錄由數(shù)據(jù)記錄文件中索引數(shù)據(jù)，它自動為每個數(shù)據(jù)記錄文件保存各個記錄的數(shù)據(jù)量，這樣簡化了數(shù)據(jù)的讀取，因為可以按原來的數(shù)據(jù)分塊那一個記錄文件讀取出來，而不需要知道一個記錄包含多少字節(jié)的數(shù)據(jù)。電壓信號采集其平均值和峰-峰值。五：設(shè)計思路一個數(shù)據(jù)記錄儀應(yīng)用程序包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)存儲以及數(shù)據(jù)調(diào)用（用來分析和展示）。本實(shí)驗中通過一個while循環(huán)及一個case結(jié)構(gòu)把“錄制聲音”及“聲音播放”兩大過程結(jié)合起來。通過控制兩個布爾開關(guān)來選擇進(jìn)行哪個進(jìn)程，控制停止鍵來控制while循環(huán)的停止。具體如圖：圖一枚舉類型對于每個按鈕都有一個元素。元素的順序和

7、按鈕連線到buildarry的順序相同。本例中1為錄制聲音，2為播放聲音，0是對應(yīng)沒有按鈕按下。vatiant to date函數(shù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。其輸出的類型為從上方介入的枚舉類型。把函數(shù)輸出從零偏移轉(zhuǎn)為一偏移。圖二、錄制聲音通過聲音采集將收集的聲音存入指定路徑的文件中（該文件的擴(kuò)展名應(yīng)為*.wap,默認(rèn)的播放文件格式為wap，其余文件無法識別）這個問題還未解決。程序執(zhí)行后，存入文件路徑與路徑一致。圖三、播放聲音設(shè)計本數(shù)據(jù)記錄儀之初，是想將錄制聲音存放的文件路徑與播放聲音所在文件的路徑一致，然后播放聲音的波形圖就是采集的聲音。通過test.wap聲音文件的波形圖判定，可以播放聲音波形。理論上是可以實(shí)

8、現(xiàn)的。通過滑桿和等待下一個整數(shù)毫秒來實(shí)現(xiàn)聲音播放的調(diào)速。這個功能未能實(shí)現(xiàn)。六：數(shù)據(jù)記錄儀的設(shè)計步驟1.啟動LabVIEW8.6,進(jìn)入程序運(yùn)行界面，進(jìn)入程序框圖，擊右鍵進(jìn)行選擇。2.打開程序框圖，在框圖中的面板上單擊鼠標(biāo)右鍵彈出功能選板，在編程結(jié)構(gòu)中選中While循環(huán)，拖動鼠標(biāo)至一定的大小完成循環(huán)。3.建立基本函數(shù)信號發(fā)生器，產(chǎn)生電壓信號.4.前面板的制作前面板模擬數(shù)據(jù)記錄儀的前面板 ,用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。由于虛擬面板直接面向用戶 ,是虛擬控制軟件的核心。設(shè)計這部分時 ,主要考慮界面美觀、 操作簡潔 ,用戶能通過面板上的各種按鈕、 開關(guān)等控件來控制數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行測量工作。根據(jù)傳統(tǒng)面板控

9、件的功能 ,利用 LabVIEW 中的控制模板分別在設(shè)計面板上放入模擬實(shí)際數(shù)據(jù)記錄儀控件的數(shù)據(jù)輸入控件、 顯示器、 數(shù)據(jù)輸出控件、 開關(guān)、 選擇器 ,顯示器用于顯示輸入的信號波形;數(shù)據(jù)輸入控件主要用于輸入被測信號的信號頻率等數(shù)據(jù)輸出控件則用于輸出被測信號經(jīng)過處理后得到的峰值、 平均值和有效值及標(biāo)準(zhǔn)頻率的有效顯示。打開LabVIEW前面板的編輯窗口 ,點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵 ,顯示控制模板,選擇圖形 波形圖 ,作為數(shù)據(jù)記錄儀的顯示器。在顯示器模板上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵 ,對其進(jìn)行屬性設(shè)置 ,例如根據(jù)示波器的頻率與幅度值的變化 ,利用工具模板中的文字工具 ,對示波器橫(時間) 、 縱(幅度)坐標(biāo)的刻度進(jìn)行重新設(shè)置。

10、用 Graph 控件設(shè)計的示波器是完全同步的,且波形穩(wěn)定。選擇控件 數(shù)值 數(shù)值輸入控件/數(shù)值顯示控件 ,作為電壓表參數(shù)設(shè)置中輸入和測試結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示。選擇控件 下拉列表與枚舉 菜單下拉列表 ,放置對輸入波形選擇開關(guān) ,在下拉列表中單擊鼠標(biāo)右鍵 ,選擇 “編輯項” 對其進(jìn)行編輯?！半娫撮_關(guān)” 控件選擇經(jīng)典 經(jīng)典布爾 方形按鈕 ,當(dāng)按下開關(guān)時 ,數(shù)據(jù)記錄儀開始運(yùn)行 ,同時電源開關(guān)的指示燈亮。同樣 ,當(dāng)彈起開關(guān)時 ,數(shù)據(jù)記錄儀停止運(yùn)行。5.流程圖的設(shè)計每一個前面板都對應(yīng)一個流程圖程序。前面板的設(shè)計完成后 ,可對流程圖程序進(jìn)行設(shè)計。打開 LabVIEW設(shè)計環(huán)境中的窗口 顯示程序框圖 ,進(jìn)入流程圖編輯窗

11、口 ,與前面板各控件對應(yīng)的端口圖標(biāo)自動出現(xiàn)在流程圖編輯窗口中。利用LabVIEW中的功能模塊 ,根據(jù)數(shù)據(jù)記錄儀前面板各控件的作用和聯(lián)系 ,數(shù)據(jù)記錄儀運(yùn)作后數(shù)據(jù)流的控制 ,分別在流程圖設(shè)計面板中放置各個功能模塊 ,合理擺放后 ,在用連線工具依次連接 ,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄儀的功能。數(shù)據(jù)流的編輯主要是對端口圖標(biāo)的連接 ,用連線工具進(jìn)行連線時 ,如果端口閃爍 ,說明相連的數(shù)據(jù)類型匹配 ,否則不能連接。6.數(shù)據(jù)處理部分?jǐn)?shù)據(jù)處理部分的作用 ,就是將產(chǎn)生出的信號通過不同形式的檢波、 計算 ,得出規(guī)定的不同的結(jié)果。在該設(shè)計中同時顯示交流有效值、 峰值和平均值。在設(shè)計時 ,按函數(shù) 數(shù)值 絕對值取交流電壓的絕對值 ,

12、然后求平均值 ,取全波平均值。交流電壓中的最大值 ,即為峰值?？梢酝ㄟ^比較數(shù)據(jù)求出最大值 ,這需要使用波形最大、最小子虛擬儀器來處理框圖。有效值顯示:在函數(shù) 信號處理 波形測量中選擇基本平均直流均方根。7.開關(guān)部分用一個 while 條件語句設(shè)計整個框圖程序 ,當(dāng)模擬電壓開關(guān)為 “1” 時 ,數(shù)據(jù)記錄儀工作 ,條件語句中的程序開始運(yùn)行;當(dāng)模擬開關(guān)為 “0” 即關(guān)時 ,條件語句中的程序停止運(yùn)行 ,數(shù)據(jù)記錄儀不工作。七：程序調(diào)試及運(yùn)行效果編程完畢后，看無錯誤后單擊運(yùn)行按鈕，調(diào)節(jié)頻率與幅值按鈕給電壓信號進(jìn)行頻率與幅值賦值，觀察波形圖及采集數(shù)據(jù)中的采集時間，峰峰值和平均值。在信號類型中選擇一個三角波信號進(jìn)行觀察。運(yùn)行結(jié)果正確，其數(shù)據(jù)顯示和波形顯示完全吻合正確，接下來進(jìn)行驗證數(shù)據(jù)回放驗證。按下回放記錄開關(guān)，則回放數(shù)據(jù)框中開始回放讀取數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)與信號發(fā)生器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)完全相同，只是具有一定的時間延時。因此可以驗證數(shù)據(jù)回放功能完好。其運(yùn)行結(jié)果如下：八：結(jié)語經(jīng)過實(shí)際使用,數(shù)據(jù)記錄儀所有的控制鍵和功能正常,符合使用要求。需要指出的是 ,在設(shè)計該數(shù)據(jù)記錄儀時 ,