基于labview的虛擬溫度信號分析儀設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)設計論文</b></p><p>　　基于LabVIEW的虛擬溫度信號分析儀設計</p><p><b>　　系 別： </b></p><p><b>　　專業(yè)名稱： </b></p><p><b>　　學 號： &l

2、t;/b></p><p><b>　　學生姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　指導單位：</b></p><p>　　完成時間： 20 年 月</p><p><b>　　

3、教務處制發(fā)</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　畢業(yè)設計（論文）成績評定表</p><p>　　基于LabVIEW的虛擬溫度信號分析儀設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃

4、燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結晶以及空氣流動等物理和化學過程。溫度控制失誤就可能引起生產安全、產品質量、產品產量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產、科學研究和人們的生活領域中，得到了廣泛應用。在工業(yè)生產過程中，很多時候都需要對溫度進行嚴格的監(jiān)控，以使得生產能夠順利的進行，產品的質量才能夠得到充分的保證。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產環(huán)境的溫度進行自動控制，保證生產的自動化

5、、智能化能夠順利、安全進行，從而提高企業(yè)的生產效率。</p><p>　　本文首先介紹了其它利用傳感器來檢測溫度的方法，引出虛擬儀器LabVIEW的相關知識。并對它們的發(fā)展歷史、軟件的優(yōu)缺點等做了簡單的介紹，利用labview設計了一個溫度監(jiān)測和分析系統(tǒng)，實現了數據采集、信號運算和信號分析（時域分析）等功能。其中信號分析包括實時顯示波形、頻率測量、曲線擬合以及相關性分析。數據記錄包括各種溫度產生時間、最大最小溫差

6、等等。</p><p>　　關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；溫度測量；數據統(tǒng)計</p><p>　　LABVIEW-based virtual design of the temperature signal analyzer</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Temperatu

7、re is an important physical quantity because it directly affects the combustion, chemical reactions, fermentation, roasting, calcining, distillation, concentration, extrusion, mold and air flow, and other physical and ch

8、emical processes. Temperature control failure could lead to production safety, product quality, product yield and other issues. Hence the significance of the detection of temperature on the increase. Temperature acquisit

9、ion and control system in industrial production, sc</p><p>　　This paper introduces the use of sensors to detect the temperature of other methods, leads to the relevant knowledge LabVIEW virtual instrument. A

10、nd their history, advantages and disadvantages of such software to do a simple introduction, using labview design a Temperature Monitoring and analysis system of data collection, signal analysis computing He signals (tim

11、e-domain analysis) capabilities. One signal analysis, including real time display of waveform, frequency measurement, curve fitting an</p><p>　　Key words: virtual instruments; LabVIEW; temperature measuremen

12、t; data statistics</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒 論1</b></p><p>　　1.1 溫度檢測的意義1</p><p>　　1.2 常見溫度檢測方法1</p><p>　　1.3 本論文研究

13、的內容2</p><p>　　1.4 本章小結2</p><p>　　2 虛擬儀器的基本理論3</p><p>　　2.1 虛擬儀器的概念3</p><p>　　2.2 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較3</p><p>　　2.3 虛擬儀器的結構4</p><p>　　2.4 虛擬儀器的分

14、類5</p><p>　　2.5 本章小結6</p><p>　　3 溫度檢測系統(tǒng)的軟件設計7</p><p>　　3.1 LabVIEW概述7</p><p>　　3.1.1 LabVIEW的特點7</p><p>　　3.1.2 LabVIEW的發(fā)展歷程7</p><p>　　3

15、.1.3 LabVIEW的結構8</p><p>　　3.2 LabVIEW的應用領域9</p><p>　　3.3 本章小結10</p><p>　　4 系統(tǒng)VI程序設計11</p><p>　　4.1 創(chuàng)建子VI11</p><p>　　4.2 VI設計12</p><p>　　

16、4.3 本章小結14</p><p>　　5 程序框圖介紹15</p><p>　　5.1 系統(tǒng)初始化15</p><p>　　5.2 溫度采集16</p><p>　　5.3 數據分析17</p><p>　　5.4 本章小結18</p><p><b>　　6 結束語

17、19</b></p><p>　　6.1 系統(tǒng)總結19</p><p>　　6.2 未來展望19</p><p><b>　　致 謝20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　1 緒 論</

18、b></p><p>　　各個行業(yè)的社會生產過程中，都離不開測試測量儀器的應用，理論上，使用傳統(tǒng)硬件儀器的地方都可以使用虛擬儀器來代替，在傳統(tǒng)測試測量儀器儀表使用比較頻繁的機械制造業(yè)、電子和微電子等行業(yè)，虛擬儀器的技術已經得到廣泛應用，技術很成熟，現成產品很多。虛擬儀器技術應用的新開發(fā)軟件不斷涌現，使該技術的應用更加廣泛。</p><p>　　1.1 溫度檢測的意義</p>

19、;<p>　　溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響燃燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結晶以及空氣流動等物理和化學過程。溫度控制失誤就可能引起生產安全、產品質量、產品產量等一系列問題。因此對溫度的檢測的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產、科學研究和人們的生活領域中，得到了廣泛應用。在工業(yè)生產過程中，很多時候都需要對溫度進行嚴格的監(jiān)控，以使得生產能夠順利的進行，產品的質量才能夠得到充分的保證

20、。使用自動溫度控制系統(tǒng)可以對生產環(huán)境的溫度進行自動控制，保證生產的自動化、智能化能夠順利、安全進行，從而提高企業(yè)的生產效率。</p><p>　　1.2 常見溫度檢測方法</p><p>　　溫度的檢測方法有多種，常用的有電阻式、熱電偶式、PN 結型、輻射型及石英諧振型等，它們都是基于溫度變化引起其物理參數(如電阻值，熱電勢等) 的變化的原理隨著測量技術的不斷發(fā)展，出現了適用于高溫、強磁場

21、干擾等惡劣環(huán)境的光纖溫度傳感器，下面簡單對其中一部分予以介紹：</p><p>　?。?）電阻溫度傳感器</p><p>　　這種傳感器以電阻作為溫度敏感元件，根據敏感材料不同又可分成熱電阻式和熱敏電阻式熱電阻式一般用金屬材料制成，如鉑、銅、鎳等熱敏電阻是以半導體材料制成的陶瓷器件，如錳、鎳、鈷等金屬的氧化物與其它化合物按不同配比燒結而成。</p><p>　?。?

22、）熱電偶溫度傳感器</p><p>　　熱電偶測溫是基于“熱電動勢效應” 所謂熱電動勢效應是指A 、B 兩種不同的導體組成閉合回路,若兩結點溫度不同則在回路中產生電動勢，形成熱電流A 、B 兩導體的結點(熱端) 溫度為T，而另一端（冷段）溫度為To則熱電動勢為E(T,To)=(T-To)(lnNa/Nb)k/e</p><p>　　其中k為波爾茲曼常數，e為電子電荷，Na，Nb為與材料有關

23、的常數，測量E (T ，To) 的大小便能確定被測溫度T。</p><p>　?。?）PN結型及集成電路式溫度傳感器</p><p>　　半導體PN結測溫是近幾年來發(fā)展起來的一種新型測溫手段，眾所周知, PN 結的反向電流隨溫度呈指數規(guī)律變化，而當正向電流不變時， 其正向壓降隨溫度近似線性變化，現代的PN結溫度傳感器都是利用正向壓降進行測溫。</p><p>　?。?/p>

24、4）光纖溫度傳感器</p><p>　　這是70年代發(fā)展起來的新型傳感器，它是將光源的光經光纖送入調制區(qū), 在調制區(qū)內被測參數(溫度)與進入調制區(qū)的光相互作用使光的光學性質(如強度、波長、頻率等)發(fā)生變化而成為被調制的信號光，再經光纖送入光檢測器及解調器而獲得被測參數，此種方法也適于其它參數的測量。根據傳感原理不同，光纖溫度傳感器可分成功能型和傳輸型功能型傳感器中光纖既是傳光的介質又是溫度敏感元件，因此結構巧妙、

25、簡潔，但既滿足傳輸要求又滿足敏感要求的光纖制作難度大，所以只在有特殊要求的場合使用。 傳輸型傳感器中光纖只起傳光的作用，對溫度的敏感作用由其它元件來實現，因此結構較前者復雜，但可通過分別選擇性能優(yōu)良的光纖和敏感元件而達到較高的性能。</p><p>　　1.3 本論文研究的內容</p><p>　　本課題的研究內容是基于LABVIEW的溫度檢測分析系統(tǒng)的實現。針對目前溫度分析系統(tǒng)的發(fā)展現狀

26、和研制情況，本設計主要完成對溫度的采集、監(jiān)測、分析、顯示。不但能實現溫度的智能化監(jiān)測，而且能為事后分析鑒定提供可靠的理論依據。</p><p>　　本文首先討論了本設計的產生和應用背景，介紹了虛擬儀器的基本內容以及虛擬儀器的產生和發(fā)展，并介紹了LabVIEW的相關內容，接著討論了系統(tǒng)的主要功能及總體結構，即系統(tǒng)采集顯示數據，以及相關分析函數。</p><p><b>　　1.4

27、本章小結</b></p><p>　　本章主要分析了溫度檢測的意義，并對傳統(tǒng)方法利用各種傳感器來檢測溫度做了簡單介紹，提出自己系統(tǒng)設計研究的內容和整體思路及要實現的效果。</p><p>　　2 虛擬儀器的基本理論</p><p>　　2.1 虛擬儀器的概念</p><p>　　虛擬儀器（virtual instrument）的概

28、念是美國NI公司（National Instrument）提出來的。所謂虛擬儀器就是基于計算機技術而發(fā)展起來的儀器測量技術，是計算機技術和儀器技術緊密結合的產物。他將計算機作為儀器的硬件平臺，借助計算機強大的數據處理能力，將儀器的專業(yè)功能和操作面板在計算機界面實現。在計算機上形成與儀器基本相同的系統(tǒng)，更方便實現修改測試儀器。LabVIEW ( aboratory virtual instrument engineering workbe

29、nch 即實驗室虛擬儀器工作平臺)也是美國NI公司推出的，它集合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活的G語言，所見即所得的可視化技術為建立人機界面提供了一種簡易的編程環(huán)境。</p><p>　　2.2 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較</p><p>　　虛擬儀器技術的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構建，所以應用面極為廣泛。尤其在科研、開發(fā)、測量、檢測、計量、測控等領域更是

30、不可多得的好工具。虛擬儀器技術先進，十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器”。它功能強大，可實現示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數，如汽車發(fā)動機參數、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數等多種數據；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設備的使用習慣，用戶不經培訓即可迅速掌握操作規(guī)程；它集成方便，不但可以和高速數據采集設備構成自

31、動測量系統(tǒng)，而且可以和控制設備構成自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　在儀器計量系統(tǒng)方面，示波器、頻譜儀、信號發(fā)生器、邏輯分析儀、電壓電流表是科研機關、企業(yè)研發(fā)實驗室、大專院所的必備測量設備。隨著計算機技術在測繪系統(tǒng)的廣泛應用，傳統(tǒng)的儀器設備缺乏相應的計算機接口，因而配合數據采集及數據處理十分困難。而且，傳統(tǒng)儀器體積相對龐大，多種數據測量時常感到捉襟見肘，手足無措。我們常見到硬件工程師的工作臺上堆砌著紛亂的儀器，

32、交錯的線纜和繁多待測器件。然而在集成的虛擬測量系統(tǒng)中，我們見到的是整潔的桌面，條理的操作，不但使測量人員從繁復的儀器堆中解放出來，而且還可實現自動測量、自動記錄、自動數據處理。其方便之極固不必多言，而設備成本的大幅降低卻不可不提。一套完整的實驗測量設備少則幾萬元，多則幾十萬元。在同等的性能條件下，相應的虛擬儀器價格要低二分之一甚至更多。虛擬儀器強大的功能和價格優(yōu)勢，使得它在儀器計量領域具有很強的生命力和十分廣闊的前景。</p>

33、;<p>　　在專用測量系統(tǒng)方面，虛擬儀器的發(fā)展空間更為廣闊。環(huán)顧當今社會，信息技術的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)無不轉向智能化、自動化、集成化。無所不在的計算機應用為虛擬儀器的推廣提供了良好的基礎。虛擬儀器的概念就是用專用的軟硬件配合計算機實現專有設備的功能，并使其自動化、智能化。因此，虛擬儀器適合于一切需要計算機輔助進行數據存儲、數據處理、數據傳輸的計量場合。測量與處理、結果與分析相脫節(jié)的面貌將大為改觀。數據的拾取、存儲、處理、

34、分析一條龍操作，既有條不紊又迅捷快速。推而廣之，一切計量系統(tǒng)，只要技術上可行都可用虛擬儀器代替，由此可見虛擬儀器應用空間是多么的寬廣。</p><p>　　2.3 虛擬儀器的結構</p><p>　　虛擬儀器通常是由計算機、模塊化功能硬件和應用軟件這三部分構成。</p><p>　　1．虛擬儀器的硬件構成</p><p>　　計算機是虛擬儀

35、器的核心,主要完成數據處理和結果的顯示。硬件主要完成被測輸入信號的采集、放大、模數轉換。虛擬儀器根據其模塊化功能硬件不同,有多種構成方式：</p><p>　　第一，基于數據采集卡的虛擬儀器，是以信號調理電路、數據采集卡(DAQ)及PC機為儀器硬件平臺，采用PCI或ISA計算機總線，將DAQ直接插入PC機的相應標準的總線擴展插槽。因此，這種虛擬儀器又叫PCI-DAQ/PCI插卡式虛擬儀器。</p>

36、<p>　　第二，基于串行總線儀器的虛擬儀器，是由Serial標準總線儀器及PC機為儀器硬件平臺，包括符合RS - 232/RS422標準的PLC和單片機系統(tǒng)。</p><p>　　第三，基于通用接口總線GPIB接口的虛擬儀器，是以GPIB接口儀器、GPIB接口卡及PC機為儀器硬件平臺，GPIB儀器具有獨立的儀器操作界面，可以脫離計算機使用，也可以通過標準GPIB電纜連接計算機實施程序控制。</

37、p><p>　　第四，基于VXI儀器的虛擬儀器，是以VXI (VME bus extension for instrume- ntation) 標準總線儀器模塊及PC機為儀器硬件平臺，由主機箱、控制器和儀器模塊構成。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器，可根據測試功能的不同要求來選用。</p><p>　　第五，基于PXI儀器的虛擬儀器，它是以PXI(PCI e

38、xtension for instrumentation)標準總線儀器模塊及PC機為儀器硬件平臺，PXI總線方式是在PCI總線內核技術上增加多板同步觸發(fā)總線和參考時鐘技術規(guī)范和要求形成。標準的PXI模塊化儀器系統(tǒng)有8個插槽，還可與Compact PCI交互操作，可與GPIB或VXI集成，組成大規(guī)模、多用途系統(tǒng)。</p><p>　　第六，基于現場總線設備的虛擬儀器，是以Fieldbus標準總線儀器及PC機為儀器硬

39、件平臺 。</p><p>　　無論上述哪種形式的虛擬儀器，都是通過應用軟件將儀器的模塊化功能硬件與各類計算機相結合的，其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要適合構成大型高精度集成測試系統(tǒng)；PCI-DAQ / PCI、串行口方案主要適合構成普及型的廉價測試系統(tǒng)；現場總線方案主要適合構成大規(guī)模的網絡測試系統(tǒng)。如測試任務需要，也可將上述幾種方案結合構成混合測試系統(tǒng)。</p><p>　　2

40、．虛擬儀器的軟件構成</p><p>　　虛擬儀器最核心的技術是軟件，使原來需要硬件實現的功能軟件化，以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)功能與靈活性。虛擬儀器軟件的本質是進行數據處理。虛擬儀器軟件的數據處理過程可以分為兩種：一是自下而上的數據采集、處理到最終顯示；一是自上而下的用戶交互、指令操作到儀器控制。因此，可以把虛擬儀器軟件劃分為3個層次：虛擬輸入/輸出層、虛擬儀器驅動層和虛擬儀器應用軟件層。軟件層次對

41、外定義單一的調用接口，各個軟件層次之間通過接口進行數據傳送。采用單一接口的好處是對外隱藏了軟件層次的內部細節(jié)，無論采用什么實現方法，做什么樣的修改，只要接口不變就不會影響軟件的其他部分。</p><p>　　第一，虛擬輸入/輸出層。是為虛擬儀器驅動層提供信息傳遞的底層軟件，是實現開放、靈活的虛擬儀器的基礎。虛擬輸入/輸出層的功能是直接對儀器進行控制，完成數據讀寫。由于儀器硬件的種類繁多，為了保證硬件的“即插即用”

42、虛擬輸入/輸出層需要提供獨立于硬件的I/O接口。</p><p>　　第二，虛擬儀器驅動層。是連接虛擬儀器應用軟件與虛擬輸入/輸出的紐帶和橋梁,其功能是為虛擬儀器應用軟件層提供抽象的儀器操作集。對于虛擬儀器應用軟件來說，對儀器的操作是通過調用虛擬儀器驅動提供的單一接口來實現的，而虛擬儀器驅動又是調用虛擬輸入/ 輸出所提供的單一接口來實現的。</p><p>　　第三，虛擬儀器應用軟件層。

43、直接面對操作用戶，提供了快捷、友好的測控操作界面，以及圖形、圖表等數據顯示方式。它只對虛擬儀器驅動進行調用，本身不進行任何數據處理。對于虛擬儀器應用軟件的開發(fā)者來說，在不了解儀器內部操作與實現的情況下，也可以進行虛擬儀器應用軟件的設計和開發(fā)。</p><p>　　在軟件層次化的基礎上，就可以把各層封裝為不同的模塊組件。構造虛擬儀器的過程就是將各組件組合在一起，當功能發(fā)生改變和更新儀器硬件時，只要調用、添加或重組

44、各模塊組件見，就能構造出新的虛擬儀器，將儀器使用的主動權真正交給了用戶，虛擬儀器的靈活性也就得到了充分的體現。</p><p>　　2.4 虛擬儀器的分類</p><p>　　虛擬儀器的發(fā)展隨著微機的發(fā)展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：</p><p>　　第一類，PC總線——插卡型虛擬儀器</p><p>　　這種方式借助于插入計算機

45、內的數據采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結合。Labview/cvi是基于文本編程的程序員提供高效的編程工具，通過三種編程語言Visual C++,Visual Basic, Labview/cvi構成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。但是受PC機機箱和總線限制，且有電源功率不足，機箱內部的噪聲電平較高，插槽數目也不多，插槽尺寸比較小，機箱內無屏蔽等缺點。另外，ISA總線的虛擬儀器已經淘汰，PCI總線的虛擬儀

46、器價格比較昂貴。</p><p>　　第二類，并行口式虛擬儀器</p><p>　　最新發(fā)展的一系列可連接到計算機并行口的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒內。儀器軟件裝在計算機上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數據記錄儀、數據采集器。美國LINK公司的 DSO-2XXX系

47、列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式PC機相連，實現臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學實驗室應用。</p><p>　　第三類，GPIB總線方式的虛擬儀器</p><p>　　GPIB技術是 IEEE488標準的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現使電子測量獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展，典型的

48、GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、一塊 GPIB接口卡和若干臺GPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB 技術可用計算機實現對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的結構和命令簡單，主要應用于臺式儀器，適合于精確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。</p><p&

49、gt;　　第四類，VXI總線方式虛擬儀器</p><p>　　VXI總線是一種高速計算機總線VME總線在VI領域的擴展，它具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標準開放、結構緊湊、數據吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，很快得到廣泛的應用。經過十多年的發(fā)展，VXI系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。

50、有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢。然而，組建VXI總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。</p><p>　　第五類，PXI總線方式虛擬儀器</p><p>　　PXI總線方式是PCI總線內核技術增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(guī)范和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。PXI的高度可擴展性。PXI具有8個擴展槽，而臺式PC

51、I系統(tǒng)只有3-4個擴展槽，通過使用PCI—PCI橋接器，可擴展到256個擴展槽，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺。</p><p><b>　　2.5 本章小結</b></p><p>　　在本章主要引出虛擬儀器及其相關知識，重點探討了虛擬儀器的結構、概念和分類，并對先進的虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器做了比較，下一章我們將

52、進入到本溫度采集系統(tǒng)的軟件設計部分。</p><p>　　3 溫度檢測系統(tǒng)的軟件設計</p><p>　　3.1 LabVIEW概述</p><p>　　作為基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，LabVIEW自然、直觀、簡潔的程序開發(fā)方式大大降低了學習難度。開發(fā)者可以通過各種交互式的控件、話框、菜單、及函數模塊進行編程。所需做的只是將這些VI模塊拖拉到程序框圖中，并定義它

53、在應用程序中的功能。最后將這些控件或VI模塊連接起來即可完成儀器設計。</p><p>　　3.1.1 LabVIEW的特點</p><p>　　LabVIEW的主要特點可以概括如下：</p><p>　　圖形化的儀器編程環(huán)境，它使用“所見即所得”的可視化技術建立人機界面，使用大多數工程師索熟悉的數據流程式的語言編寫程序，被譽為“工程師和科學家的語言”。</p

54、><p>　　內置的程序編譯器，使運行速度加快。</p><p>　　靈活的程序調試手段，可以在源代碼中設置斷點，單步運行，在數據流上設置探針，加亮執(zhí)行。其中最最具特色的是“加亮執(zhí)行”和“設置探針”，前者用于跟蹤程序運行過程中的數據流，后者用于在程序運行過程中在線顯示數據值。</p><p>　　LabVIEW提供了從底層VXI、GPIB、串口及數據采集板的控制子程序到

55、大量的儀器驅動程序，從基本的功能函數到高級分析庫，涵蓋了儀器設計中幾乎所需要的函數。</p><p>　　支持多種系統(tǒng)平臺，平臺之間的程序可以直接進行移植。</p><p>　　提供CLF（call library function ）功能和CNI(code interface node ) 功能，可以直接調用其他軟件平臺編譯的模塊。</p><p>　　支持TCP

56、/IP、DDE等功能。</p><p>　　此外，LabVIEW帶有附加的軟件包，如磁盤管理。自動測試、控制與仿真、信號處理、圖形獲得與處理、數值分析工具等。</p><p>　　3.1.2 LabVIEW的發(fā)展歷程</p><p>　　LabVIEW從1986發(fā)明至今，已推出了數個不同版本，可以支持多個目前流行的操作系統(tǒng)，LabVIEW的主要發(fā)展歷程如下：<

57、/p><p>　　1983年4月，LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)在美國德克薩斯州奧斯汀研制成功，主要是為儀器系統(tǒng)的開發(fā)者提供一套快捷地建立、檢測和修改儀器系統(tǒng)的圖形軟件系統(tǒng)；</p><p>　　1986年5月，NI公司推出了LabVIEW beta測試版；</p><p>　　1986年10月，NI公司正式發(fā)布了LabVIEW1.0 for macintosh版本，該版本是解

58、釋型和單色的，一問世引起了儀器工業(yè)的變革；</p><p>　　1990年1月，LabVIEW2.0版本問世，此為編譯型版本，并增加了彩色的性能，它提供了圖形編譯功能，是的LabVIEW中的VI（虛擬儀器）運行速度可以與編程C語言的運行速度相媲美；</p><p>　　1992年8月，支持sun solaris工作站和PC的LabVIEW版本面世；</p><p>

59、　　1993年1月LabVIEW3.0版本開發(fā)完成，同時給用戶提供一個應用系統(tǒng)生成器（application builder）,它使得LabVIEW的VI變成一個可以獨立運行的程序；</p><p>　　1998年2月，LabVIEW5.0版本問世，改版本是LabVIEW歷史上又一個里程碑。該版本為多核設備預先設置了多線程功能，還做了包括可程序設計的控制面板、用戶定義控制、應運程序發(fā)行等重大改進；</p&g

60、t;<p>　　2003年，LabVIEW7 express和LabVIEW7系列開始推向市場，在LabVIEW7系列中，引入了新的數據類型——動態(tài)數據類型（dynamic data type），并增加了LabVIEW PDA和LabVIEW FPGA等各種不同的功能模塊；</p><p>　　2005年，LabVIEW8版本問世，改版本具有分布式、智能化的優(yōu)異特性；</p><

61、p>　　2006你去，20周年紀念版LabVIEW8.20面世，LabVIEW8.2.1是其中文版本，也是LabVIEW諸多版本中的唯一中文版；</p><p>　　2007年8月，LabVIEW8.5版本面世，它是國內目前廣泛應用的版本；</p><p>　　2008年8月LabVIEW8.5版本發(fā)布，它是NI目前正式推出專用于測試、控制和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的LabVIEW圖形化系統(tǒng)設

62、計平臺的最新版本。它提供了支持多核處理器、現場可編程門陣列編程等新技術。</p><p>　　圖3-1LabVIEW前面板</p><p>　　3.1.3 LabVIEW的結構</p><p>　　利用LabVIEW開發(fā)測試系統(tǒng)軟件，涉及兩個主要部分：前面板和流程圖（又稱程序框圖）。</p><p>　　前面板是指一些圖形化的測試界面，如圖3

63、-1所示，即測試程序開發(fā)完成后，用戶運行時所展現的各種測試交互接口，包括菜單、參數設置、結果顯示等。</p><p>　　流程圖是指測試程序的內部運行結構，是測試系統(tǒng)結構、數據處理的流程。如圖3-2所示。測試程序絕大部分工作是在流程圖中完成的。開發(fā)完成的測試程序在運行時流程圖式不可見的，它和文本式開發(fā)平臺（如VC++）中的*.h、*.cpp等文件的作用是一樣的。只是LabVIEW流程圖的開發(fā)時圖形化的，更簡單、高

64、效、直觀。</p><p>　　圖3-2LabVIEW流程圖</p><p>　　3.2 LabVIEW的應用領域</p><p>　　LabVIEW的諸多優(yōu)點，使其在包括航天、航空、通信、汽車。半導體和生物醫(yī)學等眾多領域得到了廣泛應用。從儀器控制、數據采集到測試和工業(yè)自動化，從大學實驗室到工廠，從探索研究到技術集成，不同領域的科學家和工程師都在借助LabVIEW解

65、決研究和工作中出現的各種應用課題。</p><p>　　應用于自動化測試和測量平臺</p><p>　　LabVIEW在測定和測量中的應用任務如下表3-1所示。</p><p>　　表3-1 LabVIEW在測試和測量中的應用及任務</p><p>　　應用于工業(yè)測量和控制普通</p><p>　　LabVIEW在工業(yè)

66、測量和控制平臺中的應用及任務如表3-2所示。</p><p>　　表3-2 LabVIEW在工業(yè)測量和控制中的應用及任務</p><p>　　應用于設計、原型建模和發(fā)布</p><p>　　LabVIEW可用于搞笑的設計仿真、應用、仿真數據與真實測量之間的比較。</p><p>　　將LabVIEW和測量工具集成與附加的設計和仿真工具中，在設

67、計過程中就可以將真實的測試工具與仿真模型進行比較，從而發(fā)現設計中的缺陷、減少重復設計、提高產品質量。通常的應用有嵌入式系統(tǒng)設計測試、控制設計、數字濾波器設計、電子電路設計、機械設計、算法設計等。</p><p><b>　　應用于院校實驗室</b></p><p>　　LabVIEW在測控領域掀起革新的同時，也增強和提高了院校實驗室的研究。</p>&l

68、t;p>　　在實驗室中，LabVIEW將復雜的數據采集工作變得簡單，便于研究人員集中時間和精力用于實驗操作、數據分析和結論總結，而不是將大量時間用于搭建實驗室設備。LabVIEW在教學和實驗室中的應用領域包括測量、電路設計和仿真、控制、機械、電子、信號和圖像處理、無線通信和嵌入式系統(tǒng)等。</p><p><b>　　3.3 本章小結</b></p><p>　　

69、本章主要探討了虛擬軟件LabVIEW的相關信息，包括LabVIEW的發(fā)展歷史、應用領LabVIEW相對于其它軟件的優(yōu)越性、LabVIEW的前后面板。下一章我將討論程序框圖及系統(tǒng)前面板的介紹</p><p>　　4 系統(tǒng)VI程序設計</p><p>　　VI層次結構圖中以VI圖表代表各個VI，清楚地顯示出了分層式的金字塔結構，便于用戶瀏覽結構的作用。如圖4-1所示。</p>&

70、lt;p>　　圖4-1系統(tǒng)的VI層次結構圖</p><p><b>　　4.1 創(chuàng)建子VI</b></p><p><b>　　1．子VI的概念</b></p><p>　　子VI即LabVIEW的子程序，是層次化和模塊化VI的關鍵組件，它能使VI易于調試和維護。子VI是由其他VI調用的獨立的VI，即子VI用在頂層V

71、I框圖中。在VI中可使用的子VI數目不受限制。使用子VI是一種有效地編程技術，因為它允許子VI代碼在不同場合重復使用，而且在一個子VI中還可以調用另一個子VI，這也是G語言的分層特性。</p><p>　　2．創(chuàng)建虛擬溫度發(fā)生器子VI</p><p>　　本設計采用模擬的溫度發(fā)生器產生隨機溫度數值，見圖4-2，用隨機數0-1產生的數值，經過簡單的數學運算生成所需采集的溫度數值，且溫度值的范

72、圍控制在40-50攝氏度。</p><p>　　圖4-2 模擬溫度發(fā)生器</p><p><b>　　4.2 VI設計</b></p><p>　　VI程序的前面板是一個交互式的用戶界面，相當于真實物理測試儀器的儀器面板。主界面包括溫度檢測和數據分析兩部分，如圖4-3和4-4所示。其中溫度檢測面板中包括瞬時溫度顯示、上下限數值設定、溫度曲線顯示

73、、攝氏華氏轉換、結束采集按鈕以及報警。數據分析面板包含波形圖的分析顯示、相關數據值顯示、自相關函數的波形顯示以及關閉系統(tǒng)按鈕。</p><p>　　圖4-3 虛擬溫度采集檢測</p><p>　　圖4-4 數據分析面板</p><p>　　點擊工具欄運行鍵，彈出對話框設置采集溫度上下限，圖4-5，設置完上下限值，點擊確定，系統(tǒng)開始采集數據。圖4-6.此時面板上顯示出

74、采集的溫度曲線圖，瞬時溫度值，以及報警情況。</p><p>　　點擊停止采集按鈕，進入數據分析面板，并將分析結果以圖形和數據的形式顯示，見圖4-7.在溫度曲線顯示器中顯示出溫度上下限，原始采集溫度，以及擬合溫度曲線。同時還在面板上顯示出最大值、最小值、平均溫度、采樣頻率等統(tǒng)計而得的數據。面板的下方還將顯示出自相關函數圖像，便以判斷所采集的溫度是否具有周期性。</p><p>　　圖4-5

75、 設置上下限</p><p><b>　　圖4-6 溫度采集</b></p><p><b>　　圖4-7 數據分析</b></p><p><b>　　4.3 本章小結</b></p><p>　　本章主要對系統(tǒng)的各個模塊的程序框圖做了簡單介紹，以及每一個模塊的主要功能，參數

76、設置等一系列問題；同樣對前面板也做了簡要的概述。對里面的每一個參數所代表的意義、各個窗口顯示出來的波形等簡單的表述。</p><p><b>　　5 程序框圖介紹</b></p><p>　　如果說前面板是儀器的操作面板，那么程序框圖則相當于儀器內部的電子線路。虛擬儀器系統(tǒng)的關鍵所在就是程序框圖的設計，合理的布局，恰當的函數運用可以是復雜的系統(tǒng)運行順暢。</p&

77、gt;<p>　　下面就先來介紹系統(tǒng)的基本整體流程圖，如下圖5-1所示：</p><p>　　圖5-1 系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　5.1 系統(tǒng)初始化</b></p><p>　　為前端數據輸入，程序運行即彈出對話框，用于設置上下限值。為記錄總的運行時間設計。為清零設計，使得系統(tǒng)在下次啟動時將上次的數據清零。其編程框圖

78、如圖5-2所示</p><p>　　圖5-2 數據初始化</p><p><b>　　5.2 溫度采集</b></p><p>　　如圖5-3所示，程序中為虛擬溫度發(fā)生器子VI（圖4-2）。溫度采集程序框圖中溫度模擬發(fā)生子VI產生隨機溫度值，將該溫度值與預先設定的上下限值比較，若大于上限小于下線則報警系統(tǒng)報警。并根據攝氏華氏設置，經過f=c*1

79、.8+32轉換在溫度計中顯示實時溫度。</p><p>　　圖5-3 溫度采集程序框圖</p><p><b>　　5.3 數據分析</b></p><p>　　圖5-3中，已采集到的單通道一維標量數組經過轉換變?yōu)閯討B(tài)數據，經由單頻測量和統(tǒng)計，輸出采樣頻率、平均溫度、最大值、最小值等數據。另經轉換的數據經多項式階數為5的曲線擬合后，輸出擬合后的

80、溫度曲線。數據經一維自相關函數運算，根據其顯示出來的數據判斷是否所采集的溫度具有周期性。</p><p>　　本設計中對于采集到的溫度數據，進行了相關的時域分析和統(tǒng)計。編程圖如5-4所示。</p><p>　　圖5-4 數據分析程序框圖</p><p>　　下面便對其內部主要統(tǒng)計函數做相關介紹：</p><p><b>　　1．相關

81、性分析</b></p><p>　　假定一個樣本x(t)來自各態(tài)歷經平穩(wěn)隨機過程，則其自相關函數Rxx(t)(簡記為Rx(τ)是樣本信號x(t)與此樣本記錄在作時移τ后的信號x(t+τ)作乘積后再積分平均的運算值，即</p><p><b>　　，（5-1）</b></p><p><b>　　所用計算公式：</b&

82、gt;</p><p>　　k=0,±1,±2,…±(N-1)，（5-2）</p><p>　　如果信號中有周期成分，其自相關函數在τ很大時都不衰減，并具有明顯的周期性。因此可以利用自相關函數檢測信號中有無周期成分。若其自相關函數圖像顯示具有對稱性，則判定原信號具有周期性。</p><p><b>　　曲線擬合</b&g

83、t;</p><p>　　曲線擬合子分析實驗數據時非常有用，它可以從大量的離散數據中抽象出內部規(guī)律。而為了充分利用這些數據，就要用到擬合。LabVIEW中包含了大量的曲線擬合函數以滿足不同的擬合需要，其中不僅包括二維曲線擬合，還包括三維曲面擬合。</p><p>　　對數據進行二維曲線擬合時需要輸入數據的坐標（Xi,Yi）即x數組和y數組。曲線擬合的目的就是找出Yi和Xi的函數關系式y(tǒng)=f

84、(x)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用多項式擬合。多項式系數的元素為m+1，其中m是多現實階數。本設計中采用多項式階數為5，其當前模型可寫為</p><p>　　Y= a0+a1*x+a2*x^2+a3*x^3+a4*x^4+a5*x^5，（5-3）</p><p><b>　　統(tǒng)計</b></p><p>　　統(tǒng)計為

85、LabVIEW中信號分析Express VI中的一個VI，利用概率統(tǒng)計的方法求算出本文中所需的最大值、最小值、采樣總數、平均值等。</p><p><b>　　5.4 本章小結</b></p><p>　　在本章主要對前一章的補充與細化，給出了整個系統(tǒng)的流程圖，重點分析解讀程序框圖里的每一個模塊及其意義，對數據分析里面的相關統(tǒng)計函數做了詳細說明，例如相關函數、曲線擬合

86、等等</p><p><b>　　6 結束語</b></p><p><b>　　6.1 系統(tǒng)總結</b></p><p>　　可見，在LabVIEW圖形化語言環(huán)境下設計的虛擬溫度采集系統(tǒng)簡單快捷，用戶完全可根據實際環(huán)境溫度的需要，調節(jié)不同功能的軟件模塊，改變設定的參數，就可以在同一臺計算機中對采樣信號進行非實時的在線和離

87、線分析，便可以準確地判斷當前溫度是否超出規(guī)定的溫度范圍，從而對溫度進行精確地監(jiān)控。</p><p>　　本系統(tǒng)的特點可以歸納如下：</p><p>　　1．溫度產生方便，通過一個隨機數即可模擬產生，而且可以隨意設置范圍；</p><p>　　2．整個系統(tǒng)界面清晰明了，各個功能模塊分的很詳細；</p><p>　　3．統(tǒng)計比較方便簡單，可以方便

88、快捷的統(tǒng)計出各種參數，如最高溫度、最低溫度發(fā)生時間等等；</p><p>　　4．可視化的界面，效果異常明顯，可以很清楚的看見采集到的溫度高于或低于設定的界限；</p><p>　　5．系統(tǒng)配有聲音報警模塊，當超出或低于設定的界限時可以立即發(fā)出警報；</p><p>　　6．系統(tǒng)控制方便，可以隨時開始采集，隨時停止。</p><p><

89、b>　　6.2 未來展望</b></p><p>　　雖然本文針對溫度采集和分析系統(tǒng)做了一定的研究工作，并取得了一些研究成果，但仍有一些問題值得進一步探討。在未來的工作中要努力完善該溫度監(jiān)測系統(tǒng)，如：添加記錄功能，使其能夠記錄保存歷史數據；增加數據分析內容；增加報警時的處理系統(tǒng)等。并完成多通道多輸入的實時采集，以適應現代生產需要，同時可以將無線通信技術和溫度采集系統(tǒng)結合，從而可以實現數據的遠程傳

90、輸和遠程控制。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　感謝我的論文指導老師，他循循善誘，學識淵博，責任心強，感謝他在畢業(yè)設計期間給我的幫助和關懷！他的教導與幫助使我順利的完成了畢業(yè)設計以及相關的論文寫作，也使我學習到了寶貴的經驗，在這里對他表示衷心的感謝。在此謹向尊敬的老師們致以由衷的感謝和崇高的敬意！</p><p&g

91、t;　　感謝所有給予我關心和幫助的同學與朋友們！在眾多好友的大力幫助與關懷下我才能順利完成畢業(yè)設計及論文，在此表示衷心的感謝！</p><p>　　感謝我的父母對我學習和生活的支持，他們不僅僅給了我生命，更教會我很多為人處事的道理！</p><p>　　感謝各位老師在百忙之中抽出寶貴時間來審閱本論文，懇請批評指正！在論文完成之際，再次深深感謝所有支持、鼓勵和幫助過我的老師和同學們。<

92、/p><p><b>　　謝謝你們！</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　張桐，陳國順，王正林. 精通LabVIEW程序設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008(12)</p><p>　　戴鵬飛，王勝開，王格芳，馬欣.測試工程與LabVIEW應用[M].北京：電

93、子工業(yè)出版社，2006(5)</p><p>　　豈興明,周建興. LABVIEW 8.2中文版入門與典型實例[M].民郵電出版社，2008.</p><p>　　(美)Jeffrey Travis, (美)Jim Kring著. LabVIEW大學實用教程(第三版)[M],北京:電子工業(yè)出版社,2008(6).</p><p>　　江建軍,劉繼軍.LabVIEW程

94、序設計教程[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008.</p><p>　　雷振山,趙晨光,魏麗,郭濤.LabVIEW8.2基礎教程[M].北京:國鐵道出版社,2008.</p><p>　　張秋野,柳昂,王云爽.LabVIEW8.5快速入門與提高[M].西安交通大學出版社,2009.</p><p>　　王福明,丁麗霞,劉吉,丁博.LabVIEW程序設計與虛擬儀器[M

95、].西安電子科技大學出版社,2009(6).</p><p>　　王恒海,齊東明等.LabVIEW8.2.1虛擬儀器實例指導教程[M].機械工業(yè)出版社.2008.</p><p>　　(美)Jeffrey Travis, (美)Jim Kring著. LabVIEW大學實用教程(第三版)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008(6).</p><p>　　汪敏生等譯著

96、.LabVIEW基礎教程[M].電子工業(yè)出版社，2002年1月</p><p>　　王磊，陶梅.精通LabVIEW8.X[M].電子工業(yè)出版社，2008年5月</p><p>　　吳成東，孫秋野，盛科.LabVIEW虛擬儀器程序設計及應用[M].人民郵電出版社，2008年12月</p><p>　　丁士心，崔桂梅.虛擬儀器技術[M].科學出版社，2005（7）<

97、;/p><p>　　Robert Bisho. Learning LabVIEW8 [M].Prentice Hall,2006(9)</p><p>　　基于LABVIEW的虛擬儀器溫度檢測系統(tǒng)的設計[J].微計算機信息,2007年1期.</p><p>　　劉旭.LabVIEW圖形環(huán)境下虛擬溫度采集系統(tǒng)的設計[J].重慶職業(yè)技術學院學報，2007年5月第16卷第3期

98、</p><p>　　陳敏，湯曉安.虛擬儀器軟件LabVIEW與數據采集[J].小型微型計算機系統(tǒng)，2001年</p><p>　　王建群，南金瑞，孫逢春等.基于LabVIEW的數據采集系統(tǒng)的實現[D].北京理工大學車輛與交通工程學院，2003年</p><p>　　李成，孫彥鋒，寧琦.基于LabVIEW的便攜式多通道溫度數據采集系統(tǒng)設計[J].光電技術應用，200