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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文基于LabVIEW的虛擬溫度信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)系 別: 專業(yè)名稱: 學(xué) 號(hào): 學(xué)生姓名: 指導(dǎo)教師: 指導(dǎo)單位:完成時(shí)間: 20 年 月教務(wù)處制發(fā)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書題目名稱基于LabVIEW的虛擬溫度信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)(撰寫)內(nèi)容利用LabVIEW軟件,設(shè)計(jì)了模擬溫度信號(hào)產(chǎn)生采集與分析系統(tǒng),通過分析采集到的溫度信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前溫度的監(jiān)測(cè)控制以及對(duì)未來溫度的預(yù)測(cè)分析。設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括模擬溫度信號(hào)生成模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析與顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊等構(gòu)成。具體要求:(1)用一個(gè)隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生一個(gè)值來模擬溫度信號(hào)的輸入,(2)利用波形圖記錄處理前與處理后溫度曲線,并比較分析,(3)記載采集來的信息,包括最大最小值、平均值、中值等歷史數(shù)據(jù),記錄溫度歷史曲線,方便研究溫度走向與分析。預(yù)期目標(biāo)1通過隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模擬溫度 ;2對(duì)采集來的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示; 3對(duì)采集到的溫度進(jìn)行記錄分析;4當(dāng)發(fā)現(xiàn)采集到得溫度超過設(shè)定上下限時(shí)發(fā)出警報(bào)。成果形式1完整的關(guān)于如何采集與分析溫度的LabVIEW程序。2關(guān)于如何實(shí)現(xiàn)溫度的采集與分析的論文一篇;設(shè)計(jì)(撰寫)地點(diǎn)起止時(shí)間2009年11月18日至2010年5月4 日指導(dǎo)單位指導(dǎo)教師 年 月 日審核意見審核簽名 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)成績(jī)?cè)u(píng)定表設(shè)計(jì)(撰寫)過程評(píng)語:指導(dǎo)教師: 年 月 日成績(jī)論文評(píng)閱評(píng)語: 評(píng)閱教師: 年 月 日成績(jī)論文答辯評(píng)語: 答辯組長(zhǎng): 年 月 日成績(jī)總分審核人: 年 月 日基于LabVIEW的虛擬溫度信號(hào)分析儀設(shè)計(jì)摘 要溫度是一個(gè)非常重要的物理量,因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中,得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控,以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行,產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制,保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行,從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。本文首先介紹了其它利用傳感器來檢測(cè)溫度的方法,引出虛擬儀器LabVIEW的相關(guān)知識(shí)。并對(duì)它們的發(fā)展歷史、軟件的優(yōu)缺點(diǎn)等做了簡(jiǎn)單的介紹,利用labview設(shè)計(jì)了一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、信號(hào)運(yùn)算和信號(hào)分析(時(shí)域分析)等功能。其中信號(hào)分析包括實(shí)時(shí)顯示波形、頻率測(cè)量、曲線擬合以及相關(guān)性分析。數(shù)據(jù)記錄包括各種溫度產(chǎn)生時(shí)間、最大最小溫差等等。關(guān)鍵詞:虛擬儀器;LabVIEW;溫度測(cè)量;數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)LABVIEW-based virtual design of the temperature signal analyzerAbstractTemperature 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 chemical 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 acquisition and control system in industrial production, scientific research and areas of peoples lives, has been widely used. In the industrial production process, often require strict temperature control, to enable production to proceed smoothly, Quality of the products can be fully guaranteed. Automatic temperature control system can control the temperature of the production environment to ensure the production of automation and intelligence of a smooth, safe, thereby improving production efficiency.This paper introduces the use of sensors to detect the temperature of other methods, leads to the relevant knowledge LabVIEW virtual instrument. And 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 (time-domain analysis) capabilities. One signal analysis, including real time display of waveform, frequency measurement, curve fitting and correlation analysis. Temperature data records including generation time, maximum and minimum temperature and so on.Key words: virtual instruments; LabVIEW; temperature measurement; data statistics目 錄1 緒 論11.1 溫度檢測(cè)的意義11.2 常見溫度檢測(cè)方法11.3 本論文研究的內(nèi)容21.4 本章小結(jié)22 虛擬儀器的基本理論32.1 虛擬儀器的概念32.2 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較32.3 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)42.4 虛擬儀器的分類52.5 本章小結(jié)63 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)73.1 LabVIEW概述73.1.1 LabVIEW的特點(diǎn)73.1.2 LabVIEW的發(fā)展歷程73.1.3 LabVIEW的結(jié)構(gòu)83.2 LabVIEW的應(yīng)用領(lǐng)域93.3 本章小結(jié)104 系統(tǒng)VI程序設(shè)計(jì)114.1 創(chuàng)建子VI114.2 VI設(shè)計(jì)124.3 本章小結(jié)145 程序框圖介紹155.1 系統(tǒng)初始化155.2 溫度采集165.3 數(shù)據(jù)分析175.4 本章小結(jié)186 結(jié)束語196.1 系統(tǒng)總結(jié)196.2 未來展望19致 謝20參考文獻(xiàn)211 緒 論各個(gè)行業(yè)的社會(huì)生產(chǎn)過程中,都離不開測(cè)試測(cè)量?jī)x器的應(yīng)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(cè)試測(cè)量?jī)x器儀表使用比較頻繁的機(jī)械制造業(yè)、電子和微電子等行業(yè),虛擬儀器的技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,技術(shù)很成熟,現(xiàn)成產(chǎn)品很多。虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用的新開發(fā)軟件不斷涌現(xiàn),使該技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛。1.1 溫度檢測(cè)的意義溫度是一個(gè)非常重要的物理量,因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對(duì)溫度的檢測(cè)的意義就越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中,得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)過程中,很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控,以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行,產(chǎn)品的質(zhì)量才能夠得到充分的保證。使用自動(dòng)溫度控制系統(tǒng)可以對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制,保證生產(chǎn)的自動(dòng)化、智能化能夠順利、安全進(jìn)行,從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。1.2 常見溫度檢測(cè)方法溫度的檢測(cè)方法有多種,常用的有電阻式、熱電偶式、PN 結(jié)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(shù)(如電阻值,熱電勢(shì)等) 的變化的原理隨著測(cè)量技術(shù)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了適用于高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)干擾等惡劣環(huán)境的光纖溫度傳感器,下面簡(jiǎn)單對(duì)其中一部分予以介紹:(1)電阻溫度傳感器這種傳感器以電阻作為溫度敏感元件,根據(jù)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(dǎo)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(jié)而成。(2)熱電偶溫度傳感器熱電偶測(cè)溫是基于“熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)” 所謂熱電動(dòng)勢(shì)效應(yīng)是指A 、B 兩種不同的導(dǎo)體組成閉合回路,若兩結(jié)點(diǎn)溫度不同則在回路中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),形成熱電流A 、B 兩導(dǎo)體的結(jié)點(diǎn)(熱端) 溫度為T,而另一端(冷段)溫度為To則熱電動(dòng)勢(shì)為E(T,To)=(T-To)(lnNa/Nb)k/e其中k為波爾茲曼常數(shù),e為電子電荷,Na,Nb為與材料有關(guān)的常數(shù),測(cè)量E (T ,To) 的大小便能確定被測(cè)溫度T。(3)PN結(jié)型及集成電路式溫度傳感器半導(dǎo)體PN結(jié)測(cè)溫是近幾年來發(fā)展起來的一種新型測(cè)溫手段,眾所周知, PN 結(jié)的反向電流隨溫度呈指數(shù)規(guī)律變化,而當(dāng)正向電流不變時(shí), 其正向壓降隨溫度近似線性變化,現(xiàn)代的PN結(jié)溫度傳感器都是利用正向壓降進(jìn)行測(cè)溫。(4)光纖溫度傳感器這是70年代發(fā)展起來的新型傳感器,它是將光源的光經(jīng)光纖送入調(diào)制區(qū), 在調(diào)制區(qū)內(nèi)被測(cè)參數(shù)(溫度)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用使光的光學(xué)性質(zhì)(如強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率等)發(fā)生變化而成為被調(diào)制的信號(hào)光,再經(jīng)光纖送入光檢測(cè)器及解調(diào)器而獲得被測(cè)參數(shù),此種方法也適于其它參數(shù)的測(cè)量。根據(jù)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(zhì)又是溫度敏感元件,因此結(jié)構(gòu)巧妙、簡(jiǎn)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(chǎng)合使用。 傳輸型傳感器中光纖只起傳光的作用,對(duì)溫度的敏感作用由其它元件來實(shí)現(xiàn),因此結(jié)構(gòu)較前者復(fù)雜,但可通過分別選擇性能優(yōu)良的光纖和敏感元件而達(dá)到較高的性能。1.3 本論文研究的內(nèi)容本課題的研究?jī)?nèi)容是基于LABVIEW的溫度檢測(cè)分析系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。針對(duì)目前溫度分析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和研制情況,本設(shè)計(jì)主要完成對(duì)溫度的采集、監(jiān)測(cè)、分析、顯示。不但能實(shí)現(xiàn)溫度的智能化監(jiān)測(cè),而且能為事后分析鑒定提供可靠的理論依據(jù)。本文首先討論了本設(shè)計(jì)的產(chǎn)生和應(yīng)用背景,介紹了虛擬儀器的基本內(nèi)容以及虛擬儀器的產(chǎn)生和發(fā)展,并介紹了LabVIEW的相關(guān)內(nèi)容,接著討論了系統(tǒng)的主要功能及總體結(jié)構(gòu),即系統(tǒng)采集顯示數(shù)據(jù),以及相關(guān)分析函數(shù)。1.4 本章小結(jié)本章主要分析了溫度檢測(cè)的意義,并對(duì)傳統(tǒng)方法利用各種傳感器來檢測(cè)溫度做了簡(jiǎn)單介紹,提出自己系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容和整體思路及要實(shí)現(xiàn)的效果。2 虛擬儀器的基本理論2.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器(virtual instrument)的概念是美國(guó)NI公司(National Instrument)提出來的。所謂虛擬儀器就是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)而發(fā)展起來的儀器測(cè)量技術(shù),是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。他將計(jì)算機(jī)作為儀器的硬件平臺(tái),借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,將儀器的專業(yè)功能和操作面板在計(jì)算機(jī)界面實(shí)現(xiàn)。在計(jì)算機(jī)上形成與儀器基本相同的系統(tǒng),更方便實(shí)現(xiàn)修改測(cè)試儀器。LabVIEW ( aboratory virtual instrument engineering workbench 即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái))也是美國(guó)NI公司推出的,它集合了簡(jiǎn)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(shù)為建立人機(jī)界面提供了一種簡(jiǎn)易的編程環(huán)境。2.2 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(gòu)建,所以應(yīng)用面極為廣泛。尤其在科研、開發(fā)、測(cè)量、檢測(cè)、計(jì)量、測(cè)控等領(lǐng)域更是不可多得的好工具。虛擬儀器技術(shù)先進(jìn),十分符合國(guó)際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢(shì),因而常被稱作“軟件儀器”。它功能強(qiáng)大,可實(shí)現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號(hào)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(cè)特定系統(tǒng)的參數(shù),如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號(hào)、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù);它操作靈活,完全圖形化界面,風(fēng)格簡(jiǎn)約,符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣,用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程;它集成方便,不但可以和高速數(shù)據(jù)采集設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng),而且可以和控制設(shè)備構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)。在儀器計(jì)量系統(tǒng)方面,示波器、頻譜儀、信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、電壓電流表是科研機(jī)關(guān)、企業(yè)研發(fā)實(shí)驗(yàn)室、大專院所的必備測(cè)量設(shè)備。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在測(cè)繪系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,傳統(tǒng)的儀器設(shè)備缺乏相應(yīng)的計(jì)算機(jī)接口,因而配合數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)處理十分困難。而且,傳統(tǒng)儀器體積相對(duì)龐大,多種數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)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(tái)上堆砌著紛亂的儀器,交錯(cuò)的線纜和繁多待測(cè)器件。然而在集成的虛擬測(cè)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(cè)量人員從繁復(fù)的儀器堆中解放出來,而且還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)記錄、自動(dòng)數(shù)據(jù)處理。其方便之極固不必多言,而設(shè)備成本的大幅降低卻不可不提。一套完整的實(shí)驗(yàn)測(cè)量設(shè)備少則幾萬元,多則幾十萬元。在同等的性能條件下,相應(yīng)的虛擬儀器價(jià)格要低二分之一甚至更多。虛擬儀器強(qiáng)大的功能和價(jià)格優(yōu)勢(shì),使得它在儀器計(jì)量領(lǐng)域具有很強(qiáng)的生命力和十分廣闊的前景。在專用測(cè)量系統(tǒng)方面,虛擬儀器的發(fā)展空間更為廣闊。環(huán)顧當(dāng)今社會(huì),信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,各行各業(yè)無不轉(zhuǎn)向智能化、自動(dòng)化、集成化。無所不在的計(jì)算機(jī)應(yīng)用為虛擬儀器的推廣提供了良好的基礎(chǔ)。虛擬儀器的概念就是用專用的軟硬件配合計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)專有設(shè)備的功能,并使其自動(dòng)化、智能化。因此,虛擬儀器適合于一切需要計(jì)算機(jī)輔助進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠?jì)量場(chǎng)合。測(cè)量與處理、結(jié)果與分析相脫節(jié)的面貌將大為改觀。數(shù)據(jù)的拾取、存儲(chǔ)、處理、分析一條龍操作,既有條不紊又迅捷快速。推而廣之,一切計(jì)量系統(tǒng),只要技術(shù)上可行都可用虛擬儀器代替,由此可見虛擬儀器應(yīng)用空間是多么的寬廣。2.3 虛擬儀器的結(jié)構(gòu)虛擬儀器通常是由計(jì)算機(jī)、模塊化功能硬件和應(yīng)用軟件這三部分構(gòu)成。1虛擬儀器的硬件構(gòu)成計(jì)算機(jī)是虛擬儀器的核心,主要完成數(shù)據(jù)處理和結(jié)果的顯示。硬件主要完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。虛擬儀器根據(jù)其模塊化功能硬件不同,有多種構(gòu)成方式:第一,基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器,是以信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),采用PCI或ISA計(jì)算機(jī)總線,將DAQ直接插入PC機(jī)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)的總線擴(kuò)展插槽。因此,這種虛擬儀器又叫PCI-DAQ/PCI插卡式虛擬儀器。第二,基于串行總線儀器的虛擬儀器,是由Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),包括符合RS - 232/RS422標(biāo)準(zhǔn)的PLC和單片機(jī)系統(tǒng)。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(jī)為儀器硬件平臺(tái),GPIB儀器具有獨(dú)立的儀器操作界面,可以脫離計(jì)算機(jī)使用,也可以通過標(biāo)準(zhǔn)GPIB電纜連接計(jì)算機(jī)實(shí)施程序控制。第四,基于VXI儀器的虛擬儀器,是以VXI (VME bus extension for instrume- ntation) 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),由主機(jī)箱、控制器和儀器模塊構(gòu)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(jù)測(cè)試功能的不同要求來選用。第五,基于PXI儀器的虛擬儀器,它是以PXI(PCI extension for instrumentation)標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái),PXI總線方式是在PCI總線內(nèi)核技術(shù)上增加多板同步觸發(fā)總線和參考時(shí)鐘技術(shù)規(guī)范和要求形成。標(biāo)準(zhǔn)的PXI模塊化儀器系統(tǒng)有8個(gè)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)。第六,基于現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備的虛擬儀器,是以Fieldbus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器及PC機(jī)為儀器硬件平臺(tái) 。無論上述哪種形式的虛擬儀器,都是通過應(yīng)用軟件將儀器的模塊化功能硬件與各類計(jì)算機(jī)相結(jié)合的,其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要適合構(gòu)成大型高精度集成測(cè)試系統(tǒng);PCI-DAQ / PCI、串行口方案主要適合構(gòu)成普及型的廉價(jià)測(cè)試系統(tǒng);現(xiàn)場(chǎng)總線方案主要適合構(gòu)成大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)測(cè)試系統(tǒng)。如測(cè)試任務(wù)需要,也可將上述幾種方案結(jié)合構(gòu)成混合測(cè)試系統(tǒng)。2虛擬儀器的軟件構(gòu)成虛擬儀器最核心的技術(shù)是軟件,使原來需要硬件實(shí)現(xiàn)的功能軟件化,以便最大限度地降低系統(tǒng)成本,增強(qiáng)系統(tǒng)功能與靈活性。虛擬儀器軟件的本質(zhì)是進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。虛擬儀器軟件的數(shù)據(jù)處理過程可以分為兩種:一是自下而上的數(shù)據(jù)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(gè)層次:虛擬輸入/輸出層、虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層和虛擬儀器應(yīng)用軟件層。軟件層次對(duì)外定義單一的調(diào)用接口,各個(gè)軟件層次之間通過接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。采用單一接口的好處是對(duì)外隱藏了軟件層次的內(nèi)部細(xì)節(jié),無論采用什么實(shí)現(xiàn)方法,做什么樣的修改,只要接口不變就不會(huì)影響軟件的其他部分。第一,虛擬輸入/輸出層。是為虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層提供信息傳遞的底層軟件,是實(shí)現(xiàn)開放、靈活的虛擬儀器的基礎(chǔ)。虛擬輸入/輸出層的功能是直接對(duì)儀器進(jìn)行控制,完成數(shù)據(jù)讀寫。由于儀器硬件的種類繁多,為了保證硬件的“即插即用”虛擬輸入/輸出層需要提供獨(dú)立于硬件的I/O接口。第二,虛擬儀器驅(qū)動(dòng)層。是連接虛擬儀器應(yīng)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(yīng)用軟件層提供抽象的儀器操作集。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件來說,對(duì)儀器的操作是通過調(diào)用虛擬儀器驅(qū)動(dòng)提供的單一接口來實(shí)現(xiàn)的,而虛擬儀器驅(qū)動(dòng)又是調(diào)用虛擬輸入/ 輸出所提供的單一接口來實(shí)現(xiàn)的。第三,虛擬儀器應(yīng)用軟件層。直接面對(duì)操作用戶,提供了快捷、友好的測(cè)控操作界面,以及圖形、圖表等數(shù)據(jù)顯示方式。它只對(duì)虛擬儀器驅(qū)動(dòng)進(jìn)行調(diào)用,本身不進(jìn)行任何數(shù)據(jù)處理。對(duì)于虛擬儀器應(yīng)用軟件的開發(fā)者來說,在不了解儀器內(nèi)部操作與實(shí)現(xiàn)的情況下,也可以進(jìn)行虛擬儀器應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)。在軟件層次化的基礎(chǔ)上,就可以把各層封裝為不同的模塊組件。構(gòu)造虛擬儀器的過程就是將各組件組合在一起,當(dāng)功能發(fā)生改變和更新儀器硬件時(shí),只要調(diào)用、添加或重組各模塊組件見,就能構(gòu)造出新的虛擬儀器,將儀器使用的主動(dòng)權(quán)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(xiàn)。2.4 虛擬儀器的分類虛擬儀器的發(fā)展隨著微機(jī)的發(fā)展和采用總線方式的不同,可分為五種類型:第一類,PC總線插卡型虛擬儀器這種方式借助于插入計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結(jié)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(gòu)成測(cè)試系統(tǒng),它充分利用計(jì)算機(jī)的總線、機(jī)箱、電源及軟件的便利。但是受PC機(jī)機(jī)箱和總線限制,且有電源功率不足,機(jī)箱內(nèi)部的噪聲電平較高,插槽數(shù)目也不多,插槽尺寸比較小,機(jī)箱內(nèi)無屏蔽等缺點(diǎn)。另外,ISA總線的虛擬儀器已經(jīng)淘汰,PCI總線的虛擬儀器價(jià)格比較昂貴。第二類,并行口式虛擬儀器最新發(fā)展的一系列可連接到計(jì)算機(jī)并行口的測(cè)試裝置,它們把儀器硬件集成在一個(gè)采集盒內(nèi)。儀器軟件裝在計(jì)算機(jī)上,通??梢酝瓿筛鞣N測(cè)量測(cè)試儀器的功能,可以組成數(shù)字存儲(chǔ)示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計(jì)、數(shù)字萬用表、功率計(jì)、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國(guó)LINK公司的 DSO-2XXX系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計(jì)算機(jī)相連,方便野外作業(yè),又可與臺(tái)式PC機(jī)相連,實(shí)現(xiàn)臺(tái)式和便攜式兩用,非常方便。由于其價(jià)格低廉、用途廣泛,特別適合于研發(fā)部門和各種教學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。第三類,GPIB總線方式的虛擬儀器GPIB技術(shù)是 IEEE488標(biāo)準(zhǔn)的虛擬儀器早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測(cè)量獨(dú)立的單臺(tái)手工操作向大規(guī)模自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)發(fā)展,典型的GPIB系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)、一塊 GPIB接口卡和若干臺(tái)GPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下,一塊GPIB接口可帶多達(dá)14臺(tái)儀器,電纜長(zhǎng)度可達(dá)40米。GPIB 技術(shù)可用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(tái)儀器組合起來,形成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。GPIB測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡(jiǎn)單,主要應(yīng)用于臺(tái)式儀器,適合于精確度要求高的,但不要求對(duì)計(jì)算機(jī)高速傳輸狀況時(shí)應(yīng)用。第四類,VXI總線方式虛擬儀器VXI總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線VME總線在VI領(lǐng)域的擴(kuò)展,它具有穩(wěn)定的電源,強(qiáng)有力的冷卻能力和嚴(yán)格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn),很快得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)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(dòng)測(cè)量系統(tǒng)以及對(duì)速度、精度要求高的場(chǎng)合。有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢(shì)。然而,組建VXI總線要求有機(jī)箱、零槽管理器及嵌入式控制器,造價(jià)比較高。第五類,PXI總線方式虛擬儀器PXI總線方式是PCI總線內(nèi)核技術(shù)增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的,增加了多板同步觸發(fā)總線的技術(shù)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(kuò)展性。PXI具有8個(gè)擴(kuò)展槽,而臺(tái)式PCI系統(tǒng)只有3-4個(gè)擴(kuò)展槽,通過使用PCIPCI橋接器,可擴(kuò)展到256個(gè)擴(kuò)展槽,臺(tái)式PC的性能價(jià)格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來,將形成未來的虛擬儀器平臺(tái)。2.5 本章小結(jié)在本章主要引出虛擬儀器及其相關(guān)知識(shí),重點(diǎn)探討了虛擬儀器的結(jié)構(gòu)、概念和分類,并對(duì)先進(jìn)的虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器做了比較,下一章我們將進(jìn)入到本溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)部分。3 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3.1 LabVIEW概述作為基于圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境,LabVIEW自然、直觀、簡(jiǎn)潔的程序開發(fā)方式大大降低了學(xué)習(xí)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(shù)模塊進(jìn)行編程。所需做的只是將這些VI模塊拖拉到程序框圖中,并定義它在應(yīng)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(shè)計(jì)。3.1.1 LabVIEW的特點(diǎn)LabVIEW的主要特點(diǎn)可以概括如下:l 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(shù)建立人機(jī)界面,使用大多數(shù)工程師索熟悉的數(shù)據(jù)流程式的語言編寫程序,被譽(yù)為“工程師和科學(xué)家的語言”。l 內(nèi)置的程序編譯器,使運(yùn)行速度加快。l 靈活的程序調(diào)試手段,可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn),單步運(yùn)行,在數(shù)據(jù)流上設(shè)置探針,加亮執(zhí)行。其中最最具特色的是“加亮執(zhí)行”和“設(shè)置探針”,前者用于跟蹤程序運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)流,后者用于在程序運(yùn)行過程中在線顯示數(shù)據(jù)值。l LabVIEW提供了從底層VXI、GPIB、串口及數(shù)據(jù)采集板的控制子程序到大量的儀器驅(qū)動(dòng)程序,從基本的功能函數(shù)到高級(jí)分析庫,涵蓋了儀器設(shè)計(jì)中幾乎所需要的函數(shù)。l 支持多種系統(tǒng)平臺(tái),平臺(tái)之間的程序可以直接進(jìn)行移植。l 提供CLF(call library function )功能和CNI(code interface node ) 功能,可以直接調(diào)用其他軟件平臺(tái)編譯的模塊。l 支持TCP/IP、DDE等功能。此外,LabVIEW帶有附加的軟件包,如磁盤管理。自動(dòng)測(cè)試、控制與仿真、信號(hào)處理、圖形獲得與處理、數(shù)值分析工具等。3.1.2 LabVIEW的發(fā)展歷程LabVIEW從1986發(fā)明至今,已推出了數(shù)個(gè)不同版本,可以支持多個(gè)目前流行的操作系統(tǒng),LabVIEW的主要發(fā)展歷程如下:l 1983年4月,LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)在美國(guó)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(cè)和修改儀器系統(tǒng)的圖形軟件系統(tǒng);l 1986年5月,NI公司推出了LabVIEW beta測(cè)試版;l 1986年10月,NI公司正式發(fā)布了LabVIEW1.0 for macintosh版本,該版本是解釋型和單色的,一問世引起了儀器工業(yè)的變革;l 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(yùn)行速度可以與編程C語言的運(yùn)行速度相媲美;l 1992年8月,支持sun solaris工作站和PC的LabVIEW版本面世;l 1993年1月LabVIEW3.0版本開發(fā)完成,同時(shí)給用戶提供一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)生成器(application builder),它使得LabVIEW的VI變成一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的程序;l 1998年2月,LabVIEW5.0版本問世,改版本是LabVIEW歷史上又一個(gè)里程碑。該版本為多核設(shè)備預(yù)先設(shè)置了多線程功能,還做了包括可程序設(shè)計(jì)的控制面板、用戶定義控制、應(yīng)運(yùn)程序發(fā)行等重大改進(jìn);l 2003年,LabVIEW7 express和LabVIEW7系列開始推向市場(chǎng),在LabVIEW7系列中,引入了新的數(shù)據(jù)類型動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型(dynamic data type),并增加了LabVIEW PDA和LabVIEW FPGA等各種不同的功能模塊;l 2005年,LabVIEW8版本問世,改版本具有分布式、智能化的優(yōu)異特性;l 2006你去,20周年紀(jì)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;l 2007年8月,LabVIEW8.5版本面世,它是國(guó)內(nèi)目前廣泛應(yīng)用的版本;l 2008年8月LabVIEW8.5版本發(fā)布,它是NI目前正式推出專用于測(cè)試、控制和嵌入式系統(tǒng)開發(fā)的LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)平臺(tái)的最新版本。它提供了支持多核處理器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列編程等新技術(shù)。圖3-1LabVIEW前面板3.1.3 LabVIEW的結(jié)構(gòu)利用LabVIEW開發(fā)測(cè)試系統(tǒng)軟件,涉及兩個(gè)主要部分:前面板和流程圖(又稱程序框圖)。前面板是指一些圖形化的測(cè)試界面,如圖3-1所示,即測(cè)試程序開發(fā)完成后,用戶運(yùn)行時(shí)所展現(xiàn)的各種測(cè)試交互接口,包括菜單、參數(shù)設(shè)置、結(jié)果顯示等。流程圖是指測(cè)試程序的內(nèi)部運(yùn)行結(jié)構(gòu),是測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理的流程。如圖3-2所示。測(cè)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(cè)試程序在運(yùn)行時(shí)流程圖式不可見的,它和文本式開發(fā)平臺(tái)(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(shí)圖形化的,更簡(jiǎn)單、高效、直觀。圖3-2LabVIEW流程圖3.2 LabVIEW的應(yīng)用領(lǐng)域LabVIEW的諸多優(yōu)點(diǎn),使其在包括航天、航空、通信、汽車。半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。從儀器控制、數(shù)據(jù)采集到測(cè)試和工業(yè)自動(dòng)化,從大學(xué)實(shí)驗(yàn)室到工廠,從探索研究到技術(shù)集成,不同領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師都在借助LabVIEW解決研究和工作中出現(xiàn)的各種應(yīng)用課題。1. 應(yīng)用于自動(dòng)化測(cè)試和測(cè)量平臺(tái)LabVIEW在測(cè)定和測(cè)量中的應(yīng)用任務(wù)如下表3-1所示。表3-1 LabVIEW在測(cè)試和測(cè)量中的應(yīng)用及任務(wù)應(yīng) 用任 務(wù)制造測(cè)試測(cè)試制造系統(tǒng),提升處理能力和可升級(jí)性電子設(shè)計(jì)驗(yàn)證與定性驗(yàn)證常見的測(cè)量任務(wù)(如參數(shù)值、電氣特征)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄記錄測(cè)量值(溫度、壓力、電流、速度、應(yīng)力、位移等)結(jié)構(gòu)/機(jī)械測(cè)試測(cè)試設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和機(jī)械(噪聲、震動(dòng)操作平穩(wěn)性)硬件在環(huán)(HIL)測(cè)試實(shí)現(xiàn)插置模式,在硬件平臺(tái)上執(zhí)行控制和分析代碼RF和通信測(cè)試測(cè)試無線通訊功能便攜式現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試創(chuàng)建自定義的便攜式測(cè)試系統(tǒng)臺(tái)式測(cè)試通過臺(tái)式機(jī)上的虛擬儀器進(jìn)行測(cè)量和實(shí)時(shí)分析2. 應(yīng)用于工業(yè)測(cè)量和控制普通LabVIEW在工業(yè)測(cè)量和控制平臺(tái)中的應(yīng)用及任務(wù)如表3-2所示。表3-2 LabVIEW在工業(yè)測(cè)量和控制中的應(yīng)用及任務(wù)應(yīng) 用任 務(wù)機(jī)器自動(dòng)化解決機(jī)器自動(dòng)化中聲音、震動(dòng)監(jiān)控等應(yīng)用難題機(jī)器狀態(tài)監(jiān)控對(duì)機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和測(cè)試分布式監(jiān)控和控制創(chuàng)建分布式監(jiān)控和控制應(yīng)用電源監(jiān)控執(zhí)行電源測(cè)量和電源質(zhì)量測(cè)量集成式測(cè)試和控制開發(fā)測(cè)試和控制相結(jié)合的應(yīng)用,如機(jī)電測(cè)試、環(huán)境測(cè)試硬件在線測(cè)試創(chuàng)建模塊化、性價(jià)比高的軟硬件測(cè)試平臺(tái)3. 應(yīng)用于設(shè)計(jì)、原型建模和發(fā)布LabVIEW可用于搞笑的設(shè)計(jì)仿真、應(yīng)用、仿真數(shù)據(jù)與真實(shí)測(cè)量之間的比較。將LabVIEW和測(cè)量工具集成與附加的設(shè)計(jì)和仿真工具中,在設(shè)計(jì)過程中就可以將真實(shí)的測(cè)試工具與仿真模型進(jìn)行比較,從而發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的缺陷、減少重復(fù)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品質(zhì)量。通常的應(yīng)用有嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)測(cè)試、控制設(shè)計(jì)、數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、算法設(shè)計(jì)等。4. 應(yīng)用于院校實(shí)驗(yàn)室LabVIEW在測(cè)控領(lǐng)域掀起革新的同時(shí),也增強(qiáng)和提高了院校實(shí)驗(yàn)室的研究。在實(shí)驗(yàn)室中,LabVIEW將復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集工作變得簡(jiǎn)單,便于研究人員集中時(shí)間和精力用于實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析和結(jié)論總結(jié),而不是將大量時(shí)間用于搭建實(shí)驗(yàn)室設(shè)備。LabVIEW在教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用領(lǐng)域包括測(cè)量、電路設(shè)計(jì)和仿真、控制、機(jī)械、電子、信號(hào)和圖像處理、無線通信和嵌入式系統(tǒng)等。3.3 本章小結(jié)本章主要探討了虛擬軟件LabVIEW的相關(guān)信息,包括LabVIEW的發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)LabVIEW相對(duì)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4 系統(tǒng)VI程序設(shè)計(jì)VI層次結(jié)構(gòu)圖中以VI圖表代表各個(gè)VI,清楚地顯示出了分層式的金字塔結(jié)構(gòu),便于用戶瀏覽結(jié)構(gòu)的作用。如圖4-1所示。圖4-1系統(tǒng)的VI層次結(jié)構(gòu)圖4.1 創(chuàng)建子VI1子VI的概念子VI即LabVIEW的子程序,是層次化和模塊化VI的關(guān)鍵組件,它能使VI易于調(diào)試和維護(hù)。子VI是由其他VI調(diào)用的獨(dú)立的VI,即子VI用在頂層VI框圖中。在VI中可使用的子VI數(shù)目不受限制。使用子VI是一種有效地編程技術(shù),因?yàn)樗试S子VI代碼在不同場(chǎng)合重復(fù)使用,而且在一個(gè)子VI中還可以調(diào)用另一個(gè)子VI,這也是G語言的分層特性。2創(chuàng)建虛擬溫度發(fā)生器子VI本設(shè)計(jì)采用模擬的溫度發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)溫度數(shù)值,見圖4-2,用隨機(jī)數(shù)0-1產(chǎn)生的數(shù)值,經(jīng)過簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算生成所需采集的溫度數(shù)值,且溫度值的范圍控制在40-50攝氏度。 圖4-2 模擬溫度發(fā)生器4.2 VI設(shè)計(jì)VI程序的前面板是一個(gè)交互式的用戶界面,相當(dāng)于真實(shí)物理測(cè)試儀器的儀器面板。主界面包括溫度檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析兩部分,如圖4-3和4-4所示。其中溫度檢測(cè)面板中包括瞬時(shí)溫度顯示、上下限數(shù)值設(shè)定、溫度曲線顯示、攝氏華氏轉(zhuǎn)換、結(jié)束采集按鈕以及報(bào)警。數(shù)據(jù)分析面板包含波形圖的分析顯示、相關(guān)數(shù)據(jù)值顯示、自相關(guān)函數(shù)的波形顯示以及關(guān)閉系統(tǒng)按鈕。圖4-3 虛擬溫度采集檢測(cè)圖4-4 數(shù)據(jù)分析面板點(diǎn)擊工具欄運(yùn)行鍵,彈出對(duì)話框設(shè)置采集溫度上下限,圖4-5,設(shè)置完上下限值,點(diǎn)擊確定,系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)。圖4-6.此時(shí)面板上顯示出采集的溫度曲線圖,瞬時(shí)溫度值,以及報(bào)警情況。點(diǎn)擊停止采集按鈕,進(jìn)入數(shù)據(jù)分析面板,并將分析結(jié)果以圖形和數(shù)據(jù)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(shí)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(jì)而得的數(shù)據(jù)。面板的下方還將顯示出自相關(guān)函數(shù)圖像,便以判斷所采集的溫度是否具有周期性。圖4-5 設(shè)置上下限圖4-6 溫度采集圖4-7 數(shù)據(jù)分析4.3 本章小結(jié)本章主要對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊的程序框圖做了簡(jiǎn)單介紹,以及每一個(gè)模塊的主要功能,參數(shù)設(shè)置等一系列問題;同樣對(duì)前面板也做了簡(jiǎn)要的概述。對(duì)里面的每一個(gè)參數(shù)所代表的意義、各個(gè)窗口顯示出來的波形等簡(jiǎn)單的表述。5 程序框圖介紹如果說前面板是儀器的操作面板,那么程序框圖則相當(dāng)于儀器內(nèi)部的電子線路。虛擬儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵所在就是程序框圖的設(shè)計(jì),合理的布局,恰當(dāng)?shù)暮瘮?shù)運(yùn)用可以是復(fù)雜的系統(tǒng)運(yùn)行順暢。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:隨機(jī)溫度大于上限小于上限報(bào)警溫度曲線顯示瞬時(shí)溫度值顯示轉(zhuǎn)換至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)最大值時(shí)間最大值最小值最小值時(shí)間總采樣數(shù)平均溫度最大溫差曲線擬合單頻測(cè)量頻率溫度曲線上限數(shù)組下限數(shù)組統(tǒng)計(jì)圖5-1 系統(tǒng)流程圖5.1 系統(tǒng)初始化為前端數(shù)據(jù)輸入,程序運(yùn)行即彈出對(duì)話框,用于設(shè)置上下限值。為記錄總的運(yùn)行時(shí)間設(shè)計(jì)。為清零設(shè)計(jì),使得系統(tǒng)在下次啟動(dòng)時(shí)將上次的數(shù)據(jù)清零。其編程框圖如圖5-2所示圖5-2 數(shù)據(jù)初始化5.2 溫度采集如圖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(chǎn)生隨機(jī)溫度值,將該溫度值與預(yù)先設(shè)定的上下限值比較,若大于上限小于下線則報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。并根據(jù)攝氏華氏設(shè)置,經(jīng)過f=c*1.8+32轉(zhuǎn)換在溫度計(jì)中顯示實(shí)時(shí)溫度。圖5-3 溫度采集程序框圖5.3 數(shù)據(jù)分析圖5-3中,已采集到的單通道一維標(biāo)量數(shù)組經(jīng)過轉(zhuǎn)換變?yōu)閯?dòng)態(tài)數(shù)據(jù),經(jīng)由單頻測(cè)量和統(tǒng)計(jì),輸出采樣頻率、平均溫度、最大值、最小值等數(shù)據(jù)。另經(jīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)經(jīng)多項(xiàng)式階數(shù)為5的曲線擬合后,輸出擬合后的溫度曲線。數(shù)據(jù)經(jīng)一維自相關(guān)函數(shù)運(yùn)算,根據(jù)其顯示出來的數(shù)據(jù)判斷是否所采集的溫度具有周期性。本設(shè)計(jì)中對(duì)于采集到的溫度數(shù)據(jù),進(jìn)行了相關(guān)的時(shí)域分析和統(tǒng)計(jì)。編程圖如5-4所示。圖5-4 數(shù)據(jù)分析程序框圖下面便對(duì)其內(nèi)部主要統(tǒng)計(jì)函數(shù)做相關(guān)介紹:1相關(guān)性分析假定一個(gè)樣本x(t)來自各態(tài)歷經(jīng)平穩(wěn)隨機(jī)過程,則其自相關(guān)函數(shù)Rxx(t)(簡(jiǎn)記為Rx()是樣本信號(hào)x(t)與此樣本記錄在作時(shí)移后的信號(hào)x(t+)作乘積后再積分平均的運(yùn)算值,即,(5-1)所用計(jì)算公式: k=0,1,2,(N-1),(5-2)如果信號(hào)中有周期成分,其自相關(guān)函數(shù)在很大時(shí)都不衰減,并具有明顯的周期性。因此可以利用自相關(guān)函數(shù)檢測(cè)信號(hào)中有無周期成分。若其自相關(guān)函數(shù)圖像顯示具有對(duì)稱性,則判定原信號(hào)具有周期性。2 曲線擬合曲線擬合子分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)非常有用,它可以從大量的離散數(shù)據(jù)中抽象出內(nèi)部規(guī)律。而為了充分利用這些數(shù)據(jù),就要用到擬合。LabVIEW中包含了大量的曲線擬合函數(shù)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。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維曲線擬合時(shí)需要輸入數(shù)據(jù)的坐標(biāo)(Xi,Yi)即x數(shù)組和y數(shù)組。曲線擬合的目的就是找出Yi和Xi的函數(shù)關(guān)系式y(tǒng)=f(x)。本系統(tǒng)采用多項(xiàng)式擬合。多項(xiàng)式系數(shù)的元素為m+1,其中m是多現(xiàn)實(shí)階數(shù)。本設(shè)計(jì)中采用多項(xiàng)式階數(shù)為5,其當(dāng)前模型可寫為Y= a0+a1*x+a2*x2+a3*x3+a4*x4+a5*x5,(5-3)3 統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)為L(zhǎng)abVIEW中信號(hào)分析Express VI中的一個(gè)VI,利用概率統(tǒng)計(jì)的方法求算出本文中所需的最大值、最小值、采樣總數(shù)、平均值等。5.4 本章小結(jié)在本章主要對(duì)前一章的補(bǔ)充與細(xì)化,給出了整個(gè)系統(tǒng)的流程圖,重點(diǎn)分析解讀程序框圖里的每一個(gè)模塊及其意義,對(duì)數(shù)據(jù)分析里面的相關(guān)統(tǒng)計(jì)函數(shù)做了詳細(xì)說明,例如相關(guān)函數(shù)、曲線擬合等等6 結(jié)束語6.1 系統(tǒng)總結(jié)可見,在LabVIEW圖形化語言環(huán)境下設(shè)計(jì)的虛擬溫度采集系統(tǒng)簡(jiǎn)單快捷,用戶完全可根據(jù)實(shí)際環(huán)境溫度的需要,調(diào)節(jié)不同功能的軟件模塊,改變?cè)O(shè)定的參數(shù),就可以在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)中對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行非實(shí)時(shí)的在線和離線分析,便可以準(zhǔn)確地判斷當(dāng)前溫度是否超出規(guī)定的溫度范圍,從而對(duì)溫度進(jìn)行精確地監(jiān)控。本系統(tǒng)的特點(diǎn)可以歸納如下:1溫度產(chǎn)生方便,通過一個(gè)隨機(jī)數(shù)即可模擬產(chǎn)生,而且可以隨意設(shè)置范圍;2整個(gè)系統(tǒng)界面清晰明了,各個(gè)功能模

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