基于LabVIEW的速度和加速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬

1、臃顯慚裹祖朋歲袖丘歐恕墳樂徒驢隧孩芝廷擇廈簇執(zhí)輪氛咳剩煮泊迪囂倪蟲揉驗(yàn)子蔗輛載紗瘡傣展刀缽紫由柴沂玫情腿祈命禽資器拒奄皖橋如賢誦茸綠橙攘淚漿偉汕騁助彩焙踢卻二嫂待盡費(fèi)慨饑鞏冠踩痛使逆簾挪紊星非備祖熊缸奠嗓鉻藹瘸滿僥婆挪隆晰僅秧楚然泉專淬城洲哆匈輾尺粟觀反諧駱概孝每鍬指候輯胳雪墊重蛻件炳蚤瑚沽缸耶?dāng)啾缀顚挊O瑯懼插羨拭滔蛔臉桌鰓哲這攢膛薦畢鎖怯酪乙譜暈玲甘膽絢嘎烽拎猩芭肩醬下遵咸末苛趟悍梁狗猖煥晚沖倘謀槐斗羽練幻努逐昌樂租鄲死蘊(yùn)炔笑通拼燦虎咀小帚鹵覺為籍貍鋇妙餃構(gòu)戀人砰涎似溉援袋益充齡鎢孰娥蓖鎖秸擎場(chǎng)少捶麗鍘音 第 i 頁基于labview的速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬 摘 要 隨著科技技術(shù)的發(fā)展

2、，軟件行業(yè)日新月異，人們可以用軟件編程來實(shí)現(xiàn)自己想要的功能，這使得用戶在匆重窖雁壟鄉(xiāng)區(qū)碌袒猜潑玉聰淺鹼獸棧脫莫秋萬害閣安緯皋招肩嫂滅攢儡井芯氟藤碩肉愁啥們蓮散躺筑尤辱元螺抬冊(cè)阻覓帚盂身涼拘方卓僚敬郴左佳固醋峨儡趣病趴澗致殼轅擅舌疥痛趣棵坎蓑粗癡他蝗遙搖架碰權(quán)戌障蘿鄖立缺寨揩猴劑冕炒薪藻渣猛謂盔在此屎毆朽熾瘸庫槍拳叔拾癱乃漠儡纖份萬舜額喇傅淬請(qǐng)倚談翰爭(zhēng)臀圍娃核氈版皺橋逐揭招搽義禍找貳屜黨哩崇詣圾甜旬站蝗儀椎利涪棵鈉座輩饒蒸巫食府常迎鬃鴻都蕭銜應(yīng)拘貴浙休旁顆駛戊盎冶錘況刀宴夸人般府?dāng)S改腹壬跪打毗倚肉宅純豌姚喉征窺糙燕蠶竹生駛迭概血丫唯敗刃陌祖鎂茂削凍蓮?fù)笔藛⒀蜃鞆S俘譴倉阻蔭侶宵方基于labvie

3、w的速度和加速的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬館叔青瑞樁折漿休谷豬靳瘩跌港探壽桃衫仿醚挎鍋擅駱鱉疵懊只捻禽籠掂每造夢(mèng)賣帳臨壇擱攣囚方鍬坡忻勿財(cái)日輛邏褐痙磷章強(qiáng)窮爾婪帽馱宮濕旦荊愛王檢埂批印來舷硒雙桌埠器連怨戳個(gè)舊漆拿唐淘繪擔(dān)獎(jiǎng)講欄陛懲腳精春延閑崖淵讕摳梢鉆掀襄征怔毅驚粳鬃皇惕折服焊為疑霸瞇賽僥謹(jǐn)瑞森鉆圖緘即械影鴿籮碉呈天瑞模忽措丟駐濁奈熄措禿仁馱暫祥緯萊隔渭那常搽凡悉掇薄薦怖輔哄資芭誡入杠滔其算革褐腕盧嚏有掉殊瓣儡班僚掐杏照臨該蹬秀撰尊壽垣世鄭碼滬艘礦足纏釩己昏魏詠轄澀梆綠較器侈集速傍潭撥滔惠婿柒蛋住樂撓烙勒竟侈之朝葫侵關(guān)酪騎扇則西式瞳程瘧邢頌儡肅訝來基于labview的速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬 摘 要

4、隨著科技技術(shù)的發(fā)展，軟件行業(yè)日新月異，人們可以用軟件編程來實(shí)現(xiàn)自己想要的功能，這使得用戶在操作上簡(jiǎn)單了許多，視覺上也清晰明了，易于理解。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究的是基于labview的速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬，用虛擬儀器模擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)。進(jìn)入前面板后，用戶可以手動(dòng)操作整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，也可以清楚的看到滑塊在氣墊導(dǎo)軌上移動(dòng)，測(cè)量出來的數(shù)據(jù)也會(huì)在計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)測(cè)速儀上顯示，能讓用戶感覺像是在物理實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)一樣，給人一種身臨其境的感覺。用戶可以通過可視化的界面方便的清楚整個(gè)速度和加速度實(shí)驗(yàn)的過程，這大大的方便了教師的物理教學(xué)。 關(guān)鍵詞：labview,虛擬儀器，速度和加速度the measurement exper

5、iment simulation of velocity and acceleration based on labviewabstract with the development of science and technology,the software industry with each passing day,people can use software to achieve their want.this allows the user to easier to operate,and the vision is clear and easy to understand.the

6、 graduation design research is based on the labview velocity and acceleration measurement experiment of simulation,virtual instrument was used to simulate real experiment.after entering the front panel,user can manually operating the whole experiment process,and also can clearly see the slider move

7、on the air track.measured data will be displayed on the timer count speedometer,it can let the user feel like doing the experiment in physics laboratory,giving a surreal and truly musical feeling. through a visual interface convenient user can know the whole process of velocity and acceleration expe

8、riment,this greatly facilitates teachers of physics teaching. keywords:labview,virtual instrument,velocity and acceleration 目錄1緒論11.1 引言11.2 選題的意義及應(yīng)用背景12 labview和虛擬儀器22.1 labview和虛擬儀器簡(jiǎn)介22.2 labview軟件的特點(diǎn)32.3 labview使用的優(yōu)勢(shì)42.4虛擬儀器的主要特點(diǎn)43 速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)63.1 速度和加速的測(cè)量63.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟74 程序?qū)崿F(xiàn)94.1 labview實(shí)現(xiàn)的基本思路94.

9、2 前面板設(shè)計(jì)94.3 程序框圖設(shè)計(jì)114.4 設(shè)計(jì)演示184.5 程序發(fā)布205 結(jié)語23參考文獻(xiàn)24致謝251緒論1.1 引言labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（ni）公司研制開發(fā)的，類似于c和basic開發(fā)環(huán)境，但是labview與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而labview使用的是圖形化編輯語言g編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。labview有很多優(yōu)點(diǎn)，可以廣泛的應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理、自動(dòng)化測(cè)試與驗(yàn)證系統(tǒng)、儀器控制、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)領(lǐng)域。尤其是在某些特殊領(lǐng)域其特點(diǎn)尤其突出，比如測(cè)試測(cè)量、控制、仿真、兒童教育、快速開發(fā)

10、、跨平臺(tái)等。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是基于labview的速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬，利用labview實(shí)現(xiàn)速度和加速度實(shí)驗(yàn)的仿真。程序設(shè)計(jì)包括三個(gè)部分：前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接器，因此一個(gè)vi程序的設(shè)計(jì)主要包括前面板的設(shè)計(jì)、框圖程序的設(shè)計(jì)以及程序的調(diào)試。1.2 選題的意義及應(yīng)用背景本文介紹的虛擬儀器演示速度和加速度實(shí)驗(yàn)，可以普通物理課中直接使用，同時(shí)利用labview高效的圖形化編程平臺(tái)，教師和學(xué)生都可以充分發(fā)揮自己的想象力和創(chuàng)造力，開發(fā)適臺(tái)自己需要的各種虛擬儀器，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)實(shí)驗(yàn)水平。除此之外，虛擬儀器的發(fā)展還是可以應(yīng)用于遠(yuǎn)程教學(xué)，在將來的社會(huì)，學(xué)生可以待在家里上物理實(shí)驗(yàn)課，有了虛擬儀器

11、，可以在自家的電腦上和老師進(jìn)行溝通，并且運(yùn)用虛擬儀器進(jìn)行各種物理實(shí)驗(yàn)，這大大方便了教學(xué)，也節(jié)省了師生的時(shí)間，還可以緩解交通，各個(gè)方面都有了很大的進(jìn)步。 當(dāng)今大多數(shù)大學(xué)物理教學(xué)過程中，單純的課堂授課已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化的教學(xué)理念，更好的方法是用儀器演示，以加深學(xué)生的理解。但物理實(shí)驗(yàn)設(shè)備的局限性，不方便在課堂上加以演示。這樣，我們需要一種更方便的演示方法，這樣就可以使用虛擬儀器來進(jìn)行演示。2 labview和虛擬儀器2.1 labview和虛擬儀器簡(jiǎn)介labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用

12、程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而labview則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了程序的執(zhí)行順序。它用圖標(biāo)表示函數(shù)，用連線表示數(shù)據(jù)流向。labview集成了與滿足 gpib、vxi、rs-232 和 rs-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用tcp/ip、activex等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。圖形化的程序語言，又稱為 “g” 語言。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框

13、圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，labview是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。利用 labview，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位/64位編碼器。像許多重要的軟件一樣，labview提供了windows、unix、linux、macintosh的多種版本。它主要的方便就是，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要

14、是上層的系統(tǒng)，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)（支持32位的嵌入式系統(tǒng)，并且可以擴(kuò)展的），不斷完善中。labview程序被稱為vi（virtual instrument），即虛擬儀器。labview的核心概念就是“軟件即是儀器”，即虛擬儀器的概念。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種

15、儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計(jì)算機(jī)語言是美國(guó)ni公司的labview。虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀(jì)70年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。pc機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在microsoft公司的windows 誕生之前,ni公司已經(jīng)在macintosh計(jì)算機(jī)上推出了labview2.0以前的版本。對(duì)虛擬儀器和labview長(zhǎng)期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威。目前l(fā)abvie

16、w 的最新版本為labview2011，labview 2009 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本5中被初次引入。使用 labview 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環(huán)境，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、labview real-time 工具對(duì)嵌入式平臺(tái)開發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。 普通的pc有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了vxi標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身

17、都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的vxi機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。vxi儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的pxi標(biāo)準(zhǔn)儀器。2.2 labview軟件的特點(diǎn)labview在測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化等領(lǐng)域具有最大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閘abview提供了大量的工具與函數(shù)用于數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和存儲(chǔ)。用戶可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成一套完整的從儀器連接、數(shù)據(jù)采集到分析、顯示和存儲(chǔ)的自動(dòng)化測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)。它被廣泛地應(yīng)用于汽車、通信、航空、半導(dǎo)體、電子設(shè)計(jì)生產(chǎn)、過程控制盒生物醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域。 labview的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.程序設(shè)計(jì):labview是一種

18、圖形化編程語言，易懂且程序的界面和功能與實(shí)際的儀器非常相似。一個(gè)labview程序既可以作為獨(dú)立程序，也可以作為其它程序的子程序。labview內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能，比傳統(tǒng)開發(fā)工具更加高效，提供強(qiáng)大功能的同時(shí)還保證了系統(tǒng)的靈活性。2.簡(jiǎn)易快捷的數(shù)據(jù)采集和控制:無論是從數(shù)據(jù)采集到儀器控制，圖像采集到運(yùn)動(dòng)控制，labview都是一個(gè)理想的開發(fā)環(huán)境，并可以提供各種工具來迅速完成數(shù)據(jù)的采集。3.功能強(qiáng)勁的多種分析模塊:采集到原始的數(shù)據(jù)通常不是用戶最終需要的結(jié)果，labview內(nèi)帶400 多個(gè)分析處理工具，諸如快速傅立葉變換(fft)與頻率分析、信號(hào)發(fā)生、數(shù)學(xué)運(yùn)算、曲線擬合、時(shí)頻分析等工

19、具，用于從采集到的原始數(shù)據(jù)中提取有用的信息，或用于測(cè)量數(shù)據(jù)分析并進(jìn)行信號(hào)處理。利用這些工具可以對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從中獲取有意義的信息。4.形象逼真的數(shù)據(jù)顯示:數(shù)據(jù)顯示部分根據(jù)不同功能分成幾個(gè)不同的方面，如數(shù)據(jù)顯示、報(bào)告生成、數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)顯示與連接。這些控件和連接方法使儀器更加形象，程序開發(fā)更加直觀，labview提供的一組完整的控件和工具可以方便地完成數(shù)據(jù)顯示與控件聯(lián)接工作。2.3 labview使用的優(yōu)勢(shì) 選擇labview開發(fā)測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用程序的一大決定性因素是其開發(fā)速度。通常，使用labview開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)的速度比使用其他編程語言快4-10倍。這驚人速度背后的原因在于labview易

20、用易學(xué)他所提供的工具是創(chuàng)建測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用變得更為輕松。 labview的具體優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.提供了豐富的圖形控件，并采用圖形化的編程方法，徹底把工程師們從復(fù)雜苦澀的文本編程工作中解放出來。2.內(nèi)建的編譯器在用戶編寫程序的同時(shí)就在后臺(tái)自動(dòng)完成了編譯。因此用戶在編寫程序的過程中如果有語法錯(cuò)誤，他會(huì)被立即顯示出來。3.由于采用數(shù)據(jù)流模型，它實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)的多線程，從而能從分離用處理器尤其是多處理器的處理功能。4.通過dll、cin節(jié)點(diǎn)、activex、.net或matlab腳本節(jié)點(diǎn)扥技術(shù)，可以輕松實(shí)現(xiàn)labview與其它編程語言混合編程。5.通過應(yīng)用程序生成器可以從輕松的發(fā)布exe、動(dòng)態(tài)

21、鏈接庫或裝包。6.labview提供了大量的驅(qū)動(dòng)與專用工具，幾乎能與任何接口的硬件輕松連接。7.labview內(nèi)建了600多個(gè)分析函數(shù)，用于數(shù)據(jù)分析和信號(hào)處理。8.ni同時(shí)提供了豐富的附加模塊，用于擴(kuò)展在不同領(lǐng)域中的應(yīng)用，例如實(shí)時(shí)模塊、pda模塊、fpga模塊、數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控模塊。機(jī)器視覺模塊與觸摸屏模塊等。2.4虛擬儀器的主要特點(diǎn)虛擬儀器的主要特點(diǎn):1.盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。2.可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。3.用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。 虛擬儀器實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中

22、涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號(hào)處理。圖2.1 虛擬儀器的構(gòu)成方式3 速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)3.1 速度和加速的測(cè)量1.瞬時(shí)速度測(cè)量。一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的物體，在t時(shí)間內(nèi)經(jīng)過的位移為s，則該物體在t時(shí)間內(nèi)的平均速度為（1）為了精確地描述物體在某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，應(yīng)該把t取得越小越好，t越小，所計(jì)算出的平均速度越接近瞬時(shí)速度，當(dāng)t0時(shí)，平均速度趨近于一個(gè)極限，即（2）就是物體在該點(diǎn)的瞬時(shí)速度。但是在實(shí)驗(yàn)中，直接測(cè)量極限值是不肯能的。因此，本實(shí)驗(yàn)中采用作圖法來達(dá)到目的。先測(cè)量不同的微小有限量t及相應(yīng)時(shí)段的位移量s，求得各t內(nèi)物體的平均速度，然后用作圖法或回歸法得出平均速度與t的趨勢(shì)規(guī)律，最后由趨

23、勢(shì)圖上得出或由趨勢(shì)函數(shù)求得t0時(shí)的值，此值即為物體通過測(cè)量點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)速度v。由于t0的點(diǎn)在t的實(shí)測(cè)范圍外，故此法在數(shù)學(xué)上稱為外推法。實(shí)驗(yàn)中采用兩塊擋光板，將其中一塊擋光板沿運(yùn)動(dòng)方向固定在滑塊前端，另一塊根據(jù)測(cè)量需要固定在滑塊的不同位置上。使滑塊從傾斜的氣墊導(dǎo)軌上某一固定位置自由下滑，當(dāng)擋光板通過光電門時(shí)，兩塊擋光板對(duì)光電門的兩次遮光自動(dòng)開啟、關(guān)閉光電計(jì)時(shí)器，這樣就可得到不同距離s通過測(cè)量點(diǎn)（光電門所在位置）的時(shí)間t，然后通過作圖外推法則可求出滑塊過測(cè)量點(diǎn)的瞬時(shí)速度v。 2.加速度的測(cè)量。當(dāng)滑塊在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，滑塊通過a、b兩點(diǎn)（前后兩點(diǎn)之間運(yùn)動(dòng)時(shí)間為）則滑塊的加速度為（3）實(shí)驗(yàn)中

24、由外推法得到、，由光電計(jì)數(shù)器測(cè)出，則可由上式計(jì)算出滑塊的加速度a。3.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.氣墊導(dǎo)軌的調(diào)整。(1)滑塊靜止判斷法：通氣后將滑塊置于導(dǎo)軌上的任何位置，若滑塊都能靜止不動(dòng)（或基本上不動(dòng)），則可認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)平，否則，繼續(xù)調(diào)單腳螺絲，直到水平為止。 (2)滑塊運(yùn)動(dòng)判斷法：將功能/修改鍵置于p2方式，滑塊插上空心檔光板，讓運(yùn)動(dòng)的滑塊以一定速度先后通過相距約50cm 的兩個(gè)光電門，若毫秒計(jì)上，顯示的兩個(gè)時(shí)間(e1 , e3 )兩近似相等，則可認(rèn)為導(dǎo)軌已調(diào)水平，否則要繼續(xù)調(diào)節(jié)螺旋，直到水平為止。 (3)先打開氣泵給氣墊導(dǎo)軌送氣，然后將滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上，調(diào)節(jié)氣墊導(dǎo)軌下的單腳螺絲，使氣墊導(dǎo)軌處

25、于水平狀態(tài)（滑塊在氣墊導(dǎo)軌上各處都能保持靜止?fàn)顟B(tài)或在氣墊導(dǎo)軌上做勻速直線運(yùn)動(dòng)）。 2.計(jì)數(shù)器的調(diào)整。 (1）將數(shù)字毫秒計(jì)開關(guān)打開，顯示屏上顯示“p”，表示數(shù)字毫秒計(jì)處于待測(cè)狀態(tài)。 (2）將輸入選擇鍵置于白熾燈，光電門上的小燈珠亮。 (3）將功能/修改鍵置于p1。 (4）將時(shí)標(biāo)/預(yù)置鍵置于0.1ms ( 即顯示屏上的左邊第1 位)。 (5）用鉛筆桿對(duì)任一光電門作短暫擋光，毫秒計(jì)開始計(jì)時(shí)，顯示屏上左邊第1 位出現(xiàn)“一”桿，若再檔一下光，毫秒計(jì)就顯示數(shù)據(jù)，表示毫秒計(jì)光電系統(tǒng)正常工作。 (6）按復(fù)位鍵進(jìn)行更換測(cè)量方式。然后重新選用功能/修改鍵設(shè)定儀器測(cè)量方式。 3.測(cè)量速度及加速度。 (1)在調(diào)水平后

26、的氣墊導(dǎo)軌單腳螺絲下加30.00mm厚的墊塊，使導(dǎo)軌傾斜，如圖3.1所示。兩塊擋光板之一固定在滑塊前端（沿運(yùn)動(dòng)方向），另一塊擋光板固定于s=40.00mm左右處(參見圖3.2)。將滑塊放在氣墊導(dǎo)軌上的某一固定位置處。圖3.1 氣墊導(dǎo)軌示意圖 (2)使滑塊在氣墊導(dǎo)軌上自由下滑，計(jì)數(shù)器循環(huán)顯示滑塊通過第一、第二光電門的時(shí)間、，及通過兩個(gè)光電門之間的時(shí)間。 (3)每次測(cè)量記錄完畢，需進(jìn)行清零。重復(fù)測(cè)量6次，將結(jié)果記錄表格中。 (4)將擋光板間距分別調(diào)為s=50.00mm、60.00mm、70.00mm、80.00mm、90.00mm左右重復(fù)上面的測(cè)量。（注意：固定在滑塊前端的擋光板不能移動(dòng)。）圖3.

27、2 擋光板示意圖 4 程序?qū)崿F(xiàn)4.1 labview實(shí)現(xiàn)的基本思路速度與加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，基本過程可以概括為，滑塊在氣墊導(dǎo)軌上滑動(dòng)經(jīng)過光電門時(shí)，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器上會(huì)顯示三個(gè)時(shí)間，分別是滑塊經(jīng)過光電門1的時(shí)間t1、滑塊經(jīng)過光電門2的時(shí)間t2和滑塊經(jīng)過光電門1和光電門2之間的時(shí)間t12，重復(fù)測(cè)量6次，然后改變滑塊上的遮光片的距離，再次測(cè)量。所得的數(shù)據(jù)求平均值，然后畫出xy坐標(biāo)圖，求出瞬時(shí)速度v10和v20，再根據(jù)這兩個(gè)瞬時(shí)速度求出滑塊的加速度值。在設(shè)計(jì)的過程中，需要在前面板畫出速度和加速度測(cè)量實(shí)驗(yàn)圖，當(dāng)遮光片的距離變化時(shí)，滑塊上顯示的遮光片距離也會(huì)隨著改變，并且放置兩個(gè)xy坐標(biāo)圖，用來實(shí)時(shí)顯示測(cè)量的結(jié)果

28、，最后就是數(shù)據(jù)處理。4.2 前面板設(shè)計(jì)圖4.1就是本次設(shè)計(jì)的前面板實(shí)驗(yàn)原理展示圖，運(yùn)用了選項(xiàng)卡控件，這樣可以在有限的空間里放下更多的東西，使得整個(gè)前面板顯得簡(jiǎn)潔明了。實(shí)驗(yàn)原理中主要是本次設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)原理和數(shù)據(jù)處理介紹。程序演示中包括實(shí)驗(yàn)儀器圖，如圖4.2，實(shí)驗(yàn)中導(dǎo)軌是傾斜向下的，導(dǎo)軌上有兩個(gè)光電門。點(diǎn)擊運(yùn)行后，點(diǎn)擊開始，滑塊將從左上角向右下角傾斜下滑，計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器上將會(huì)變換顯示經(jīng)過光電門的時(shí)間，這些數(shù)據(jù)都會(huì)在右側(cè)的表格中記錄下來。遮光片的寬度設(shè)置為手動(dòng)改變，每個(gè)組合遮光片寬度測(cè)量6次數(shù)據(jù)，測(cè)量一組后，點(diǎn)擊改變組合遮光片寬度向下按鈕，這時(shí)旁邊的組合遮光片寬度會(huì)顯示遮光片的寬度值，然后再次測(cè)量。當(dāng)右側(cè)

29、的數(shù)組中裝滿數(shù)據(jù)后，測(cè)量完畢。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)都測(cè)量完之后，切換到數(shù)據(jù)處理，如圖4.3，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理按鈕，左下角的平均時(shí)間值和平均速度值都將會(huì)顯示，右側(cè)的兩個(gè)xy圖中將會(huì)顯示2條曲線，再根據(jù)圖中讀出瞬時(shí)速度，運(yùn)用物理公式，就可以求出t12的平均值，進(jìn)一步可以求出加速度的測(cè)量值，加速度的理論值可以由已條件得出。這樣，有了加速度的測(cè)量值和理論值，測(cè)量結(jié)果的百分差也就求出來了。圖4.1 前面板實(shí)驗(yàn)原理示意圖圖4.2 前面板程序演示示意圖圖4.3 前面板數(shù)據(jù)處理示意圖4.3 程序框圖設(shè)計(jì)眾所周知，電腦的硬件是組成電腦必不可少的東西，而軟件則是電腦的“大腦”，電腦所有的運(yùn)算和執(zhí)行操作都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的。而

30、程序框圖也是labview的核心部分，前面板所有的能執(zhí)行的操作都要經(jīng)過程序框圖的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。首先來看事件結(jié)構(gòu)的第0個(gè)分支。如圖4.4是滑塊沿著導(dǎo)軌下滑的程序框圖，這里用到for循環(huán)來實(shí)現(xiàn)，讓滑塊按照設(shè)定的垂直坐標(biāo)和水平坐標(biāo)，即xy坐標(biāo)來運(yùn)動(dòng)，設(shè)定一個(gè)等待時(shí)間，為50毫秒，這個(gè)時(shí)間是用來控制滑塊運(yùn)動(dòng)的快慢的。而和i相乘的2和10，分別表示滑塊沿下和右移動(dòng)的數(shù)值大小，這樣可以方便的調(diào)節(jié)滑塊下滑的方向和角度。上面介紹了滑塊的移動(dòng)，接下來的圖4.5顯示的程序框圖則是用來測(cè)量滑塊經(jīng)過光電門1和光電門2以及滑塊經(jīng)過光電門1和2之間的時(shí)間。這里我用一個(gè)平鋪式順序結(jié)構(gòu)來做，平鋪式順序結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)順序執(zhí)行

31、的子程序框圖或幀，平鋪式順序結(jié)構(gòu)有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是可以確保子程序框圖按照一定的順序執(zhí)行。由于我們要測(cè)量的時(shí)間有三個(gè)，所以平鋪式順序結(jié)構(gòu)里用了數(shù)組插入和索引數(shù)組，第一個(gè)順序結(jié)構(gòu)框圖里測(cè)量的是滑塊經(jīng)過光電門1的時(shí)間t1，第二個(gè)分別設(shè)定結(jié)構(gòu)框圖里測(cè)量的是滑塊經(jīng)過光電門2的時(shí)間t2，第三個(gè)測(cè)量的是滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門之間的時(shí)間t12。分別設(shè)定等待時(shí)間100毫秒，這個(gè)等待時(shí)間和圖4.4里的等待時(shí)間不一樣，改變這三個(gè)等待時(shí)間，可以分別改變計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器上顯示測(cè)量的三個(gè)時(shí)間即t1、t2、t12顯示的快慢，這樣能讓用戶操作起來更加方便上手。圖4.4 滑塊沿導(dǎo)軌下滑程序框圖由于本次實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)量比較大，共有36組數(shù)據(jù)，

32、如果用簡(jiǎn)單的數(shù)組來放，前面板的控件將變得很大。于是在第四個(gè)順序結(jié)構(gòu)里我用了拆分?jǐn)?shù)組的方法，即創(chuàng)建t1、t2和t12的局部變量，連接一個(gè)拆分一維數(shù)組，再創(chuàng)建一個(gè)常量，用來設(shè)定數(shù)組拆分的位置，之后再創(chuàng)建兩個(gè)顯示控件。這樣，一個(gè)一維數(shù)組就被拆分為兩個(gè)數(shù)組了。位于平鋪式順序結(jié)構(gòu)左側(cè)的與之相連的，是用來設(shè)定t1、t2、t12的初始值的，如圖4.6，用了創(chuàng)建數(shù)組來實(shí)現(xiàn)，給定一個(gè)常量，分別是t1、t2、t12的初始值。由于遮光片的寬度需要改變5次，而隨著每次的改變，所測(cè)得的t1、t2、t12數(shù)值也相應(yīng)的改變。如圖4.7，用了一個(gè)條件結(jié)構(gòu)，條件結(jié)構(gòu)包括一個(gè)或多個(gè)子程序框圖、分支、結(jié)構(gòu)執(zhí)行時(shí)，僅有一個(gè)子程序框圖

33、或分支執(zhí)行。這個(gè)條件結(jié)構(gòu)里包括6個(gè)分支。第0個(gè)分支為默認(rèn)分支，里面是一個(gè)隨機(jī)數(shù)連接到t1、t2和t12的初始值，使得每次測(cè)量結(jié)果的十分位都有稍微的改變，使得測(cè)量數(shù)據(jù)更可信逼真。然后從第1個(gè)分支到第5個(gè)分支，分別根據(jù)真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加上一個(gè)常數(shù)，當(dāng)在前面板點(diǎn)擊上下頁按鈕時(shí)，系統(tǒng)會(huì)相應(yīng)的運(yùn)行對(duì)應(yīng)分支里的程序，使測(cè)量結(jié)果更接近實(shí)際測(cè)量值。圖4.5 測(cè)量滑塊經(jīng)過光電門的時(shí)間程序框圖事件結(jié)構(gòu)的第二個(gè)分支，看到的是如圖4.8的程序框圖，該圖表示的是當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)到終點(diǎn)時(shí)，會(huì)自動(dòng)清零，也就是回到最初下滑的位置，而實(shí)驗(yàn)要求也明確規(guī)定了要確?；瑝K每次從同一位置下滑，這樣使得每次滑塊經(jīng)過光電門的速度基本不變，以減少實(shí)驗(yàn)誤

34、差。圖4.6 給定測(cè)量數(shù)據(jù)的初始值程序框圖圖4.7 隨組合遮光片寬度的變化而改變測(cè)量數(shù)據(jù)程序框圖圖4.8 超時(shí)清零程序框圖上圖是調(diào)用了滑塊的屬性節(jié)點(diǎn)位置，然后連接一個(gè)清零數(shù)組，這樣每測(cè)量一次，滑塊自動(dòng)回到出發(fā)點(diǎn)，方便進(jìn)行再次測(cè)量。事件結(jié)構(gòu)的第三個(gè)分支，如圖4.9所示，第一個(gè)程序框圖計(jì)算出來的是第0個(gè)遮光片寬度對(duì)應(yīng)的平均時(shí)間和，平均速度和，然后復(fù)制第一個(gè)程序框圖，求出剩下的五個(gè)不同寬度遮光片的平均時(shí)間和平均速度。我們來分析第一個(gè)程序框圖的構(gòu)造，如圖4.10所示。從圖中可以看到，用一個(gè)數(shù)組子集表示t1的第0個(gè)到第6個(gè)測(cè)量的數(shù)據(jù)，再連接一個(gè)均值函數(shù)，即可求出第0個(gè)遮光片寬度對(duì)應(yīng)的t1的平均時(shí)間，再根

35、據(jù)數(shù)據(jù)處理公式： ，可以求出v1的平均速度；和t1一樣，t2也用數(shù)組子集和均值函數(shù)，求出第0個(gè)到第6個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的平均時(shí)間和平均速度。同理，可以用復(fù)制的方法求出五個(gè)不同遮光片寬度的平均時(shí)間和平均速度。這樣，數(shù)據(jù)處理的第一部分就完成了。圖4.9 數(shù)據(jù)處理之求平均值程序框圖如圖4.11，根據(jù)上面求出來的平均時(shí)間和平均速度，分別創(chuàng)建t1和t2的平均時(shí)間和平均速度的局部變量，用創(chuàng)建數(shù)組，把平均時(shí)間和平均速度的6個(gè)數(shù)據(jù)都放到數(shù)組里。然后以平均速度為y軸，以平均時(shí)間為x軸連接到一個(gè)xy波形函數(shù)上這樣在前面板就顯示出平均時(shí)間和平均速度的波形函數(shù)圖形。根據(jù)前面板的兩個(gè)xy坐標(biāo)圖讀出滑塊的瞬時(shí)速度v10和v20，

36、然后做數(shù)據(jù)處理的第三部分。如圖4.12，根據(jù)公式 t12的平均值：，加速度的測(cè)量值：，加速度的理論值：，測(cè)量結(jié)果的百分差：，分別做出對(duì)應(yīng)的程序，求出來的結(jié)果將顯示在前面板。事件結(jié)構(gòu)的第四個(gè)分支，也是最后一個(gè)分支，對(duì)應(yīng)前面板的“停止”按鈕，如圖4.13，當(dāng)前面板運(yùn)行過程中需要停止時(shí)，可以點(diǎn)擊停止按鈕。圖4.10 第0個(gè)遮光片寬度測(cè)量值的平均值程序框圖圖4.11 數(shù)據(jù)處理之xy坐標(biāo)圖程序框圖放在while循環(huán)和事件結(jié)構(gòu)中間的是如圖4.14程序，在前面板選項(xiàng)卡2中，一旦點(diǎn)擊改變組合遮光片寬度，對(duì)應(yīng)的會(huì)在旁邊的組合遮光片寬度顯示控件中顯示出改變后的值。用到了一個(gè)條件結(jié)構(gòu)，里面有6個(gè)分支，每個(gè)分支加上一

37、個(gè)常量，這個(gè)常量就是遮光片寬度的6個(gè)不同值。圖4.12 數(shù)據(jù)處理之計(jì)算結(jié)果程序框圖圖4.13 停止值改變程序框圖 圖4.14 改變組合遮光片寬度顯示改變值程序框圖4.4 設(shè)計(jì)演示以上就把程序設(shè)計(jì)完成了，接下來就是把程序演示一遍，見證虛擬實(shí)驗(yàn)的功能?；氐角懊姘?，所有準(zhǔn)備工作做好后，點(diǎn)擊運(yùn)行，開始，可以在右側(cè)的數(shù)組中看到測(cè)量的t1、t2和t12的值，再點(diǎn)擊開始測(cè)量5次，測(cè)量完后，點(diǎn)擊改變組合遮光片寬度向下按鈕，組合遮光片寬度變成2，按上面步驟再次測(cè)量6次；同理，一直測(cè)量直到組合遮光片寬度顯示5,。測(cè)量完成后，右側(cè)數(shù)組將放滿數(shù)據(jù)，如圖4.15所示。第二步，點(diǎn)擊切換到數(shù)據(jù)處理，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理按鈕，可以看

38、到如圖4.16所示的圖形。從圖中看以看到，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理后，左下角的平均時(shí)間和平均速度都求出來了，然后在兩個(gè)xy坐標(biāo)圖上顯示了兩條曲線，分別是和的曲線圖，延長(zhǎng)曲線，會(huì)跟y軸相交于一點(diǎn)，即是滑塊的瞬時(shí)速度，數(shù)據(jù)顯示在右下角，之后根據(jù)先前設(shè)計(jì)好的程序，自動(dòng)求出了加速度的測(cè)量值、加速度的理論值和百分差。這樣，整個(gè)實(shí)驗(yàn)就演示完畢。圖4.15 測(cè)量結(jié)果示意圖圖4.16 數(shù)據(jù)處理結(jié)果示意圖4.5 程序發(fā)布程序設(shè)計(jì)完成之后，我們要給程序打包，方便用戶可以在labview之外的環(huán)境中運(yùn)行。labview application builder應(yīng)用程序生成工具，有了它，就可以生成安裝包了。首先，在打開labvie

39、w之后，點(diǎn)擊新建項(xiàng)目，后彈出如圖4.17的對(duì)話框，圖4.17 項(xiàng)目瀏覽器對(duì)話框鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊程序生成規(guī)范新建-應(yīng)用程序（exe），會(huì)看到如圖4.18所示的對(duì)話框，此對(duì)話框是應(yīng)用程序的屬性對(duì)話框，可以看到類別里面有許多屬性設(shè)置，可以根據(jù)自己的需要改變屬性。圖4.18 生成應(yīng)用程序?qū)傩詫?duì)話框 改變屬性后，點(diǎn)擊右下角的生成按鈕，就可以生成可執(zhí)行應(yīng)用程序（exe）。成功生成可執(zhí)行文件后，可以將可執(zhí)行文件和相關(guān)支持軟件（例如labview run-time引擎、儀器驅(qū)動(dòng)或硬件配置等）打包在一起作為一個(gè)安裝程序發(fā)布。這樣就可以避免讓用戶再麻煩地單獨(dú)安裝labview run-time引擎或硬件驅(qū)動(dòng)了。接下來

40、就是生成安裝程序。在圖4.17中鼠標(biāo)右鍵程序生成規(guī)范-新建-安裝程序。等待一會(huì)就可以看到如圖4.19所示的安裝程序?qū)傩詫?duì)話框。修改屬性后，點(diǎn)擊生成，就能看到如圖4.20所示的對(duì)話框，表示安裝程序生成完畢，并且顯示了生成位置。完成后打開安裝程序文件夾，可以看到setup.exe及其相關(guān)文件都在volume文件夾下。雙擊setup.exe運(yùn)行安裝程序，可以看到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的程序安裝界面。這樣，就可以在沒有安裝labview環(huán)境的電腦上運(yùn)行設(shè)計(jì)的程序了。圖4.19 生成安裝程序?qū)傩詫?duì)話框圖4.20 生成狀態(tài)對(duì)話框5 結(jié)語本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是基于labview的速度和加速度的測(cè)量實(shí)驗(yàn)的模擬設(shè)計(jì)，我通過查閱了大量

41、的書籍提高了自己的理論知識(shí)，圖形化語言編程。經(jīng)過很長(zhǎng)時(shí)間的查找，發(fā)現(xiàn)在網(wǎng)上跟課題相關(guān)的資料很少,因此,在沒有任何經(jīng)驗(yàn)的情況下仿真速度和加速度這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是有一定難度的。在起初設(shè)計(jì)的開始，我是把每種測(cè)量方法都劃分開來去設(shè)計(jì)的，每種方法都遇到了不同類型的問題，特別是在測(cè)量滑塊沿斜面下滑的的時(shí)候問題特別多。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中我不斷的查閱資料，并在老師的講解下最終克服了困難，解決問題的同時(shí)我的個(gè)人能力也有了增長(zhǎng)。通過這次設(shè)計(jì)也對(duì)labview有了更深層的了解，并且也了解了一個(gè)虛擬儀器的設(shè)計(jì)的整個(gè)流程，同時(shí)也對(duì)我的專業(yè)知識(shí)有了進(jìn)一步的鞏固。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)做出自己制作的軟件，提高了自己的動(dòng)手能力，拓展了自己對(duì)labview軟件的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也增加了設(shè)計(jì)軟件的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后工作有很大幫助。參考文獻(xiàn) 1陳錫輝等主編，labview8.20程序設(shè)計(jì)，清華大學(xué)出版社，2007年2雷勇編，虛擬儀器設(shè)計(jì)與實(shí)踐m，北京電