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1、基于LabVIEW的数据采集与处理系统设计摘要：虚拟仪器作为一种基于图形化编程的新型概念仪器，以计算机作为运行媒介，节省了大量的显示、控制硬件，越来越显示出它独有的优势。基于LabVIEW的数据采集与处理系统，整体采用了循环结构与顺序结构相结合的形式，实现了模拟信号的采集与实时动态显示，并且仿真出了对数据的采集和报警功能，并且能够存储数据，进行各种自定义设置，显示效果良好，对现实中的数据采集与处理系统具有很大的借鉴作用。关键词：虚拟仪器；数据采集；数据处理；LabVIEW The Design of Data Acquisition and Processing System Based on
2、 LabVIEWAbstract: As a kind of virtual instrument based on graphical programming the new concept of instruments, run at the computer as a medium, save a large amount of display, control hardware, more and more shows its unique advantages. Data acquisition and processing system based on LabVIEW, and
3、the overall adopted loop structure and order structure, in the form of the combination of the dynamic analog signal acquisition and real-time display, and the simulation of the data collection and alarm function, and the ability to store data, for a variety of Settings, display effect is good, the r
4、eality of the data acquisition and processing system has a great reference.Keywords：Virtual Instrument;Data Collection;Data Processing;LabVIEW;目录1引言41.1 课题研究的意义41.2 课题设计的目的和内容42 研究现状及设计目标43. 系统方案与关键技术介绍53.1 系统总体方案简介53.2 虚拟仪器与labview简介63.3 系统关键技术74. 方案实现104.1 前面板绘制104.2 程序框图功能实现115. 结束语166. 谢辞177. 参考
5、文献181引言1.1 课题研究的意义虚拟仪器是现如今非常流行的一种计算机技术，它的应用面很广，由于采用了计算机界面代替了传统的硬件显示器，又可以利用计算机的处理器去实现硬件的处理功能，所以只需要将需要处理的各种类型的数据通过统一的接口传输到计算机中，这样就能实现各种显示、处理与控制功能。虚拟仪器作为一种非常便捷和灵活的人机交互手段，能够和许多不同的学科和内容相结合。本次课题就是将虚拟仪器与数据采集与处理系统相结合，利用LabVIEW软件平台强大的数据处理能力和多样化的结果显示方式，仿真模拟信号的数据采集与处理过程，能够实现对信号的动态显示、异常报警和数据存储功能，对于实际中测控领域的其他系统具
6、有一定的借鉴意义，提供了另一种不同的方法。1.2 课题设计的目的和内容本次课题拟借助虚拟仪器的平台，采用Labview应用软件模拟仿真一种模拟信号采集与处理控制系统，要求能够实现：实现模拟信号的采集；实现3通道的数据AD转换的功能；设置显示界面，能动态显示数据的采集结果；根据设定阈值，对于超过阈值，有相应的提示功能。2 研究现状及设计目标LabVIEW是一种采用图形化编程语言的平台环境，含有多样化的数据处理工具和强大的信号分析与结果展示功能，并且能够显示与实际相同的按钮，开关等布尔空间，因此，广泛地应用于自动化行业、科研机构和研究实验室，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。虚拟仪器通过应用
7、程序将通用计算机与功能化硬件结合起来，完成对被测信号的采集、分析、处理、显示、存储、打印等功能，硬件部分包含多种I/O接口电路和数据采集卡等，包含插卡式虚拟仪器、并行口虚拟仪器和总线方式的虚拟仪器等形式，I/O接口设备主要实现对被测信号的放大、滤波、调制、模数转换等处理，可以根据不同情况采用不同的I/O接口硬件设备，其中数据采集卡（DAQ）充分利用了计算机的总线、机箱、电源以及软件的便利，但是受机箱、总线的一些限制，存在电源功率不足、机箱内电平噪声较高、无屏蔽等缺点；并行口虚拟仪器最大的方便在于可以与笔记本计算机相连，方便外出携带；VXI总线具有稳定的电源、强力的冷却能力和严格的屏蔽效果，并且
8、标准开放，数据吞吐能力强，模块可重复利用，现在应用越来越广泛，已成为主流的虚拟仪器接口硬件，但是其造价较高。虚拟仪器总体结构划分为数据采集、数据分析处理、结果表达三大功能模块。构成方式如下图1 虚拟仪器构成方式在NI LabVIEW的图形化开发环境中，用户不需要采用传统的开发平台去编写、编译成行的文本代码，而是通过各种不同的图标工具与函数选框去开发数据采集系统。使用NI LabVIEW，即便用户不具备编程经验，也能在数小时内完成传统语言编写需要数周的程序。直观的流程图所显示的代码便于用户开发、维护和理解。只需点击两次鼠标，便能传递功能代码块之间的数据。用户无需从头创建整个数据采集系统。NI L
9、abVIEW包含全套范例，适合各项常规的丈量任务。这些可立即执行的程序覆盖了各类应用，从简单的单通道丈量，到多个设备利用先进的定时、触发与同步技术实现高性能多通道系统。只需从自动更新的下拉菜单中选择硬件，并单击运行。NI LabVIEW包含数千个特别为工程师和科学家创建的高级分析函数，所有函数均配有具体的帮助文件与文档。这些强大的工具可实现高级信号处理、频率分析、概率与统计、曲线拟合、插值、数字信号处理等功能。用户还可将NI LabVIEW扩展至特定的应用处理，如：声音和振动丈量、机器视觉、RF/通讯、瞬时/短时信号分析等。需要更高灵活性的用户，可将NI LabVIEW同第三方软件开发的算法进
10、行集成。3. 系统方案与关键技术介绍3.1 系统总体方案简介 本次基于Labview的数据采集与处理系统的设计与实现，采用图形化的编程语言对系统进行开发、调试和运行，在自定义前面板中，除了与程序框图中对应的布尔控件、图表控件以外，采用不同形状的修饰模块和工具选板中的颜色设置来做出监控面板的效果，对信号的采集和处理上，总体采用顺序结构与While循环相结合的形式，实现对计算机声卡信号的采集和动态显示并进行功率谱分析并显示，另外，模拟对温度信号的采集过程，并且对超过限值的信号做出报警，并且能够实现对采集信号的存储。系统总体框架图如下图所示：后面板前面板数据采集与处理系统属性节点调用循环结构顺序结构
11、图表控件布尔控件修饰控件图2 系统总体框架图3.2 虚拟仪器与labview简介虚拟仪器，顾名思义就是一种“虚拟”的操作面板，而不是实际中有很多按钮和显示界面以及指示灯的实际操作仪器。虚拟仪器实际上是使用了计算机的显示器来模拟了传统仪器的控制和显示面板，用户可以利用开发工具，自定义人机交互界面，并且通过编程，实现数据的处理和控制效果的实现。虚拟仪器不仅可以制作控制面板，通过鼠标键盘来控制，还能够与不同的接口总线相结合，构成功能强大的测量测试系统，这是它一个显著的特点。虚拟仪器（VirtualInstrument）是基于计算机的仪器。虚拟仪器通常具有一个或多个友好的虚拟面板（人机界面），用户可通
12、过虚拟面板很方便地进行操作。用户可对虚拟仪器的功能和用途进行定义、组合和扩展，从而更快、更省和更方便的解决测试、测量和自动化的应用问题。目前对于虚拟仪器的开发主要由以下两种语言：l 文本式编程语言：如C,VisualC+,VisualBasic等ll 图形化编程语言：如LabVIEW,HPVEE等本次设计中采用的是LabVIEW应用软件。LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）是一种图形化的编程语言又称为“”语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，编程相对简单。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、L
13、inux、Macintosh的多种版本。所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器（NI），它包括前面板（frontpanel）、流程图（blockdiagram）以及图标/连接器（icon/connector）三部分。在LabVIEW中新建一个VI（虚拟仪器）后，会出现两个Windows窗口，分别为前面板和程序框图。前面板是虚拟仪器最终实现人机交互的界面，用来绘制界面和放置控件，例如本次设计中用于绘制十字路口的修饰控件，用于表示信号灯和数码管的布尔控件，以及一些自定义的控件都放置在前面板上，在实际操作中，通过右键点击就可以调出控件选板来摆放那个各种输入输出控件，并且可以对其进行修饰和编辑操作，
14、前面板具有非常大的灵活性，用户可以根据自己的实际需求去绘制非常美观的仪器操作和显示界面。前面板如图所示：图3 LabVIEW前面板程序框图用于编程实现功能的界面，前面板上的各种输入输出控件在程序框图中都有对应，通过连线和和中数据处理操作就可以实现想要的功能效果，编程时主要通过函数选板来选取需要的控件进行编程。程序框图编程界面如图所示：图4 LabVIEW程序框图3.3 系统关键技术Labview中用于前面板制作和后面板程序编写的工具主要包括三个操作选板，分别是工具选板、控件选板和函数选板。样式分别入下图所示：图5 三种操作选板前面板控件选板上的输入控件和显示控件可用于创建前面板。针对不同的数据
15、类型和不同的需要，可以选取多种类型的控件来满足实际的需要，同时也可以通过选择控件来选取自定义的控件实现更加生动的控件运行效果。函数选板只能在编辑程序框图的时候使用，与控件选板的工作方式大体相同，通过点击拖入并连线完成数据流的传输。函数选板在后面板上通过右键就可以调用出来，也可以锁定在界面上。工具选板是在前面板和程序框图中都可以使用的工具选板，正常状态下被隐藏，鼠标是自动识别的方式，工具选板可以通过查看工具选板调用出来，其中包含了多种选取、编辑、修饰的按钮，通过点击就可以使用相应的功能按钮，同样也可以插入指针调试程序，选板最上端的自动选择工具，可以通过点击来切换工具选板的工作方式，选择手动或者自动方式。本次设计中前面板中用到的控件包括制作十字路口背景图的修饰控件中的下凹圆盒和平面盒，平面盒用来制作斑马线。除此以外，就是制作红黄绿信号灯的圆形布尔控件和制作倒计时数码管的方形指示灯，布尔控件只有真假两种状态，可以通过程序框图中的赋值来改变其状态。本次课题的设计中，编程结构用到了While循环，顺序结构以及事件结构，编程样式如下：图6 While循环、顺序结构、条件结构While循环由循环框，条件端口和计数端口组成，基本功能与C语言中的相同，条件端口输
