(修改)虚拟仪器的的设计与应用-实验指导书

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1、 虚拟仪器的设计与实现 -LABVIEW 应用 实验指导书 上海工程技术大学飞行学院 2013.03 1 实验一实验一 仪表显示设计实验仪表显示设计实验 一、 【实验目的】一、 【实验目的】 虚拟仪器的数据显示是虚拟仪器设计的重点之一，显示界面一般都包括仪表盘，通过设计滚动角/俯仰角/航向角仪表盘，可以使学生掌握虚拟仪器仪表盘的设计。 通过此实验可掌握以下主要知识和技能， 包括： 典型模块的调用及使用特点。 1、掌握 Labview 软件的安装及调试； 2、熟悉 Labview 的开发环境； 3、掌握新建、修改、保存程序； 4、掌握输入、输出、显示模块的调用及其属性修改； 5、掌握数组的新建及

2、赋值； 6、掌握字符串的新建及赋值。 二、 【实验装置】二、 【实验装置】 安装好 Labview 的计算机。 三、 【实验原理】三、 【实验原理】 通过给定的仪表盘界面，分别设计滚动角/俯仰角/航向角仪表盘仪表盘，设置相应输入和属性，从而使滚动角/俯仰角/航向角仪表盘显示输入的数值。 四、 【实验步骤】四、 【实验步骤】 1、打开 labview，新建一个 vi 并命名保存。一、 “文件”菜单“新建 VI” ；二、在“程序”中打开 labview8.6, ，选择 vi 项目。 2、设计前面板。前面板分两个区域，输入区和输出显示区； 拖入两个“上凸框”修饰控件（新式修饰上凸框） ，再在相同路径

3、下拖入两个“标签”控件，将其名字改为“输入”和“输出显示”并适当调整其位置。 在输入框内拖入三个数值输入控件， 并将其名字分别改为 “滚动角” “俯2 仰角”和“航向角” ；可在其属性中更改也可在前面板中直接更改，并将表示法改为长整型（I32） 。 在输出显示框内拖入三个量表控件，在其属性“外观”中勾选“显示数字显示框” ，如需更改控件高度和宽度，可在“大小”中更改；在“数据类型”标签中将表示法改为单精度（SGL） ，也可鼠标右键单击控件在弹出菜单中选择表示法进行更改；在“标尺”标签中更改标尺样式，然后在“刻度范围”中将最小值和最大值改为-90、90 和-180、180。最后点击“确定”完成修

4、改。 3、程序框图设计。 拖入 9 个“拆分数字”函数，按照一定规则连线，将输入控件中的值一次拆分成由低到高的四个字节。 拖入一个 “创建数组” 函数， 将前面拆分的字节按顺序组合成一个数组。 拖入一个“字节数组至字符串转换”函数将前面组合的数组转换成字符串，然后加入一个“连接字符串”函数和一个字符串常量（将其改为十六进制显示） ，在常量字符串中输入“FA01 850C” ，通过“连接字符串”函数将其与前转换的字符串组合。 加入一个 “字符串至字节数组转换” 函数将新的字符串重新转换为数组，以后面取数使用；然后将其连接到一个“索引数组”函数，通过这个函数取出数组中的字节数据进行组合显示。 加入

5、 8 个“整数拼接”函数，将对应位置的 4 字节数按低到高组合为一个新的值，可拼接出 3 个新值。 最后，加入 3 个“强制类型转换”函数，将拼接的 3 个值转换成输入时一致的长整型（I32） ，使用时在类型端俩接一个数值常量，将其表示法改为长整型。然后将最终转换的数据接入量表控件进行输出显示。 五、 【实验报告】五、 【实验报告】 请将程序中所设定好的数据填写在下表。 输入 第 1 组 第 2 组 第 3 组 第 4 组 滚动角度值 俯仰角度值 3 航向角度值 滚动角/俯仰角/航向角仪表盘界面显示图（粘贴） ： （可只粘贴一组输入的界面） 4 滚动角/俯仰角/航向角仪表盘程序（粘贴） ： （

6、可只粘贴一组输入的界面） 5 实验二实验二 传感器采集设计实验传感器采集设计实验 一、 【实验目的】一、 【实验目的】 虚拟仪器的数据采集是虚拟仪器设计的重点之一，学生通过该实验可以掌握传感器数据的采集，以便为后续的数据处理和控制做好铺垫。通过此实验可掌握以下几个函数块的调用方法和使用特点。 1、串口 I/O 的 VISA 资源名称； 2、串口通信的 VISA 配置串口； 3、VISA 写入、VISA 读取以及 VISA 关闭； 4、索引数组。 此外，需要掌握以下技能： 1、掌握 MEMS 模块的通讯协议中， AHRS4 的报文格式， FA01 8900 72 中各字节的涵义； 2、掌握 ME

7、MS 模块的通讯协议中，AHRS2 的报文格式，FA01 8500 7E 中各字节的涵义； 3、掌握使用校验软件，计算出报文格式中的校验码； 4、掌握根据不同 AHRS 命令，确定索引数组的输出中各脚的接线方法； 5、掌握转台的接线及操作方法。 二、 【实验装置】二、 【实验装置】 1. 安装好 Labview 的计算机； 2. 航向姿态参考系统模块； 3. USB 转航空插头线。 三、 【实验原理】三、 【实验原理】 计算机通过设计的 Labview 软件，利用 USB 转串口线，使用串口命令采集航向姿态参考系统模块的姿态角度数据。 6 四、 【实验步骤】四、 【实验步骤】 1、新建一个 v

8、i 程序，打开前面板窗口进行前面板设计。 2、添加两个布尔“开关按钮控件” ，将标签分别命名为“开始演示”和“发送信号” 。 3、添加一个 I/O 类型“VISA 资源名称”控件，用于读取和选择串口名称。 4、添加三个“数值显示”控件，将标签改为“滚动角” “俯仰角” “航向角” ；分别用于显示这三个角度值。 5、添加三个“波形显示”控件，用于显示三个角度值得数据波形。 6、程序框图设计。添加三个数值常量，一个 VISA 配置串口 (VI)，在三个数值常量中设定好串口所需的波特率、 数据位、 停止位等参数， 并将其连接至 VISA配置串口 (VI)相应的端口。 7、添加一个“条件结构”和一个字

9、符串常量，然后在字符常量中输入指令，再添加一个写串口函数，将分支选择器连接到“开始演示”按钮开关，当开关布尔值为真时联通字符常量，并将其连接到写串口函数的写入缓冲端口。 8、添加一个平铺式顺序结构，然后在其中添加一个等待（ms） (函数)，并将其毫秒计时值设置为 5。 9、在顺序结构后加入一个读串口函数，将其字节总数设置为模块输出的字节数17。串口在使用完后要关闭，在其后加入一个 VISA 关闭 (函数)关闭打开的串口。 10、 使用一个字符串转字节数组函数将串口读出的数据转换成字节数组；然后加入一个索引数组函数和 9 个整数拼接函数将数据重新拼合成角度值，并用强制转换函数将数据转换成单精度（

10、SGL）类型。 11、 最后，添加一个条件结构，将其分支选择器连接到“发送信号”开关按钮，当为真时连通数值显示控件和波形显示控件，显示出对应的角度值和角度波形。 7 五、 【实验报告】五、 【实验报告】 航向姿态参考系统模块的通讯协议采用统一的报文包结构形式， 有效传输数据长度为 0-255 字节，总长度为 5-260 字节。其结构形式如下： PRE BID MID LEN DATA CS 字节段字节段 字节数字节数 描描 述述 PRE 1 字节 首字节，表示包起始（0xFA） BID 1 字节 设备地址（默认：0x01） MID 1 字节 报文种类（命令） LEN 1 字节 数据长度 DAT

11、A 0 255 字节 数据 CS 1 字节 校验位 首字节（起始字节）首字节（起始字节）(PRE) 每个消息包都以该字节作为起始字节，是一个特定字节，本版本下首字节为0xFA。 设备地址（设备地址（BID） 每个微型航姿参考系统（MAHRS）3DM-S10A/都有的设备地址定义，默认为0x01。 报文种类（命令） （报文种类（命令） （MID） 该字节段表示何种报文（命令） ，具体意义见 7.3。 数据长度数据长度 (LEN) 表示数据（DATA）的长度，取值为 0-255。如果为 0，表示无数据字节。 数据数据(DATA) 报文中包含的有效数据，数据大小由数据长度（LEN）限定。 8 校验位

12、（校验位（CS） 该字节段为一个字节，是报文的校验字节。它是由除其本身外所有字节的异或（XOR）计算得出。 AHRS4 命令姿态角及四元数输出方式， 单步输出 MID=0x89， FA01 8900 72 中各字节的涵义如下： 请在下表中根据 AHRS2 的报文格式，填写各字节的涵义（校验位可用软件计算得出） ： 姿态角输出方式，单步输出 MID=0x85 字节段字节段 字节数字节数 字节号字节号 描描 述述 PRE 1字节 BID 1字节 MID 1字节 LEN 1字节 Roll 4字节 Pitch 4字节 Yaw 4字节 CS 1字节 9 传感器采集界面显示图（粘贴） ： 10 传感器采集

13、程序（粘贴） ： 11 实验三实验三 控制设计实验控制设计实验 一、 【实验目的】一、 【实验目的】 虚拟仪器的控制是虚拟仪器设计的重点之一，通过相关控制可以执行需要的动作，该实验通过控制转台转动，使学生掌握控制的技术。通过此实验可掌握以下几个函数块的调用方法和使用特点。 1、串口 I/O 的 VISA 资源名称； 2、串口通信的 VISA 配置串口； 3、VISA 写入、VISA 读取以及 VISA 关闭； 4、索引数组。 此外，需要掌握以下技能： 1、掌握双轴转台控制器的通讯协议中，命令 1数据单步输出的报文格式，2373 7981 00A8 中各字节的涵义； 2、掌握双轴转台控制器的通讯

14、协议中，命令 3位置设定的报文格式，2373 7983 0A01 0000 7042 0000 B841 006A 中各字节的涵义； 3、掌握使用校验软件，计算出报文格式中的校验码； 4、掌握浮点数转换软件，计算出报文格式中的校验码； 5、掌握根据不同命令，确定索引数组的输出中各脚的接线方法； 6、掌握转台的接线及操作方法； 二、 【实验装置】二、 【实验装置】 1、安装好 Labview 的计算机。 2、电动转台。 三、 【实验原理】三、 【实验原理】 根据不同的控制要求，根据转台通讯协议，分析出具体的命令报文，通过串口给转台发送命令，控制转台转动到要求的角度。 双轴转台控制器的每个报文都包

15、含了特定的CMD值， 以及和报文命令CMD相对应的数据长度的数据。 12 各类输入报文格式内容包括： 命令 0 数据连续输出，CMD0x80 命令 1 数据单步输出，CMD0x81 命令 2 状态查询，CMD0x82 命令 3 位置设定，CMD0x83 命令 4 速率设定，CMD0x84 命令 5 摇摆设定，CMD0x85 命令 6 停止，CMD0x86 在收到输入报文后，转台将立即响应，并执行相应的命令，连续或单步输出相应报文信息。 命令 1数据单步输出： 命令 3位置设定： 13 四、 【实验步骤】四、 【实验步骤】 1、前面板设计。添加一个 VISA 资源名称控件，用于显示和选择串口号。

16、 2、加入两个布尔型开关按钮，将其标签改为“执行”和“读取数据” 。再加入一个数值显示控件，将其表示法改为单精度（SGL） 。 3、程序框图设计。添加三个数值常量，一个 VISA 配置串口 (VI)，在三个数值常量中设定好串口所需的波特率、数据位、停止位等参数，并将其连接至VISA 配置串口 (VI)相应的端口。 4、添加一个“条件结构”和一个字符串常量，然后在字符常量中输入指令，再添加一个写串口函数，将分支选择器连接到“执行”按钮开关，当开关布尔值为真时联通字符常量，并将其连接到写串口函数的写入缓冲端口；之后加入一个平铺式顺序结构和一个 50 毫秒延时。 5、执行完前面的指令后就需要读取角度数据。加入一个条件结构，将“读取数据”按钮设为触发条件。在其中加入一个写串口函数、一个平铺式顺序结构和一个读串口函数；添加一个字符常量，填写好读数据指令，将其接到写串口函数写入数据缓冲端口。 6、之后在顺序结构中加入一个毫秒延时