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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计论文虚拟无纸记录仪摘 要目前，在电子测量和自动化控制领域，虚拟仪器技术取得了巨大的发展。它充分利用计算机技术，在基本硬件的支持下，通过调用相应的软件模块来完成数据的采集、控制、分析、处理、以及结果存储和显示，从而完成各种传统仪器的功能。本文从探索研究的角度出发，利用虚拟仪器技术完成一种虚拟无纸记录仪的设计，使其能够对一般的电压信号实现采集、测量、结果存储和显示等功能。本设计采用模块化的软件设计思想编写，每个功能的实现由一个模块完成。设计采用的软件为美国NI公司的LabVIEW，是一种基于图形化编程语言的开发环境，采用的硬件是PCI6221数据采集
2、卡。经过测试，本文设计的虚拟无纸记录仪可以完成信号的采集、显示、波形存储读取，以及信号的均值、均方根值、幅值等参数测量功能。充分体现了计算机的强大功能和LabVIEW软件设计的灵活性。关键词：记录仪；虚拟仪器；数据采集；LabVIEW内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）Design of Virtual Paperless Recorder based on LabVIEWAbstractAt present the virtual instrument used widely in the measure and automatic control area. It make much
3、of computer technology, combines the virtual instruments hardware with software accomplish data acquisition, data analysis, then store the digital and display the result on the screen, achieve the function of traditional instrument. In this chapter the author used virtual instrument to design the vi
4、rtual paperless recorder, it consists data acquisition, measurement, storage and display. We used the design of modularization software, each function can accomplish by one module. The software used in the paper is LabVIEW, it is a kind of software based on graphic language. The hardware of this des
5、ign is the PCI6221 of data acquisition card.After debugging, the virtual paperless recorder by LabVIEW would complete data acquisition, wave storage, display and read the data which is stored. Moreover, this virtual paperless recorder also have the function of measurement about fmplitude, average an
6、d RMS values. It well explain the strong function of computer and the various design of software.Key words: Paperless recorder; Virtual instrument; Data acquisition; LabVIEW内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 虚拟仪器的概述11.1.1 虚拟仪器的基本概念11.1.2 虚拟仪器的构成21.1.3 虚拟仪器的特点31.1.4 虚拟仪器的现状和发展31.1.5 虚拟无纸
7、记录仪的介绍51.2 课题研究的背景51.3 课题研究的方法6第二章 虚拟无纸记录仪的总体设计方案72.1 总体设计思路72.2 软件开发平台72.2.1 LabVIEW简介72.2.2 LabVIEW的运行机制82.2.3 LabVIEW的操作模板102.2.4 调试技术112.3 数据采集卡的选用132.3.1 数据采集卡的简介132.3.2 数据采集卡的主要组成部分132.3.3 数据采集卡的参数设置142.3.4 PCI6221数据采集卡15第三章 虚拟无纸记录仪的数据采集系统173.1 数据采集系统的构成173.2 数据采集的实现203.2.1 信号类型203.2.2 采样频率、抗混
8、叠滤波器和样本数213.2.3 信号调理的实现253.2.4 采集信号的条件263.2.5 信号的采集方法27第四章 虚拟无纸记录仪软件设计294.1 主程序设计294.2 数据采集模块314.3 信号测量模块344.4 波形的存储和读取模块364.5 测试结果39结束语43参考文献45附录A 虚拟无纸记录仪前面板47附录B 虚拟无纸记录仪程序框图48致谢49 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 绪论1.1 虚拟仪器的概述1.1.1 虚拟仪器的基本概念所谓虚拟仪器，就是以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚
9、拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用接口设备完成信号的采集、测量和调理，从而完成各种测试功能的计算机测试系统1。使用这种键盘或者鼠标操作的虚拟面板，就如同使用一台专用的测量仪器一样。因此，虚拟仪器的出现，使测量仪器与计算机的界限模糊了。虚拟仪器的“虚拟”两字主要包括以下两方面的含义2。(1)虚拟仪器的面板是虚拟的虚拟面板上的各种图标与传统仪器面板上的各种器件所完成的功能是相同的，由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的通断，实现被测量信号的输入通道、放大倍数等参数的设置，以
10、及实现测量结果的数值显示、波形显示等。传统仪器面板上的器件都是实物，而且是由手动和触摸进行操作的，虚拟仪器前面板是外形与实物相像的图标，每个图标的通断、放大等动作通过用户操作计算机鼠标或键盘来完成。因此，设计虚拟仪器前面板就是在前面板设计窗口中摆放所需的图标，然后对图标的属性进行设置。(2)虚拟仪器测量功能是通过图形化软件流程图的编程来实现的虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的功能。因为可以通过不同测试功能软件模块组合来完成多种测试功能，所以在硬件平台确定后，就有软件就是仪器的说法。这也体现了测试技术与计算机深层次的结合。虚拟仪器技术的实质是充分利用最新的计算
11、机技术来实现和扩展传统仪器的功能。用户可以根据自己的需要，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用要求。利用计算机丰富的软、硬件资源，可以大大突破传统仪器在数据分析、处理、表达、传递、存储等方面的限制，达到传统仪器无法比拟的效果。它不仅可以用于电子测量、测试、分析、计量等领域，而且还可以用于进行设备的监控以及工业过程自动化。虚拟仪器还可以广泛应用于电力工程、矿物勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多个方面。1.1.2 虚拟仪器的构成虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件构成。从构成的方式上讲，则有以DQA板卡和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统，或以GP
12、IB、VXI、Serial和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。无论哪种VI系统，都是将仪器硬件搭载到笔记本电脑、台式微机或工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的3。虚拟仪器的构成方式如图1.1所示：图1.1 虚拟仪器的结构图1.1.3 虚拟仪器的特点与传统仪器相比虚拟仪器主要有以下特点：（1）传统仪器的面板只有一个，其上布置着种类繁多的显示与操作元件，易于导致许多识别与操作错误。虚拟仪器与之不同，它可以通过在几个分面板上的操作来实现比较复杂的功能。这样，在每个分面板上就可以实现功能操作的简单化与面板布置的简洁化，从而提高操作的正确性
13、与便捷性。同时，虚拟仪器面板上的显示元件和操作元件的种类与形式不受标准件和加工工艺的限制，他们是由编程来实现的，设计者可以根据用户的认知要求和操作要求，设计仪器面板。（2）在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能。（3）仪器的功能是用户根据需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义好的。（4）仪器性能的改进和功能扩展只需要更新相关软件设计而不需要购买新的仪器。（5）研制周期较传统仪器大为缩短。（6）可以与计算机同步发展，与网络及其他周边设备互联。1.1.4 虚拟仪器的现状和发展虚拟仪器的概念，是美国国家仪器公司（National Instrument Corp，简称NI）
14、与1986年提出的。80年代以来，NI公司研制和推出了许多总线系统的虚拟式仪器，成为这类新型仪器世界第一大生产户，此后，美国的惠普公司，Tektronix公司，Racal公司等也相继推出了许多此类仪器，并在短短的十年便占有了世界仪器市场的10%左右。虚拟仪器技术目前在国外发展很快，以NI公司为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国，虚拟仪器系统及其图形编辑语言，已作为各大学理工科学生的一门必修课。美国的斯坦福大学的机械工程系要求三、四年级的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。据世界仪表及自动化杂志预测，21世纪初叶，世界仪器的生产厂家超过千家
15、，其品种将达到数千种，市场占有率将达到50%左右。虚拟仪器将成为本世纪仪器的发展方向，而且有逐步取代传统硬件化电子仪器的趋势。作为仪器领域中的新兴的技术，虚拟仪器的开发和研究在国内尚属起步阶段。从90年代中期以来，国内的清华大学、重庆大学、西安交通大学、西安电子科技大学以及中科泛华电子科技公司，东方振动和噪声技术研究所等高校和公司，在研究开发虚拟仪器产品和虚拟仪器建设平台以及消化吸收产品等方面做了大量工作，其成果已在汽车发动检测、自动计量控制系统等方面得到应用。其中，成果比较显著的是重庆大学检测中心所研究的虚拟仪器，其研制的产品已包括：分析仪、噪声测试分析仪、小波变换信号分析仪、多通道数据采集器等20多个品种，并且可以根据客户需求进行个性化设计。这些虚拟仪器在中国计量科学研究院的测试结果表明，其产品性能完全达到同类硬件仪器的技术指标。在国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统，复旦大学、上海交通大学、暨南大学、华中科技大学。近一两年来这些学校在原有的基础上，又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验。主要检测发动机的功率特性、负荷特性等。一台发动机检测完后，就可打印出完整的检测报告。华中科技大学机械学院
