基于LabVIEW温度监测虚拟仪器设计课程设计

基于LabVIEW温度监测虚拟仪器设计课程设计
摘要： (2)
1. 虚拟仪器 (3)
1.1虚拟仪器概述 (3)
1.2虚拟仪器的通⽤仪器硬件平台 (5)
1.3虚拟仪器的软件层次结构 (5)
2. LaVIEW 的程序构成与模块简介 (6)
2.1前⾯板 (7)
2.2程序框图 (7)
3. 设计要求及设计⽅案 (8)
3.1设计要求 (8)
3.2设计⽅案 (8)
4. 设计内容 (9)
4.1基于虚拟仪器的数据采集设计 (9)
4.2基于虚拟仪器的温度检测设计 (9)
4.3显⽰及记录软件设计 (10)
5.程序的运⾏与调试 (11)
5.1程序的运⾏ (11)
5.2程序调试技术 (12)
5.3运⾏结果 (13)
5.4总程序框图 (14)
6. 设计体会 (14)
7. 参考⽂献 (15)
摘要：
虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。

计算机和仪器的密切结合是⽬前仪器发展的⼀个重要⽅向。

虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。

⽬前在这⼀领域内，使⽤较为⼴泛的计算机语⾔是美国NI公司的LabVIEW。

LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是⼀种图形化的编程语⾔，它⼴泛地被⼯业界、学术界和研究实验室所接受，视为⼀个标准的数据采集和仪器控制软件。

LabVIEW开发环境集成了⼯程师和科学家快速构建各种应⽤所需的所有⼯具，旨在帮助⼯程师和科学家解决问题、提⾼⽣产⼒和不断创新。

随着科学技术的发展，⼈们在监控与监测⽣产过程、居住环境、⽣活质量等过程中，制造了各种各样科学仪器。

本⽂设计就是建⽴在VI基础上，在此平台上完成对温度实时监测。

关键词：虚拟仪器LaVIEW 温度监测
1.虚拟仪器
1.1虚拟仪器概述
虚拟仪器，是⼀种以计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核⼼所构成的，并且在计算机显⽰屏幕上虚拟的仪器⾯板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由⽤户软件来定义的计算机仪器。

与传统仪器相⽐，虚拟仪器有以下特点。

1.仪器功能⽅⾯：
（1）虚拟仪器是⼀种创新的计算机仪器，⽽⾮⼀种传统意义上的具体的仪器，它是⼀种功能意义上⽽⾮物理意义上的仪器，仪器功能可由⽤户软件定义，柔性结构，灵活组态，给了⽤户⼀个充分发挥⾃⼰能⼒和想象⼒的空间。

（2）⼀台计算机被设计成多台不同功能的测量仪器，能集多种功能于⼀体，构成多功能和多⽤途的综合仪器，极⼤地丰富和增强了传统仪器的功能。

（3）由于计算机有极其丰富的软件资源，极⾼的运算速度和庞⼤的存储空间，对测量数据有强⼤的分析和处理能⼒，可以进⾏快捷、实时的处理，也可以将数据存储起来，以供需要时调出分析之⽤。

这种能⼒所引伸出的仪器功能，在传统仪器中是不可能具有的。

2.⽤户界⾯⽅⾯：
（1）友好的⼈机交互界⾯使仪器的使⽤操作⼗分简便，图形化的⽤户界⾯形象、美观，可以⽅便地由⽤户⾃⼰定义，使之更具个性化。

（2）功能复杂的仪器⾯板，可以划分成⼏个分⾯板，这样在每个分⾯板上就可以实现功能操作的单纯化和⾯板布置的简洁化，从⽽提⾼操作的正确性与便捷性。

（3）软⾯板上虚拟的显⽰器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，通过编程可随时从库中取⽤，可根据⽤户认知要求和操作要求来进⾏⾯板设计，具有极⼤灵活性和创新性。

3.系统集成⽅⾯：
（1）由于虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的⼯业标准，基于计算机的开放式
标准体系结构，⽤户可以将仪器的设计、使⽤和管理统⼀到⼀个标准上来，提⾼了资源的可重复利⽤率，可根据需要选⽤不同⼚家的产品，可以随⼼所欲地集成⼀个满⾜复杂测试要求的虚拟仪器系统，其开发技术难度低、效率⾼、周期短、成本低。

（2）基于标准化的计算机总线和仪器总线，仪器硬件实现了模块化、系列化，⼤⼤⽅便了系统集成，缩⼩了系统尺⼨，提⾼了系统的⼯作速度，加之软件的标准化和互换性，可⽅便地组建⼩型化、多⽤途、⾼性能的即插即⽤的模块化仪器系统。

（3）基于计算机⽹络技术的虚拟仪器⽹络化技术，⼴泛⽀持各种⽹络标准，可实现⽅便灵活的互连，可以通过⾼速计算机⽹络组建⼀个⼤型的分布式测试系统，即构成⽹络化的集成系统，进⾏远程测试、监控与故障诊断。

决定虚拟仪器具有传统仪器不可能具备的特点的根本原因在于“虚拟仪器的关键是软件”。

虚拟仪器的构成如图1.1所⽰。

图1.1 虚拟仪器的构成显⽰器
信号分析及处理⼈机接⼝各类借⼝
A/D 转换器数据发⽣器
信号调整器信号调整器信号调整器 D/A 转换器信
号
输
⼊信号输出
1.2虚拟仪器的通⽤仪器硬件平台
根据测试的基本要求，作为通⽤硬件平台应具备两种基本仪器的功能：①采集信号，构成各种信号检测仪器；②产⽣信号，构成各种信号发⽣器。

或者两者同时兼⽽有之。

因此，外围硬件设备的基本功能结构应以实现A/D转换和D/A 转换功能为核⼼，再配备适当的前端信号调理，数据存储、数字I/O等功能，共同完成虚拟仪器的信号采集、产⽣和控制功能。

1.3虚拟仪器的软件层次结构
虚拟仪器软件系统是⼀个包含了从底层硬件操作的仪器接⼝到上层软⾯板操作的⼈机接⼝，即包含从I/O接⼝层到应⽤层的⼀个完整系统。

为了简化系统开发和应⽤，实现系统的开放性和互换性，把整个软件系统划分成为层次化结构，并对各层进⾏了定义和规范。

根据虚拟仪器软件结构规范的定义，从底层到顶层，虚拟仪器系统的软件结构由I/O接⼝层、仪器驱动层和应⽤软件层三个层次构成。

1、I/O接⼝层（VISA库）
I/O接⼝软件位于仪器设备（即I/O接⼝设备）与仪器驱动程序之间，是⼀个完成对仪器寄存器进⾏直接存取数据操作，并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件，是实现虚拟仪器系统的基础。

VISA（Virtual Istrumentation Sofrware Architecture）库实质就是标准的I/O函数库及其相关规范的总称，⼀般称这个I/O函数库
为VISA库。

它驻留于计算机系统之中，执⾏仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，⽤来实现对仪器的控制。

对于仪器驱动程序开发者来说，VISA库是⼀个可调⽤的操作函数库或集合。

2、仪器层驱动
仪器驱动程序是完成对某⼀特定仪器的控制与通信的软件程序集合，它负责处理与某⼀专门仪器通信和控制的具体过程，将底层的复杂的硬件操作隐蔽起来，封装了复杂的仪器编程细节，为⽤户使⽤仪器提供了简单的函数调⽤接⼝，是应⽤程序实现仪器控制的桥梁。

⽤户在应⽤程序中调⽤仪器驱动程序，进⾏仪器系统的操作与设计，简化了⽤户的开发⼯作。

3、应⽤软件层
在虚拟仪器的软件结构中，应⽤软件是建⽴在仪器驱动程序之上的上层软件，⽤户可通过写应⽤程序来定义虚拟仪器的功能，即通过应⽤程序提供的界⾯直观、友好的软⾯板，以及丰富的数据分析与处理功能，来实现仪器的测量功能。

应⽤软件由测试管理软件和测试功能软件两部分构成。

此外，应⽤软件还包括通⽤数字处理软件。

/doc/914a986130b765ce0508763231126edb6f1a7622.html VIEW 的程序构成与模块简介
LabVIEW的核⼼是VI（G语⾔编写的程序）。

该环节包含三个部分：程序前⾯板(Front Panel)、程序框图(Block Diagram)和图标/连接端⼝（Icon/Connector）。

2.1前⾯板
前⾯板是Ⅵ程序的⽤户操作界⾯，是Ⅵ程序的交互式输⼊和输出端⼝，通常使⽤输⼊控件和显⽰控件来创建前⾯板。

输⼊控件是指旋钮、按钮、转盘等输⼊装置，输⼊控件模拟仪器的输⼊装置，为Ⅵ的程序框图提供数据；显⽰控件是指图表、指⽰灯等显⽰装置，显⽰控件模拟仪器的输出装置，⽤以显⽰程序框图获取或⽣成的数据。

空⽩的前⾯板窗⼝如图2.1所⽰。

图2.1 前⾯板窗⼝
2.2程序框图
每个前⾯板都有相应的程序框图与之对应。

程序框图是VI的图像化源代码，是实现程序的核⼼，可以把它想象为传统仪器机箱中⽤来实现功能的零部件，它可以控制和操纵定义在前⾯板的输⼊和输出功能。

程序框图由节点、端⼝和连线等要素组成。

程序框图的空⽩窗⼝如图2.2所⽰。

图2.2 程序框图窗⼝
3.设计要求及设计⽅案
3.1设计要求
开展硬件选型、⽅案设计、软件实现、实验调试等⼯作，完成温度监测虚拟仪器的设计，实现功能：时钟、对话框、上下线报警、数据存储历史数据浏览等。

3.2设计⽅案
该设计选择N I 公司的LabVIEW 完成、对虚拟仪器的软件编写LabVIEW 是⼀套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达⽽设计的图形化编程软件，将其与⼀般的数据采集以及仪器设备加以组合，就可以设计出虚拟仪器。

虚拟仪器的温度检测系统总体上说是⼀个智能化的信号采集处理系统，在其结构上主要由完成温度信号采集、放⼤和预处理的前端硬件电路部分和完成数据采集。

基于虚拟仪器温度监控流程图如图3.1所⽰。

采集数据数据处理温度计上限报警
图3.1 温度监控流程图
4.设计内容
4.1基于虚拟仪器的数据采集设计
LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是⼀种开放型的通⽤程序开发系统，具有强⼤的数据采集、数据处理、数据分析和仪器控制功能。

基于虚拟仪器的数据采集程序框图，如图4.1所⽰。

图4.1 数据采集程序框图
4.2基于虚拟仪器的温度检测设计
本系统以labview8.5 作为开发⼯具。

现以仿真数据为例来讲述系统软件对温度的监测、报警及显⽰功能。

利⽤labview8.5编程可以对温度实时监测。

当温度超过上限要求时蜂鸣器会报警同时及时点亮报警灯进⾏报警，报警的上限值可以通过前⾯板的输⼊控件改变其值。

温度检测系统如图4.2所⽰。

图4.2 温度检测系统
4.3显⽰及记录软件设计
显⽰系统可以⽤波形图来进⾏温度信号的显⽰，波形图能够清楚的看出温度的跳跃情况，⽅便与⼯作⼈员的观察，图4.3为波形图的显⽰。

图4.3 波形图的显⽰
温度数据的存储课通过创建Exprss表格来进⾏记录与存储。

图4.4为Exprss 表格记录。