虚拟仪器实验指导书

虚拟仪器

实验指导书

杭州电子科技大学自动化学院

二OO三年六月

一、实验目的

了解虚拟仪器软件LabVIEW的基本特点；以房间空调器焓差法实验台的测控软件作为应用实例，了解LabVIEW测控软件的组成、模块功能和系统的基本测试方法。

二、实验要求

⒈了解房间空调器焓差法实验台LabVIEW测控软件的前面板的界面功能

⒉了解房间空调器焓差法实验台LabVIEW测控软件的主要功能模块的框图程序

⒊初步掌握房间空调器焓差法实验台测控软件的使用方法

三、实验内容

⒈虚拟仪器软件LabVIEW的基本特点

⒉房间空调器焓差法实验台LabVIEW测控软件的组成

⒊房间空调器焓差法实验台LabVIEW测控软件的模块功能

⒋房间空调器焓差法实验台的系统测试方法

四、实验步骤

⒈了解虚拟仪器系统软件LabVIEW的基本特点

虚拟仪器（Virtual Instrumentation）通常是指具有虚拟面板的个人计算机仪器。虚拟面板上有与真实仪器相同功能的虚拟开关、按键和旋钮等。用户通过友好的图形界面来操作仪器，从而完成对测量信号的采集、分析、判断、显示和数据存取等。

表1 传统仪器与虚拟仪器的差异

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是NI（National Instrument）公司开发的一种多用于科学计算、过程控制、测试领域的编译型图形编程语言。它主要的特色是采用了工程技术人员所熟悉的控件、图标等图形化符号来代替常规的文字编程，不仅可避免记忆繁琐的指令和繁

琐的人机界面设定细节与控制系统规划流程等问题，又可缩短学习设计时间，因而它的使用者不需要很多的软件编程工作经验。其次，它拥有丰富的函数及子程序库，并且还有极人性化的除错功能来帮助修正程式。LabVIEW开发的应程序以VI为基本单位，可以将一个设计成果（VI）定义成一个子程式（SubVI），以方便在另一个相关程式设计内重复调用，所以LabVIEW是一种适合于科学家和工程师使用的开发平台。

LabVIEW主要由三大部分组成，它们分别是前置面板（front panel）、程式框图（block diagram）以及图标/连接器（icon/connector）。

⒉房间空调器焓差法实验系统LabVIEW测控软件的组成

房间空调器焓差法实验系统LabVIEW测控软件本软件的主界面如图1所示。

图1 软件主界面

本测控软件的功能模块如图2所示

图2 软件模块构成

⒊房间空调器焓差法实验系统LabVIEW测控软件的模块功能

3.1数据通信模块

该模块是整个测控软件系统的核心部分，其负责程序与下位机的通信。上位机能否与下位机或数据采集设备正常通信直接关系到数据的实时采集。如果不能采集到实时数据，接下来的计算、显示、存储等模块会变得毫无意义。本测控系统使用RS-232(标准串行接口总线)和GPIB（通用接口总线）与外部仪器通信及控制外部仪器。

⑴串口通信

串口（RS-232）是PC机的标准配置。它用于数据的串行传输。其特点是开发和应用简单，在通信距离较近，数据传输率要求不高的情况下，可以直接采用。

串口通信子模块采用Sequence (顺序)结构编写，首先利用Serial Port Init节点初始化串口，设置串口参数；其次，应用Serial Port Write节点向数据采集设备发送标准机器语言（ＳＣＰＩ）指令；为了确保数据采集设备能将数据全部送回计算机中，在指令发送完成后加一个延时；最后，程序用Serial port Read节点将数采设备返回的数据送到计算机上显示。其程序框图如图3、图4所示。

图3 串口初始化及写指令

图4 读返回数据

⑵GPIB通信

1960年末，Hewlett Packard开发出了连接和控制可编程仪器连线的通用接口总线（GPIB）标准。GPIB提供了管理通信时的许多必要规范和协议。通过特别的协议。GPIB可以采用握手方式将由别的计算机或仪器采集的数据引入计算机。GPIB具有高达1MB/s的数据传输速率，在各个领域得到广泛应用。

GPIB通信子模块同样采用Squence(顺序)结构编写，首先，运用GPIB Write节点向仪器发送SCPI 指令，同时规定了操作溢出时间；其次运用GPIB Read节点将数据从仪器中返回到计算机中。其程序框图如图5、图6所示.

图5 GPIB写指令

图6 GPIB写指令

3.2 数据存储模块

为了记录实验中的数据以便今后的调用和查询，系统需要将数据保存起来。数据保存一般采用数据库方式，但为了简单实用，决定采用电子表格形式。所谓的电子表格，指的是每行用换行符结束，每列之间用TAB分隔的文件。它可以用任何一个文本编辑器打开，也可使用Microsoft Excel 打开，具有很强的通用性。

数据存储模块采用open/create/replace file节点创建一个电子表格（*.exl）文件，然后将二维数

组数据通过write to spreadsheet file 节点写到创建好的电子表格文件中。其程序框图如图7所示。

图7 存电子表格数据

3.3 数据显示模块

从数据通信模块中采集的数据在这个模块中被处理和显示给用户。

数据有两种显示方式——曲线式和仪表式。曲线图可以实时地反映出数据的波动和趋势，仪表则更为生动和形象。程序中通过使用一个Tab控件来实现在不同查看方式之间的切换。Tab控件又称页式控件，可以将功能函数有机地归类，组合到一起。它的实质是通过一个CASE结构来实现选择的。在实际开发过程中，没有必要采用将数据传入该结构的方法，也没有必要将相应的控件加到这个结构中，否则在某一时刻下，用户只能控制几个控件中的某一个。

为了防止数据的丢失，使程序结构更为清晰，在每个条件框图中加入当前不显示的控件的本地变量来取得数据上的同步。这样的做法，虽然会增大内存的开销和冗余，不利于程序的效率的提高，但是由于要用到本地变量的采样点不多，且计算机系统的配置高，完全可以满足系统的运行要求。

3.4数据分析计算模块

数据分析计算模块是测控系统的重要组成部分，它能对所采集的数据进行分析、计算。

本测控系统的主要采样点有室内干球温度、室内湿球温度、室外干球温度、室外湿球温度、出风口干球温度、静压和静压差等。本模块利用这些数据根据焓差法空调能力计算公式进行冷量、风量及热泵制热量的计算，并根据这些计算值来断定被测空调性能的优良。

为了使程序的结构简单化，计算模块采用公式节点（Formula Node）编写。公式节点是一种结构，允许用户使用类似于多数文本编程语言的句法，编写一个或多个代数公式。显然这比用复杂的框图模型来得简单。图8是空调器制冷量计算的框图程序。程序运用采集模块中采集到的出风干球温度、出风湿球温度、静压、静压差、大气压等基本参数，通过调用焓值计算子程序计算出焓值、风量、绝对湿度等中间值。这些中间值作为公式节点的输入变量，出现在公式节点的左边框上；公式节点的主体部分便是相关的计算公式；其右边框上出现的是经过计算的输出结果，也就是空调器的制冷量。

3.5 打印模块

如今的测控软件，打印模块已成为其必不可少的部分。打印模块以所见即所得的方式打印曲线。打印的方式有两种：曲线打印和表格打印。其框图分别如图9、图10所示。