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。