基于LabVIEW的速度和加速的测量实验的模拟

第I页基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟摘要随着科技技术的发展，软件行业日新月异，人们可以用软件编程来实现自己想要的功能，这使得用户在操作上简单了许多，视觉上也清晰明了，易于理解。本次毕业设计研究的是基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟，用虚拟仪器模拟现实实验。进入前面板后，用户可以手动操作整个实验过程，也可以清楚的看到滑块在气垫导轨上移动，测量出来的数据也会在计时计数测速仪上显示，能让用户感觉像是在物理实验室做实验一样，给人一种身临其境的感觉。用户可以通过可视化的界面方便的清楚整个速度和加速度实验的过程，这大大的方便了教师的物理教学。关键词：LabVIEW,虚拟仪器，速度和加速度第II页ThemeasurementexperimentsimulationofVelocityandAccelerationBasedonLabVIEWAbstractWiththedevelopmentofscienceandtechnology,thesoftwareindustrywitheachpassingday,peoplecanusesoftwaretoachievetheirwant.Thisallowstheusertoeasiertooperate,andthevisionisclearandeasytounderstand.ThegraduationdesignresearchisbasedontheLabVIEWvelocityandaccelerationmeasurementexperimentofsimulation,virtualinstrumentwasusedtosimulaterealexperiment.Afterenteringthefrontpanel,usercanmanuallyoperatingthewholeexperimentprocess,andalsocanclearlyseetheslidermoveontheairtrack.Measureddatawillbedisplayedonthetimercountspeedometer,itcanlettheuserfeellikedoingtheexperimentinphysicslaboratory,givingasurrealandtrulymusicalfeeling.Throughavisualinterfaceconvenientusercanknowthewholeprocessofvelocityandaccelerationexperiment,thisgreatlyfacilitatesteachersofphysicsteaching.Keywords:LabVIEW,virtualinstrument,velocityandacceleration第III页目录1绪论.............................................................11.1引言.......................................................11.2选题的意义及应用背景.......................................12LabVIEW和虚拟仪器...............................................22.1LabVIEW和虚拟仪器简介......................................22.2LabVIEW软件的特点..........................................32.3LabVIEW使用的优势..........................................42.4虚拟仪器的主要特点..........................................43速度和加速度的测量实验...........................................63.1速度和加速的测量...........................................63.2实验内容及步骤.............................................74程序实现.........................................................94.1LabVIEW实现的基本思路......................................94.2前面板设计.................................................94.3程序框图设计..............................................114.4设计演示..................................................184.5程序发布..................................................205结语............................................................23参考文献..........................................................24致谢..............................................................25第1页1绪论1.1引言LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW有很多优点，可以广泛的应用于数据采集与信号处理、自动化测试与验证系统、仪器控制、嵌入式系统设计等多个领域。尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出，比如测试测量、控制、仿真、儿童教育、快速开发、跨平台等。本次设计的内容是基于LabVIEW的速度和加速度的测量实验的模拟，利用LabVIEW实现速度和加速度实验的仿真。程序设计包括三个部分：前面板、框图程序和图标/连接器，因此一个VI程序的设计主要包括前面板的设计、框图程序的设计以及程序的调试。1.2选题的意义及应用背景本文介绍的虚拟仪器演示速度和加速度实验，可以普通物理课中直接使用，同时利用LabVIEW高效的图形化编程平台，教师和学生都可以充分发挥自己的想象力和创造力，开发适台自己需要的各种虚拟仪器，提高教学质量和教学实验水平。除此之外，虚拟仪器的发展还是可以应用于远程教学，在将来的社会，学生可以待在家里上物理实验课，有了虚拟仪器，可以在自家的电脑上和老师进行沟通，并且运用虚拟仪器进行各种物理实验，这大大方便了教学，也节省了师生的时间，还可以缓解交通，各个方面都有了很大的进步。当今大多数大学物理教学过程中，单纯的课堂授课已经不能满足现代化的教学理念，更好的方法是用仪器演示，以加深学生的理解。但物理实验设备的局限性，不方便在课堂上加以演示。这样，我们需要一种更方便的演示方法，这样就可以使用虚拟仪器来进行演示。第2页2LabVIEW和虚拟仪器2.1LabVIEW和虚拟仪器简介LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序。它用图标表示函数，用连线表示数据流向。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编码器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！现在的图形化主要是上层的系统，国内现在已经开发出图形化的单片机编程系统（支持32位的嵌入式系统，并且可以扩展的），不断完善中。LabVIEW程序被称为VI（VirtualInstrument），即虚拟仪器。LabVIEW的核心概念就是“软件即是仪器”，即虚拟仪器的概念。虚拟仪器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。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。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。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前,NI公司已经在Macintosh计算机上第3页推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW的最新版本为LabVIEW2011，LabVIEW2009为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEWReal-Time工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器。2.2LabVIEW软件的特点LabVIEW在测试、测量和自动化等领域具有最大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具与函数用于数据采集、分析、显示和存储。用户可以在数分钟内完成一套完整的从仪器连接、数据采集到分析、显示和存储的自动化测试测量系统。它被广泛地应用于汽车、通信、航空、半导体、电子设计生产、过程控制盒生物医学等各个领域。LabVIEW的特点主要体现在