虚拟仪器第一章至第九章

广西大学电气工程学院本章学习要求：1.掌握虚拟仪器的基本概念2.掌握LabVIEW软件的功能3.了解LabVIEW的编程思想第一章绪论广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念第一章绪论虚拟仪器是指以计算机（PC）和操作系统的高速运算和控制能力为基础，结合高精度高速的I/O接口硬件仪器（PCDAQ卡、GPIB仪器、串并口仪器、PXI/VXI仪器、图像采集卡）等，并利用（LabVIEW）软件对测控数据进行用户自定义的采集、显示、存储、运算分析和输出控制，以实现各种传统仪器功能的一种计算机测控仪器系统。这里的“虚拟”有两层含义：●虚拟的仪器面板；●由软件实现各类仪器的测控功能（尽可能的使用通用硬件）。广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念虚拟仪器的基本结构和类型GPIBSerialDAQProcessorUnitUnderTestVXIImageAcquisitionMotionControlPXIApplicationSoftwareHardware&DriverSoftware•LabWindows/CVI•LabVIEW广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念待测模拟信号信号处理DSP/FPGA前置预处理数据显示信号输入硬件电子系统A/D转换数字信号处理数据显示数字信号产生信号输出信号控制待测模拟信号输出模拟信号D/A转换计算机数字信号控制数字信号产生输出模拟信号传统（数字）仪器虚拟仪器DAQ卡利用计算机强大、高效的数字信号处理和控制能力，配合高速高精度的DAQ设备，实现与传统专用仪器相同乃至更强的功能，组成虚拟仪器前置预处理A/DD/A+PCLabVIEW广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念虚拟仪器传统仪器开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展封闭、固定用户定义仪器功能厂商定义仪器功能关键是软件关键是硬件价格低、可复用与可重配置性强价格昂贵技术更新周期短(1～2年)技术更新周期长(5～10年)软件使得开发与维护费用降至最低开发与维护开销高网络化虚拟仪器适合异地或远程控制、数据采集、故障监测、报警等功能单一、互联有限的独立设备广西大学电气工程学院平台特性GPIB（IEEE488标准）PC-DAQ（典型：PCI总线）PXI(由PCI总线扩展而来)总线宽度88，16，32(expandableto64)同PCI总线总线频率33MHz、66MHz同PCI总线数据传速率1MB/s(3-wire)8MB/s(HS488)典型：132MB/s最高：1064MB/s同PCI总线特点可连接最多14台仪器；传输距离小①可直接插入计算机的PCI插槽，使用灵活方便；②插槽数有限；③可靠性较差。①完全兼容PCI总线；②通常需要专用的PXI机箱，可扩展到255个机箱和上千个模块；③可靠性较强。产品种类10,0001,0001,000价格低廉~昂贵适中较为昂贵适用场合低频、低速、通道少、对电磁干扰要求不严高频、大容量、EMI屏蔽要求高1.1虚拟仪器的概念典型的虚拟仪器标准体系结构广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念GPIB控制方案广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念NI-PXIe8103EmbeddedControllerNI-PXIe1062Q8槽机箱PXI系统由三个基本部分组成——机箱、系统控制器和外围模块。广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念典型的DAQ虚拟仪器由四部分构成：PCIUSBPCMAIC/（笔记本电脑）广西大学电气工程学院1.1虚拟仪器的概念PC-USBDAQ控制方案广西大学电气工程学院第一章绪论1.2虚拟仪器的软件简介1．I/O接口仪器驱动程序--NIDAQmx完成特定外部DAQ硬件设备的设置、扩展、驱动与通信等功能。2．应用程序--LabVIEW系列软件（包含两方面功能的程序）:实现虚拟面板功能的软件程序；定义测试功能的流程图软件程序。广西大学电气工程学院1.2LabVIEW简介什么是LabVIEW?LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench,实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司推出的一种基于G语言(GraphicsLanguage,图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。广西大学电气工程学院1.2LabVIEW简介LabVIEW软件的特点•采用数据流编程模式，是能够同时运行多个程序的多任务系统。•提供了丰富的用于数据采集、信号分析、图形表达/数据存储、控制运算等的函数库。•提供如设置断点、单步运行,高亮执行等调试工具,使程序的调试和开发更为便捷。•内置了PCI、DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232和RS485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数,支持数据采集卡和GPIB、串口设备、VXI仪器、PLC、工业现场总线以及用户特殊的硬件板卡。广西大学电气工程学院1.2LabVIEW简介•具有强大的外部接口能力，可以实现LabVIEW与外部的应用软件(如Word,Excel等)、C语言、WindowsAPI、MATLAB等编程语言之间的通信。•强大的Internet功能,内置了便于应用TCP/IP、DDE、ActiveX等软件标准的库函数。支持常用网络协议,方便网络、远程测控仪器的开发。•支持多操作系统平台可直接移植到其它平台上广西大学电气工程学院1.3LabVIEW与虚拟仪器的应用第一章绪论一、信号分析二、远程在线监测三、工业测控四、系统仿真广西大学电气工程学院1.3LabVIEW与虚拟仪器的应用波音公司使用NIPXI硬件平台和LabVIEW软件定位飞机起降时的噪声使用NI的PXI控制器、机箱、动态信号分析仪和LabVIEW软件来设计一个可升级的分布式测试系统，该系统拥有严格的定时和同步功能，用于在飞机低空飞行测试时进行相控阵数据采集。把采集系统分布地放置在多个机箱中，严格同步所有的通道，而且可以允许无限数量的通道数扩展。需要的电缆数量是原来的1/5，使麦克风系统的成本降低为原来的1/30600多个基地麦克风按照自定义的螺旋状方式安装在一个250英尺宽、300英尺长的跑道区域的末端，多个PXI系统中的采集通道分别连接到麦克风上。在777-300ER飞机飞过头顶时，获取它发出的噪音，使用LabVIEW软件立即恢复并处理数据，然后得到一幅该飞机的声学成像图。一个数据处理计算机集群通过千兆网连接到主计算机上，用于对这些数据和图像进行实时分析。超过600个麦克风的数据被采集并分析广西大学电气工程学院1.3LabVIEW与虚拟仪器的应用使用LabVIEW和NI硬件精确安全地测量胎儿心率(FHR)采用LabVIEW来实现调制信号生成，经NIUSB9474数字输出模块在计数器端生成725Hz的信号驱动LED照射孕妇，使用24位的NIUSB-9239DAQ采集经母亲和胎儿的血液脉动调制后的信号，然后采用LabVIEW来实现同步检测算法、降采样、高通滤波、自适应噪声消除(ANC)等算法后从混合信号中提取胎儿的光电血管容积图（PPG）信号，从而分析胎儿心率。此方法既可避免传统的超声波检测法对胎儿的伤害，又可避免胎儿心电图(FECG)法的复杂步骤。广西大学电气工程学院克罗地亚VESKI公司推出基于LabVIEW的水电设备在线监测系统1.3LabVIEW与虚拟仪器的应用水电设备的现代化监控系统通常要求采集振动、温度、压力、流量等一系列数据，并同步维护一个储存相关信息的数据库。VESKI基于NILabVIEW开发开发的CoDiS系统可以监控发电机的一系列参数，如：相对轴振、绝对转子振动、定子和基座的动态特性、空气间隙状态、转子极磁通、电气参数(电压，电流)、有功功率/无功功率、以及大型旋转电机的水力学参数(效率η)，被客户称为“水电站的健康顾问”。整个系统通过其网口可以与中央处理器的数据库通信；而LabVIEW声音与振动工具包提供了很多现成的分析工具，可以直接计算出总谐波失真(THD)等分析结果。广西大学电气工程学院1.3LabVIEW与虚拟仪器的应用广西大学电气工程学院1.3LabVIEW与虚拟仪器的应用基于LabVIEW的轮缸压力测试仿真系统受高速开关阀电磁铁的响应能力及阀芯运动时间的影响，实际的阀芯响应不能完全跟随脉宽信号的变化，脉冲调制周期和占空比对其影响很大。因此需要搭建如图所示的测试仿真平台，得到在不同的载波频率下得到不同的增减压力曲线。综合考虑控制的快速性和有效的占空比调节范围选择合适的载波频率。广西大学电气工程学院第一章绪论1.4课程学习的网络资源-非常精彩的海量中文资料和视频，而且免费?!太令人兴奋了！请到百度中输入“NI中国”。广西大学电气工程学院本章学习要求：1.掌握LabVIEW软件的程序设计与调试技术2.掌握子VI的创建及调用第二章LabVIEW程序设计入门广西大学电气工程学院2.1VI的创建第二章LabVIEW程序设计入门使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器（VirtualInstruments）程序，简称为VI。它包括前面板（FrontPanel）、程序框图（BlockDiagram）以及图标/连接线(Icon/Connector)三部分。广西大学电气工程学院2.1VI的创建2.1.1前面板:用于模拟真实仪表的操作面板，即图形化用户界面，在VI中用于设置输入数值和观察输出量。前面板构成：控制（Control）、显示（Indicator）和修饰（Decoration）构成。控制（输入）：用户设置和修改VI输入量的接口；显示：显示VI输出数据或图形；修饰：对前面板进行美化、装饰。控制和显示统称为控件。广西大学电气工程学院2.1VI的创建前面板的控件模板:每个图标代表一类子模板。广西大学电气工程学院2.1VI的创建区分控制和显示的办法:程序框图中箭头的指向广西大学电气工程学院2.1VI的创建2.1.2程序框图:与传统仪器中的电子线路、硬件模块和信号处理（DSP）模块的功能类似，在VI中用于实现数据采集、信号分析与处理、输出控制等功能。广西大学电气工程学院2.1VI的创建函数模板：是创建流程图程序的工具。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板。广西大学电气工程学院2.1VI的创建2.1.3创建VI的一般步骤1.选择创建一个新的VI；2.创建VI前面板；3.创建框图程序；4.保存VI。例：每隔500ms产生一个随机数，用波形图表显示该随机数的大小，且当随机数大于0.5时，报警指示灯亮。广西大学电气工程学院2.1VI的创建1、选择创建一个新的VI广西大学电气工程学院2.1VI的创建2、创建VI的前面板广西大学电气工程学院2.1VI的创建3、创建VI的程序框图广西大学电气工程学院2.1VI的创建4、运行结果广西大学电气工程学院2.2VI的运行与调试第二章LabVIEW程序设计入门2.2.1运行VI1.运行VI2.连续运行VI3.停止运行VI4.暂停VI运行广西大学电气工程学院2.2VI的运行与调试2.2.2调试VI1.单步执行VI(1)单步（入）执行(2)单步（跳）执行(3)单步（出）广西大学电气工程学院2.2VI的运行与调试2.设置断点将工具模板中鼠标切换到断点工具状态，单击框图程序中需设置断点的地方即可。广西大学电气工程学院2.2VI的运行与调试3.设置探针将工具模板总鼠标切换到探针工具状态，单击框图程序中需查看的数据连线，会弹出一个对话框，若有数据流过，即显示该数据值。广西大学电气工程学院2.2VI的运行与调试4.显示数据流动动画单击工具条中运行VI，再框图程序上实时显示程序执行过程。通常和单步结合使用。广西大学电气工程学院2.2VI的运行与调试课堂练习：创建一个VI程序模拟温度测量，用温度计显示温度，其摄氏温度值用随机数生成VI乘上100来模拟。本程序可以分别显示摄氏温度和华氏温度：华氏温度＝摄氏温度*1.8+32。广西大学电气工程学院2.3创建和调用子VI第二章LabVIEW程序设计入门子VI（SubVI）相当于普通编程语言中的子程序，也就是被其他的VI调用的VI。在程序框图中打开函数»选择VI…