虛擬儀器課程設(shè)計報告(鬧鐘)

1、時間：2012/12/31簽名：一、課程設(shè)計背景前言20多年前，美國國家儀器公司NI (National Instruments)提出“軟件即是儀器” 的虛擬儀器(VI)概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場重大革命，使得計算機和網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)得以長驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來，從而開創(chuàng)了 “軟件即是儀器” 的先河。LabVIEW是NI推出的虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，它們能夠以其直觀簡便 的編程方式、眾多的源碼級的設(shè)備驅(qū)動程序、多種多樣的分析和表達功能支持， 為用戶快捷的構(gòu)筑自己的實際生產(chǎn)中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。虛擬儀器由計算機、模塊化功能硬件和應(yīng)用軟件三大部分組成，一般而言， 虛擬儀器所用的

2、計算機是通用的計算機，虛擬儀器根據(jù)其模塊化功能硬件不同， 而有多種構(gòu)成方式。其中NI-DAQ測試系統(tǒng)是構(gòu)成虛擬儀器VI得最常用的最 基本的方式，因為一般而言，這種類型的虛擬儀器成本比較低，它能充分利用計 算機的設(shè)計能力，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。圖1虛擬儀器系統(tǒng)框架圖工具軟件簡介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖1 1 7IIIHI IMIIHI I HUM I標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指 iiMHBaiBiimiBi an I令的先后順

3、序決定程序執(zhí)行順序，而LabVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框 圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了 VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW的程序模塊。LabVIEW是圖形化編程語言，也是第三代的編程語言，LabVIEW是一種程 序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā) 環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采 用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序， 產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可 用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面

4、在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和 連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱6 代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程 序框圖代碼。以下為某個LabVIEW程序的程序框圖。圖2 LabVIEW程序框圖二、課程設(shè)計任務(wù)LabVIEW課程任務(wù)設(shè)計題目1）基于LabVIEW的鬧鐘程序編寫用LabVIEW軟件編寫一個小的鬧鐘程序，要滿足有以下功能：可以實現(xiàn)時鐘即時顯示添加萬年歷顯示添加鬧鐘自動屏蔽周末可手動設(shè)置鬧鈴工作日2）基于LabVIEW的串口通信程序?qū)崿F(xiàn)串口通信功能實現(xiàn)串口傳輸數(shù)據(jù)的波形顯示3）基于LabVIEW的溫度測量程

5、序用熱敏電阻實現(xiàn)室溫信號的模擬量采集實時顯示當(dāng)前室內(nèi)溫度使用軟件及版本本次設(shè)計性課程采用NI公司的LabVIEW最新版本LabVIEW2012進行開發(fā)， 另外在串口通訊程序中，需要采用虛擬串口軟件，以便于串口通訊的操作。三、課程設(shè)計過程1.鬧鐘程序設(shè)計過程1）實時時間的顯示實時時間的顯示采用兩種方式實現(xiàn)，一種是表盤式，一種是數(shù)字顯示式，表 盤式的采用LabVIEW自帶的轉(zhuǎn)盤控件，數(shù)字顯示采用布爾指示燈做成七段LED 數(shù)碼顯示管，具體如下圖所示。圖3量表制成的轉(zhuǎn)盤式鐘表在這里需要說明的是，軟件自帶的量表控件只有一根指針，需在屬性中添加 指針變成三個指針（分針、時針、秒針），但是指針長短是一樣的，

6、這樣便無法 區(qū)分時針分針，這里采用一種簡單的辦法來實現(xiàn)區(qū)分時針、分針的轉(zhuǎn)盤，原理就 是建立兩個轉(zhuǎn)盤控件，一個作為秒針以及分針，另一個作為時針，同時時針控件 通過自定義刪除除指針之外的所有東西，然后將之覆蓋在分針、秒針表盤上面， 變成為如上所示的時鐘轉(zhuǎn)盤。圖4兩個子時鐘如圖4所示，將兩個轉(zhuǎn)盤合并即變?yōu)樗璧臅r鐘（時針長短與分針區(qū)別）。時鐘實時顯示程序?qū)崿F(xiàn)：轉(zhuǎn)盤控件有默認(rèn)一個輸入量，通過小時、分鐘、秒 鐘信號通過合并信號會和輸入轉(zhuǎn)盤，再在轉(zhuǎn)盤設(shè)置相應(yīng)刻度即可實現(xiàn)時鐘顯示。I獲取時間后，輸出為三個信號I通過荻取日期時間函數(shù) 荻取當(dāng)前系統(tǒng)時間ml=m/5+sl/60;if i：h=H：J圖5轉(zhuǎn)盤時鐘顯

7、示程序圖6數(shù)碼管時鐘顯示程序hl二h+ml/12; else hl=l：h-12：l+rril/lLl數(shù)碼管顯示中，將7個布爾指示燈排列成數(shù)字式，并放入一個簇中，通過建 立條件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)數(shù)字0-9的顯示，如上圖所示為兩位小時的顯示。2）萬年歷顯示萬年歷顯示采用 Windows系統(tǒng)萬年歷控件（MonthCalendar），可以通過 LabVIEW .NET控件調(diào)用該控件，實現(xiàn)萬年歷顯示。圖7萬年歷顯示3）鬧鐘設(shè)置鬧鐘設(shè)置包含設(shè)置工作日，選擇時間、選擇鬧鐘音樂等等，鬧鐘設(shè)置采用子VI的形式實現(xiàn)，在主程序中只要調(diào)用子VI便可重復(fù)多次設(shè)置鬧鐘。圖8鬧鐘設(shè)置界面部分程序?qū)崿F(xiàn)：這里通過工作日選擇說明該部分程

8、序。采用順序程序?qū)崿F(xiàn)。第一幀為將空字符串賦予工作日顯示框，第二幀為工作 日選擇賦值，下圖中簇內(nèi)部包含周一到周日的布爾指示燈，如果程序運行時候手 動選擇工作日，便會給工作日顯示框賦值，在第三幀中變不會進入條件真值中， 顯示選擇的日期，如果不選擇默認(rèn)顯示周一、周二、周三、周四、周五，自動屏 蔽周末。圖9工作日選擇程序框4）鬧鐘設(shè)置顯示鬧鐘設(shè)置顯示通過數(shù)組實現(xiàn)，建立一個字符串?dāng)?shù)組，在鬧鐘設(shè)置后通過建立 全局變量或者是子VI輸出的方式傳遞設(shè)置的鬧鐘參數(shù)。分鐘Q7點3Q分說明：起，床了說明起床了小時鬧鐘設(shè)置顯示工作日顯示周二周二周四周六默認(rèn)鬧鐘設(shè)置選擇音樂鈴聲確定按鈕- 確定所有鬧鐘活動鬧鐘QT點如分說

9、明：起床了周二周二周四周六Sound, wav鬧鐘開啟鬧鐘循環(huán)次數(shù)鬧鐘指示 ,添加按鈕添加星期一星期二星期三星期四O 星期五星期六星期天O O圖10鬧鐘設(shè)置及顯示圖11調(diào)用子程序顯示鬧鐘設(shè)置參數(shù)5）鬧鐘響應(yīng)部分通過對比鬧鐘設(shè)置小時、分鐘與當(dāng)前小時分鐘對比，觸發(fā)鬧鐘事件，觸發(fā)事件包括播放設(shè)置鈴聲。圖12鬧鐘響應(yīng)程序2.串口通信程序設(shè)計過程串口通訊程序設(shè)計之前，要安裝虛擬串口程序，模擬兩臺電腦之間通過串口 通訊。串口通訊程序界面如圖所示：圖13串口通信程序如上圖所示，程序界面包含發(fā)送端與接收端，發(fā)送端，以及發(fā)送設(shè)置端，通 過VISA控件設(shè)置串口傳遞參數(shù)。如右圖所示，通 過設(shè)置VISA配置串 口配置

10、串口波特率、 奇偶校驗位等信息， 同時設(shè)置輸入控件 可以根據(jù)需求改變 相應(yīng)控件。圖14配置VISA串口的串口信息發(fā)送至其他串口。圖15寫入VISA函數(shù)用法配置完程序窗口之后，通過VISA讀寫函數(shù)讀取串口信息，同時將當(dāng)前讀取做好上述準(zhǔn)備工作之后，再通過文本框或者圖標(biāo)將數(shù)據(jù)顯示出來，便完成了 串口通信程序的設(shè)計。溫度采集程序設(shè)計溫度采集程序的實現(xiàn)較為簡單，通過NI數(shù)據(jù)采集卡以及熱電偶組成數(shù)據(jù)采 集簡易系統(tǒng)，通過熱敏電阻搭建簡單的串聯(lián)電路，串聯(lián)一個100K。的電阻組成 分壓電路，熱敏電阻隨溫度上升阻值下降，25時其電阻為100K。，外接電源 5V，在本程序中數(shù)據(jù)采集卡型號為USB-6008，選擇0通

11、道。溫度采集程序界面如下圖所示；圖16溫度采集程序如上圖所示通過溫度計顯示實時溫度，圖表顯示數(shù)據(jù)采集卡采集到的電壓變 化（其中前表為濾波之后的電壓值，后表為濾波之前）。數(shù)據(jù)采集程序主要有LabVIEW自帶的DAQ助于完成，連線完成之后，配 置DAQ助于采樣頻率，輸出端既為動態(tài)的數(shù)據(jù)流，通過對動態(tài)的數(shù)據(jù)流進行處 理（包括信號的濾波，以及電壓信號轉(zhuǎn)換為溫度指標(biāo)），實現(xiàn)溫度的實時響應(yīng)。圖17溫度電壓信號采集如上圖所示，得到實時變化的電壓信號之后，對電壓值進行均值處理，均值 處理可以采用LabVIEW自帶的均值處理函數(shù)，也可自行設(shè)計均值程序，在本程 序中采用自行設(shè)置均值程序的辦法，這樣的話電壓信號更穩(wěn)

12、定，不易跳動，如上 圖所示，每采15個信號進行一次平均電壓的計算，電壓信號變化平穩(wěn)，不容易 產(chǎn)生太大的跳動易于觀察。得到平均電壓之后，要根據(jù)該熱敏電阻的標(biāo)定表進行電壓一阻值一溫度的轉(zhuǎn) 換，通過老師提供的標(biāo)定表，標(biāo)定出其中的關(guān)系，首先要通過分壓公式將當(dāng)前熱 敏電阻的阻值計算出來，然后通過標(biāo)定表中不同溫度下熱敏電阻的阻值，擬合出 熱敏電阻，電阻一溫度的關(guān)系，并將這些關(guān)系寫入溫度采集程序中，通過這些關(guān) 系計算出當(dāng)前熱敏電阻阻值以及當(dāng)前室溫。圖18平均電壓一電阻一溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系表四、設(shè)計程序?qū)嶋H測試1.鬧鐘程序測試在鬧鐘程序設(shè)置中，測試兩種狀態(tài)下的鬧鐘響應(yīng)狀況，一種是默認(rèn)情況下， 另外一種是非默認(rèn)情況下

13、的相應(yīng)。在默認(rèn)情況下（默認(rèn)屏蔽周末），設(shè)置時間、說明、鈴聲，但是不選擇工作 日，鬧鐘表顯示周一到周五腦中有效，測試成功，同時鬧鐘時間到，鈴聲會響起時間圖19默認(rèn)情況下鬧鐘響應(yīng)在非默認(rèn)情況下，可以手動設(shè)置工作日，屏蔽掉你不想鬧鐘響的時間。圖20自定義鬧鐘響應(yīng)2.串口通信程序測試串口調(diào)試主要包括發(fā)送與接收數(shù)據(jù)的調(diào)試，還有串口發(fā)送數(shù)據(jù)波形以及另外 一個串口接收數(shù)據(jù)波形并顯示出來，具體如下圖所示。圖21串口通信1如上圖所示，在串口 1（COM2）發(fā)送文本字符“你好labview”，點擊發(fā)送 之后，接收區(qū)接收到“你好labview”的文本字符并顯示出來，所以在兩個串口 之間通信成功。圖22數(shù)據(jù)波形的發(fā)送

14、與顯示如上圖所示，隨即數(shù)據(jù)及波形產(chǎn)生之后，發(fā)送端顯示響應(yīng)的波形，發(fā)送到另 外一個串口之后，串口接受文本顯示這些數(shù)據(jù)同時在波形圖標(biāo)上繪出了一致的波 形。溫度測量系統(tǒng)的測試將測溫分壓電路以及數(shù)據(jù)采集卡連接好之后，啟動程序，開始測量，測量結(jié) 果如下所示：圖23溫度實時顯示測得溫度與實際溫度接近，溫度測量測試成功。五、課程設(shè)計心得體會通過本次課程設(shè)計，使我進一步加深了虛擬儀器理論知識的深刻理解與領(lǐng) 悟，更重要的是使我學(xué)習(xí)了 LabVIEW的基本操作以及在虛擬儀器設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng) 用，這次課程設(shè)計是在不斷硬件和軟件調(diào)試的過程中度過的，盡管遇到了很多的 困難，但是在學(xué)習(xí)眾多案例之后最終還是設(shè)計出來了鬧鐘程序，鬧鐘程序?qū)崿F(xiàn)了 老師要求的基本功能，同時設(shè)計了串口通信程序成功的設(shè)對兩臺計算機進行通 信，最后用數(shù)據(jù)采集卡連熱敏電阻成功測出當(dāng)前室溫?？傊ㄟ^這次