虚拟仪器结课论文基于labview的数据记录仪设计

信息工程学院虚拟仪器结课论文基于LABVIEW的数据记录仪的设计 指导老师：肖俊生 学院：信息工程学院 专业：09自动化4班 学号：0967106427 姓名：杨尚文基于labview的数据记录仪设计一：实验要求1：设计一个数据记录仪，可以连续定时的采取一个电压信号。2：该数据记录仪可显示电压的峰值和平均值。3：可以实现数据的储存和回放功能。二：概述数字信号在我们周围无所不在。因为数字信号具有高保真、低噪声和便于信号处理的优点，所以得到了广泛的应用，例如电话公司使用数字信号传输语音，广播、电视和高保真音响系统也都在逐渐数字化。太空中的卫星将测得数据以数字信号的形式发送到地面接收站。对遥远星球和外部空间拍摄的照片也是采用数字方法处理，去除干扰，获得有用的信息。经济数据、人口普查结果、股票市场价格都可以采用数字信号的形式获得。因为数字信号处理具有这么多优点，在用计算机对模拟信号进行处理之前也常把它们先转换成数字信号。目前，对于实时分析系统，高速浮点运算和数字信号处理已经变得越来越重要。这些系统被广泛应用到生物医学数据处理、语音识别、数字音频和图像处理等各种领域。数据分析的重要性在于，无法从刚刚采集的数据立刻得到有用的信息，如下图所示。必须消除噪音干扰、纠正设备故障而破坏的数据，或者补偿环境影响，如温度和湿度等。通过分析和处理数字信号，可以从噪声中分离出有用的信息，并用比原始数据更全面的表格显示这些信息。下图显示的是经过处理的数据曲线。现在就简单的做一个数据记录仪。 数据记录器的应用包括数据采集、分析、储存以及今后的分析工作和对数据的调用。每个数据记录器都有一些核心的特征。第一，工程师们需要将数据采集并记录到一个存储的位置；第二，工程师们在采集过程中和采集过程结束后都必须对数据进行观察；第三，工程师们需要通过数据来记录警报以及触发事件；第四，网络装置对于工程师来说应该是简单、明晰的；第五，对于数据实行不同类型的安全防范应该是简单容易的。为能实现这5点要求，LabVIEW的软件平台为快速而又容易地建立监测应用提供了一种特效的工具数据记录及监控模块。三：本实验的设计思想本实验采用的是DAQ板卡外接信号作为信号源，当程序运行起来后。1；进行信号类型的选择。2；用“操纵量旋钮”对信号波形的频率和幅值进行设定，而在这一过程中，为了要接受所需的信号，需要调节信号的“频率”、“幅值”两个量值。整个过程需通过波形图控件来显示产生的波形，以作参考。3；通过配备DAQ采集卡，采集信号并且输出,存储并回放。在该环节中输出会有一定时间的滞后，偶尔需要几秒的时间等待。四：数据记录仪的设计原理1.数据记录仪具有数据记录与回放功能。数据记录与回放时测试系统所必须的基本功能，采用文件的形式记录与回放数据满足大多数应用场合的需求，具有方便灵活成本低廉的特点。Labview支持多种数据格式的文件，用于测试数据的记录与回放。其选择数据记录与回放的文件格式一般包括文本文件、二进制文件、数据记录文件、波形文件测量文件、我采用了数据记录文件。数据记录文件也是二进制格式文件，它用来存储复杂的结构的数据最简单最快捷，而且很容易随机访问数据，但是只有labview可以读取或处理这种文件格式。数据记录文件类似于数据库文件，因为它以记录序列的形式存放数据，一个记录中可以存储几种不同类型的数据，但是各个数据的类型必需一致。向数据记录文件写数据时，每一个记录是一个簇。不仅可以在图形代码中访问数据记录文件，还可以在前面板上访问它。数据记录与回放的基本操作：Labview记录与回放数据包括三个基本操作：打开一个已经存在的文件或创建一个新文件；对文件进行读或写；关闭文件。Labview按记录由数据记录文件中索引数据，它自动为每个数据记录文件保存各个记录的数据量，这样简化了数据的读取，因为可以按原来的数据分块那一个记录文件读取出来，而不需要知道一个记录包含多少字节的数据。电压信号采集其平均值和峰-峰值。五：设计思路一个数据记录仪应用程序包括数据采集、数据分析、数据存储以及数据调用（用来分析和展示）。本实验中通过一个while循环及一个case结构把“录制声音”及“声音播放”两大过程结合起来。通过控制两个布尔开关来选择进行哪个进程，控制停止键来控制while循环的停止。具体如图：图一枚举类型对于每个按钮都有一个元素。元素的顺序和按钮连线到buildarry的顺序相同。本例中1为录制声音，2为播放声音，0是对应没有按钮按下。vatiant to date函数强制转换。其输出的类型为从上方介入的枚举类型。把函数输出从零偏移转为一偏移。图二、录制声音通过声音采集将收集的声音存入指定路径的文件中（该文件的扩展名应为*.wap,默认的播放文件格式为wap，其余文件无法识别）这个问题还未解决。程序执行后，存入文件路径与路径一致。图三、播放声音设计本数据记录仪之初，是想将录制声音存放的文件路径与播放声音所在文件的路径一致，然后播放声音的波形图就是采集的声音。通过test.wap声音文件的波形图判定，可以播放声音波形。理论上是可以实现的。通过滑杆和等待下一个整数毫秒来实现声音播放的调速。这个功能未能实现。六：数据记录仪的设计步骤1.启动LabVIEW8.6,进入程序运行界面，进入程序框图，击右键进行选择。2.打开程序框图，在框图中的面板上单击鼠标右键弹出功能选板，在编程结构中选中While循环，拖动鼠标至一定的大小完成循环。3.建立基本函数信号发生器，产生电压信号.4.前面板的制作前面板模拟数据记录仪的前面板 ,用于设置输入数值和观察输出量。由于虚拟面板直接面向用户 ,是虚拟控制软件的核心。设计这部分时 ,主要考虑界面美观、 操作简洁 ,用户能通过面板上的各种按钮、 开关等控件来控制数据记录仪进行测量工作。根据传统面板控件的功能 ,利用 LabVIEW 中的控制模板分别在设计面板上放入模拟实际数据记录仪控件的数据输入控件、 显示器、 数据输出控件、 开关、 选择器 ,显示器用于显示输入的信号波形;数据输入控件主要用于输入被测信号的信号频率等数据输出控件则用于输出被测信号经过处理后得到的峰值、 平均值和有效值及标准频率的有效显示。打开LabVIEW前面板的编辑窗口 ,点击鼠标右键 ,显示控制模板,选择图形 波形图 ,作为数据记录仪的显示器。在显示器模板上点击鼠标右键 ,对其进行属性设置 ,例如根据示波器的频率与幅度值的变化 ,利用工具模板中的文字工具 ,对示波器横(时间) 、 纵(幅度)坐标的刻度进行重新设置。用 Graph 控件设计的示波器是完全同步的,且波形稳定。选择控件 数值 数值输入控件/数值显示控件 ,作为电压表参数设置中输入和测试结果的数据显示。选择控件 下拉列表与枚举 菜单下拉列表 ,放置对输入波形选择开关 ,在下拉列表中单击鼠标右键 ,选择 “编辑项” 对其进行编辑。“电源开关” 控件选择经典 经典布尔 方形按钮 ,当按下开关时 ,数据记录仪开始运行 ,同时电源开关的指示灯亮。同样 ,当弹起开关时 ,数据记录仪停止运行。5.流程图的设计每一个前面板都对应一个流程图程序。前面板的设计完成后 ,可对流程图程序进行设计。打开 LabVIEW设计环境中的窗口 显示程序框图 ,进入流程图编辑窗口 ,与前面板各控件对应的端口图标自动出现在流程图编辑窗口中。利用LabVIEW中的功能模块 ,根据数据记录仪前面板各控件的作用和联系 ,数据记录仪运作后数据流的控制 ,分别在流程图设计面板中放置各个功能模块 ,合理摆放后 ,在用连线工具依次连接 ,以实现数据记录仪的功能。数据流的编辑主要是对端口图标的连接 ,用连线工具进行连线时 ,如果端口闪烁 ,说明相连的数据类型匹配 ,否则不能连接。6.数据处理部分数据处理部分的作用 ,就是将产生出的信号通过不同形式的检波、 计算 ,得出规定的不同的结果。在该设计中同时显示交流有效值、 峰值和平均值。在设计时 ,按函数 数值 绝对值取交流电压的绝对值 ,然后求平均值 ,取全波平均值。交流电压中的最大值 ,即为峰值。可以通过比较数据求出最大值 ,这需要使用波形最大、最小子虚拟仪器来处理框图。有效值显示:在函数 信号处理 波形测量中选择基本平均直流均方根。7.开关部分用一个 while 条件语句设计整个框图程序 ,当模拟电压开关为 “1” 时 ,数据记录仪工作 ,条件语句中的程序开始运行;当模拟开关为 “0” 即关时 ,条件语句中的程序停止运行 ,数据记录仪不工作。七：程序调试及运行效果编程完毕后，看无错误后单击运行按钮，调节频率与幅值按钮给电压信号进行频率与幅值赋值，观察波形图及采集数据中的采集时间，峰峰值和平均值。在信号类型中选择一个三角波信号进行观察。运行结果正确，其数据显示和波形显示完全吻合正确，接下来进行验证数据回放验证。按下回放记录开关，则回放数据框中开始回放读取数据，其数据与信号发生器产生的数据完全相同，只是具有一定的时间延时。因此可以验证数据回放功能完好。其运行结果如下：八：结语经过实际使用,数据记录仪所有的控制键和功能正常,符合使用要求。需要指出的是 ,在设计该数据记录仪时 ,签于知识的欠缺,简单的制作 ,并未对数据记录仪的技术指标进行深入研究。在LabVIEW图形化语言环境下设计的虚拟仪器简单快捷,我们完全可根据测试功能的需要,调用不同功能的软件模块,以组建自己的仪器。通过这次设计，使得我学习到的知识得到运用，在设计的过程中我们会发现，课本中的东西远远不能满足实际应用，需要通过自己课外拓展的知识才能比较好的完成相关要求。只有不断的练习，思考、总结才能做出好的作品。12