用虚拟仪器LabVIEWE实现谐波测量分析的论文
课程设计报告
目录
第1章课程设计任务书 (2)
1.1课程设计任务 (2)
1.2课程设计目的 (3)
1.3课程设计要求 (3)
1.4课程设计内容 (4)
1.5课程设计报告要求 (4)
1.6课程设计进度安排 (4)
1.7课程设计考核方法 (5)
第2章总体设计方案 (6)
2.1 虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别 (6)
2.2.1 虚拟仪器的定义及组成 (6)
2.2.2 虚拟仪器的特点 (7)
2.2 虚拟仪器LabVIEW图形化程序的组成和特点 (8)
2.2.1 LabVIEW的图形显示 (8)
2.2.2图形化编程环境LabVIEW (8)
2.2.3 LabVIEW平台设计谐波测量分析系统 (10)
2.3谐波测量分析系统的总体结构图 (10)
2.3.1前面板程序 (10)
2.3.2框图程序 (11)
2.3.3程序流程图 (13)
2.3.4谐波测量分析系统的总体结构图 (14)
2.4谐波测量分析系统的工作原理及功能 (14)
第3章课程设计个人小结 (18)
第4章参考文献 (19)
第1章 课程设计任务书
《虚拟仪器技术》课程设计任务书 题目：谐波测量分析系统设计
1.1、课程设计任务
随着科学技术的发展，各种电子产品在电力系统中得到大量应用，特别是各种非线性负载包括可控整流传动装置及高压直流输电系统的投入，以及各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，理想电力系统的近似程度变差，直接表现是电网中的电压和电流波形产生周期性畸变。电网中除了与供电电源同频率的正弦量(称为基波分量)以外，还出现了一系列大于基波频率整倍数的正弦波分量(高次谐波分量)。这一系列正弦分量统称为电力谐波。当电网中存在的谐波成分超过一定指标，轻者增加能耗，缩短设备运行寿命，重则造成停电事故，直接影响安全生产。所以，对电网中谐波含量准确的测量，确切掌握电网中谐波的实际状况，对于防止谐波危害、维护电网的安全运行是十分必要的。
LabVIEW 具有强大的信号分析与数学运算功能，在它的数学分析库中包含了数以百计的VI 程序，能够进行各种时域与频域信号分析。
本课题通过虚拟仪器LabVIEW 图形化软件开发平台，设计一种谐波测量分析系统。本课题中系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的LabVIEW 虚拟仪器软件开发平台，将LabVIEW 软件引入到谐波测量分析系统中，能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD 、thd ，2－31次各次谐波电流含有率等参数。具体指标与要求如下：
(一) 要求设计一个通道的正弦信号发生器以模拟实际电流，具体要求为：
1、频率范围：0.001Hz ～100KHz ；
2、幅值：0～200A ，可选；
3、直流偏置：0～100V ，可选；
4、可调整幅值、相位、频率；调整后无须重新启动（提示：用循环结构）；
5、在产生的信号中可以加入高斯噪声。
(二) 谐波测量分析系统能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD 、thd ，2－31次各次谐波电流含有率、直流含量等参数。
(三) 谐波测量分析系统可以对产生的正弦信号进行频谱分析，得到相关的频谱图。
（四）所有测量分析的参数都要在系统前面板中进行显示，所产生的正弦信号及其频谱图要求分别进行波形显示。
谐波分析原理：
对于周期为0/2ωπ=T 的电流谐波信号进行傅立叶级数分解，除了得到与电网
基波频率相同的电流分量，还得到一系列大于电网基波频率的电流分量，如下式所示：
∑∞
=++=100)sin()(n n n t n I I t i ?ω，( 3,2,1=n ) (1)
其中，)sin(0n n t n I ?ω+称为n 次电流谐波，n I 称为n 次电流谐波的幅值，谐波
频率与基波频率的比值(1/f f n n =)称为谐波次数。
求模拟信号连续频谱的一般方法是对它做傅立叶变换：
?+∞
∞--=dt e t i i t j ωω)()(
(2)
用数字方法实现傅立叶变换的数学基础是离散傅立叶变换(DFT)。离散傅立叶变换的数学表达式为 1,,2,1,0,)(102-==∑-=-N n e
i I I N i N ni j n π (3)
电流总畸变率TDH 和thd ：
f u n d
n n I I
T H D %
100*22∑∞== (4)
r m s
n n I I t h d %
100*22
∑∞== (5) 其中n I 称为n 次电流谐波的幅值，fund I 为基波电流的幅值，rms I 为周期性交流
量方均根值。
谐波含有率n HRI 指第n 次电流谐波的rms 值与基波电流rms 值的比率，即
%100*f u n d n n I I H R I =
(6)
1.2、课程设计目的
通过本次课程设计使学生具备：1）了解现代仪器科学与技术的发展前沿；2）学习和掌握虚拟仪器系统组成和工作原理；3）掌握虚拟仪器LabVIEW 图形化软件设计方法与调试技巧；4）培养学生查阅资料的能力和运用知识的能力；5）提高学生的论文撰写和表述能力；6）培养学生正确的设计思想、严谨的科学作风；7）培养学生的创新能力和运用知识的能力。
1.3、课程设计要求
1、了解和掌握整个虚拟仪器平台的系统组成、工作原理、各单元功能和应用背景；
2、根据设计任务进行文献资料的检索，根据各种独立测量仪器的功能和工作原理，确定谐波测量分析系统的功能，制定设计方案和设计虚拟仪器面板；
3、利用虚拟仪器LabVIEW软件，编写与调试虚拟仪器的图形化程序；
4、撰写完整的课程设计报告。
1.4、课程设计内容
1、谐波测量分析系统前面板设计；
2、谐波测量分析系统框图程序设计。
1.5、课程设计报告要求
报告中提供如下内容：
1、目录
2、正文
（1）课程设计任务书；
（2）总体设计方案(包括虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别，虚拟仪器LabVIEW图形化程序的组成和特点，为什么选择虚拟仪器LabVIEW图形化软件开发平台来设计谐波测量分析系统，谐波测量分析系统的总体结构图等)；
（3）简述所设计的谐波测量分析系统的工作原理及自己的设计结果所实现的功能，针对前面板要有操作使用说明，以便他人能够正确使用所设计的谐波测量分析系统；
（4）程序流程图、框图程序的设计及功能实现方法等；
（5）调试、运行及其结果；要求有谐波测量分析系统设计的源程序和运行结果等。
3、收获、体会
4、参考文献
1.6、课程设计进度安排
本课程设计共需1周时间，其具体安排见下表:
1.7、课程设计考核办法
本课程设计满分为100分，从课程设计平时表现、课程设计报告及课程设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。
第2章总体设计方案
2.1虚拟仪器概念与传统仪器概念主要区别：
2.1.1虚拟仪器的定义及组成
虚拟仪器（Virtural Instrument, VI）的概念是由美国国家仪器公司提出来的，虚拟仪器本质上是虚拟现实一个方面的应用结果。也就是说虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，它充分利用计算机系统强大的数据处理能力，在基本硬件的支持下，利用软件完成数据的采集、控制、数据分析和处理以及测试结果的显示等，通过软、硬件的配合来实现传统仪器的各种功能，大大的突破了传统仪器在数据处理、显示、传送、存储等方面的限制，使用户可以方便地对仪器进行维护、扩展和升级。
虚拟仪器是基于计算机的仪器，计算机和仪器的紧密结合是目前仪器发展的一个重要方向，虚拟仪器就是在通过计算机上加一组软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台自己设计使用的专用的传统电子仪器。
在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了实现信号的输入、输出，软件才是整个仪器系统的关键。任何一个使用者都可以通过修改软件的方法，很方便的改变、增减仪器系统的功能与规模，所以有“软件就是仪器”之说。
虚拟仪器的基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口模块等，其中，硬件接口模块可以包括插入式数据采集卡（DAQ）、串/并口、IEEE488接口（GPIB）卡、VXI控制器以及其他接口卡。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统、GPIB 仪器控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。
一般来说, 虚拟仪器是由通用仪器硬件平台(简称硬件平台) 和应用软件两大部分构成的。
（1）虚拟仪器的硬件平台
构成虚拟仪器的硬件平台有两部分。
(1) 计算机。一般为一台PC 机或工作站, 是硬件平台的核心;
(2) I/ O 接口设备。
I/ O 接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模/ 数转换。不同的总线其相应的I/ O 接口硬件设备,如利用PC 机总线的数据采集卡/ 板(DAQ) 、GPIB 总线仪器、VXI 总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器的I/ O 接口设备主要有5 种类型。①PC -DAQ 系统。PC - DAQ 系统是以数据采集板、信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统采用PCI 或计算机本身的ISA 总线, 将数据采集卡/ 板(DAQ) 插入计算机的空槽中即可。GPIB系统。③VXI 系统。④PXI 系统。⑤串口系统。它们分别是以其自身的标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。
（2）虚拟仪器的软件
目前的虚拟仪器软件开发工具主要有如下两类:
文本式编程语言: 如Visual C + + , Visual Basic , Lab2Windows/ CVI 等。图形化编程语言: 如LabVIEW,HPVEE 等。这些工具为用户设计虚拟仪器应用软件
提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。
虚拟仪器的最大特点是将计算机资源与仪器硬件,DSP技术相结合，在系统内共享软硬件资源，打破了以往由厂家定义仪器功能的模式，由用户自己定义仪器功能。在虚拟仪器中，使用相同的硬件系统，通过不同的软件编程，就可以实现功能完全不同的测量仪器。传统仪器与虚拟仪器系统的比较如下表所示。
时能充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的特性仪器。
2.1.2 虚拟仪器的特点
虚拟仪器和传统仪器相比具有以下的特点:
(1) 具有可变性、多层性、自助性的面板。
虚拟仪器的面板可以做到与传统仪器一样, 可以有显示器显示波形; 有LED指示数字; 有指针式表头指示刻度; 有旋钮、滑动条、开关按钮; 有报警指示灯和声响等等。而虚拟仪器的优越之处在于传统仪器面板上的元器件是硬件, 由厂商设计确定, 不可改变地安装在专用的面板上。而虚拟仪器的面板由计算机的显示器构成, 面板上的各种显示控制元件是软件图库中的各种功能图形, 由用户设计面板, 调用图形块, 用户可以不受“标准件”和“加工工艺”限制,随意增、删、移动元器件, 变化尺寸、色彩等等。还可以制作多层下拉面板, 帮助文件等等, 做出远远超
过传统仪器的全汉化、生动美观、界面友好的面板。
(2) 强大的信号处理能力
用适当的硬件接口电路, 对信号进行采集、放大、滤波、隔离、A/ D 转换后,虚拟仪器就可以灵活、充分地利用通用计算机的大量实用软件工具, 对信号进行各种计算、分析、判断、处理、图形或数字显示, 经D/ A 转换后控制执行器件的动作。
(3) 功能、性能、指标可由用户定义
即可以根据用户的不同要求对同一仪器的功能、性能、指标进行修改或增删, 彻底打破了传统仪器一经设计、制造完成后, 其功能、性能、指标不可改变的封闭性、单一性。另一方面也可以将多种仪器的功能、性能、指标等以软件的形式集成在一个“功能软件库”———虚拟仪器库内, 通过它们的不同组合以及与各种不同类型的硬件接口搭配, 使得在一台个人计算机上就可实现各种仪器的不同功能, 大大提高了仪器功能的灵活性, 甚至可以进行非常复杂性的测试工作。
(4) 具有标准的、功能强大的接口总线、板卡及相应软件
GPIB 通用接口总线( General Purpose InterfacBus)又称IEEE488 国际标准接口总线, 30 年来广泛应用于仪器领域。但是只适用于消息基器件的互操作, 不
适用于寄存器基器件。VXI 总线1987 年被首次推出,迅速成为IEEE1155 国际标准。VXI 硬件的通用性,使任意厂家、各种类型仪器接口不会发生电气和机械方面的冲
突。VXI 总线的开放性, 保证任何系统一旦建立, 将来仍能得到很好的效用。VXI 能保持每个仪器之间精确定时和同步, 具有40Mbytes/ s 的高数据传输率。VXI 模块化仪器被认为是虚拟仪器最理想的硬件平台, 是仪器硬件的发展方向。此外, 还有VISA、PCI 等标准I/ O 卡及其相应驱动程序库为虚拟仪器的数据采集和控制提供强大支持。
(5) 此外, 虚拟仪器还具有开发周期短、成本低、维护方便, 易于应用新理论、新算法和新技术,实现仪器的换代升级等特点。
2.2虚拟仪器LabVIEW图形化程序的组成和特点
2.2.1 LabVIEW的图形显示
LabVIEW的特性之一是对数据的图形化显示提供了丰富的支持。强大的图形显示功能增强了用户界面的表达能力，极大地方便了用户对虚拟仪器的学习和掌握。
Graph（事后记录图）和Chart（实时趋势图）是图形显示的两类主要控件。这两类控件的区别在于两者数据组织方式及波形的刷新方式不同。Chart将数据在坐标系中实时、逐点地显示出来，可以反映被测物理量的变化趋势，例如显示一个实时变化的波形或曲线，传统的模拟示波器和波形记录仪就是按照这种方式显示的。而Graph则是对已采集数据进行事后处理的结果，它先将被采集数据存放在一个数组之中，然后根据需要将这些数据组织成所需的图形一次性显示出来。缺点是没有实时显示，但其变现形式较丰富。例如，采集了一个波形后，经处理可以显示其频谱图。
2.2.2 图形化编程环境LabVIEW
LabVIEW是实验室虚拟仪器工程平台Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 的缩写, 它是世界上第一个采用图形化编程技术的面向仪器的32位编译型程序开发系统, 由美国国家仪器NI (National Instrument) 公司推出。
LabVIEW是一种用图形代码来代替编程语言创建应用程序的开发工具。在基于文本的编程语言中, 程序的执行依赖于文本所描述的指令, 而LabVIEW使用数据流编程方式来描述程序的执行。LabVIEW用图形语言( G语言) 、图标和连线(wires)
来代替文本的形式编写程序。像VC + + 、VB 等高级编程语言一样, LabVIEW也是一种带有扩展函数的通用程序开发系统。LabVIEW拥有强大的库函数, 包括数据采集, GPIB ( General Purpose Interface Bus 通用接口总线) 和串口仪器控制, 数据显示、分析与存储等。LabVIEW可方便的调用Windows 动态链接库和用户自定义的动态链接库中的函数; LabVIEW还提供了CIN (C Interface Node) 节点使得用户可以使用由C 或C + + 语言, 如ANSI C , 编译的程序模块, 使得LabVIEW成为一个开放的开发平台。LabVIEW还支持动态数据交换(DDE) 、结构化查询语言( SQL) 、TCP和UDP 网络协议等。此外, LabVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱, 使得用户能够很方便的设置断点, 动态的执行程序来非常直观形象的观察数据的传输过程, 以及进行方便的调试。为了便于程序调试LabVIEW还带有传统的程序开发调试工具, 例如可设置断点, 可单步执行, 还可激活程序的执行过程, 以动画方式查看数据在程序中的流动执行。
LabVIEW的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯·诺伊曼计算机体系结构
的执行方式了。传统的计算机语言(如C) 中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替; 从本质上讲, 它是一种带有图形控制流结构的数据流模式(Data Flow Mode) , 这种方式确保了程序中的函数节点( Function Node) 只有在获得它的全部数据后才能够被执行。也就是说, 在这种数据流程序的概念中, 程序的执行是数据驱动的, 它不受操作系统、计算机等因素的影响。
既然LabVIEW 程序是数据流驱动的, 数据流程序设计规定, 一个目标只有当它的所有输入有效时才能够被执行; 而目标的输出只有当它的功能完全时才是有效的。这样LabVIEW中被连接的函数节点之间的数据流控制着程序的执行次序, 而不像文本程序受到行顺序执行的约束。从而, 我们可以通过相互连接函数节点快速简洁的开发应用程序, 甚至还可以有多个数据通道同步运行, 即所谓的多线程。
LabVIEW是一个通用编程系统, 不但能够完成一般的数学运算与逻辑运算和输入输出功能, 它还带有专门的用于数据采集和仪器控制的库函数和开发工具, 尤其还附带专业的数学分析程序包, 基本上可以满足复杂的工程计算和分析要求。LabVIEW环境下开发的程序称之为虚拟仪器VI (Virtual Instruments) , 因为它的外型与操作方式可以模拟实际的仪器。实际上, Vis 类似于传统编程语言的函数或子程序。LabVIEW的核心是VI。VI 具有良好的人机交互界面—前面板(Front Panel) 和相当于源代码功能的框图程序(Diagram) 。前面板接受来自框图程序的指令。在VI的前面板中, 控件模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI 的框图程序; 而LabVIEW的指示器则模拟了仪器的输出装置并显示由框图程序产生的数据。当一个控件或指示器放到前面板上, LabVIEW便在框图程序中相应的产生一个终端
( Terminals) , 这个从属于控件或指示器的终端不能随意被删除, 只有删除它对应的控件或指示器时它才会随之一起被删除。
利用LabVIEW编制框图程序时, 无须拘于传统程序设计语法细节的限制。首先, 从函数面板中选择需要的函数节点(Function Node) , 将之置于框图上适当位置; 然后用连线(Wires) 连接各函数节点在框图程序中的端(Port) , 用来在函数节点之间传输数据。这些函数节点包括了简单的计算函数、高级的采集和分析VI 以及用来存储和检索数据的文件输入输出函数和网络函数。
LabVIEW编制出的图形化VI 具有层次结构和模块化的特点。开发者可将之用于顶层(Top Level) 程序, 也可用作其他程序或子程序的子程序。VI 代码内含的VI 称为subVI。为了区分各个subVI , 它们的图标是可编辑的。LabVIEW依附并发展了模块化程序设计的概念。用户可以把一个应用任务分解成为一系列的简单的子任务, 为每一个子任务创建一个VI ,再把它们装配到另一个图标代码中完成一个复杂的任务。最后, 完成整个应用程序的创建。
总之, LabVIEW是一种易于理解和掌握的非常理想的虚拟仪器开发工具, 它提供了一个理想的编程环境, 采用LabVIEW编程可大大节省开发时间, 而运行速度却几乎不受影响。
2.2.3 LabVIEW平台设计谐波测量分析系统
测试的目的在于获取被测对象的性能、状态或特征，所以信号采集只是测试工作的第一步。信号的分析和数据处理是构成测试系统的重要组成部分，常用的分析方法可以分为数学分析和数字信号处理两大类。LabVIEW提供了内容丰富、功能强大的分析节点，配合出色的数据显示工具，可以完成复杂的信号分析和数据处理工作。
LabVIEW的数字信号处理模板包括5个功能：信号产生、时域分析、频域分析、滤波器和窗函数。我在做“谐波测量分析系统设计”这个课题时，首先想到的就是运用虚拟仪器中的LabVIEW来进行该课题的研究。
2.3谐波测量分析系统的总体结构图
谐波测量分析.vi
Connector Pane
2.3.1前面板程序（Front Panel）
2.3.2框图程序（Block Diagram）
2.3.3流程图： 开始
参数设置
结束？
结束
是高斯噪声与正
弦信号叠加否谐波失真分析
是否加噪声
是
正弦信号
否
输出各次谐波
电流，计算得
出THD
创建波形，输
出频谱图，由
THD 计算得出
thd
程序流程图
2.3.4谐波测量分析系统的总体结构图
2.4谐波测量分析系统的工作原理及功能：
由上面所示的框图程序可以分析得出：
整个框图程序的上部分由一个整个的While 循环构成。循环里面，左边是一个通道的正弦信号发生器以模拟实际电流生成波形，可以达到这样的要求：
1、频率范围：0.001Hz ～100KHz ；
2、幅值：0～200A ，可选；
3、直流偏置：0～100V ，可选；
4、可调整幅值、相位、频率；调整后无须重新启动；
5、在产生的信号中可以加入高斯噪声。
中间以及右边部分模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD 、thd ，2－31次各次谐波电流含有率、直流含量等参数。并且可以对产生的正弦信号进行频谱分析，得到相关的频谱图，所有测量分析的参数都可以系统前面板中进行显示，所产生的正弦信号及其频谱图要求分别进行波形显示。
框图程序的下面一小部分是使用Control 控件的局部变量来达到控制它的显示时间的连续性的目的。
生成一个正弦信号。
加入噪声。
谐波失真分析。
得出基本平均直流均方根。 首先通过正弦波信号发生器模拟实际电流，并可调节幅值、相位、频率，再产生一个高斯噪声信号，并且将高斯噪声的采样信输入点与正弦波信号的采样并连一个输入，然后将高斯噪声与正弦信号相加得原始电流波形，接着进行模拟测量低压配电系统的基波电流，将电流原始波形通过谐波失真分析
得到基波频率与THD 以及n 次电流谐波幅值，将n 次电流
谐波幅值通过数组索引得基波分量与直流分量，将电流原始波形通过基本平均直流-均方
根，得到 周期性交流量方均根值，根据公式 f u n d
n n I I
T H D %100*22∑∞==以及r m s
n n I I
t h d %100*22∑∞==得出thd 。 根据公式%100*fund n n I I HRI =得出各次谐波含有率，为了得到2~31次各次谐波电流含有率，
将各次谐波通过一个for循环以及case结构，将for循环的i加2再加到数组索引端，case结构的分支选择器标签改为数字2~31，将数组索引的输出接入case结
构输出结果，最后将n次电流谐波幅值接创建波形函数的Y端，生成新的频谱图。最后将总的程序框图放入一个while循环。通过stop按钮即可进行谐波测量分析。
第3章课程设计个人小结
通过这次课程设计，我收获了很多，一方面学习到了许多以前没学过的专业知识与知识的应用，另一方面还提高了自己动手做项目的能力。本次课程设计，是对我能力的进一步锻炼，也是一种考验。从中获得的诸多收获，也是很可贵的，是非常有意义的。
在课程设计中我学到了许多新的知识。首先，对LabVIEW结构与应用有了系统的认识，对软件测试，图形显示，数据采集有了深刻的认识和掌握。通过后期的项目，我对前期学到的知识，有了更好的掌握，能够熟练应用系统的一些函数、并复习了一些知识，不仅加深了对已掌握知识的理解，还解决了困惑我许久的一些似懂非懂的知识，是一个让我把书本上的理论知识运用于实践中的好机会，原来，学的时候感叹学的内容太难懂，现在想来，有些其实并不难，关键在于理解，而实践做项目则是帮助理解的最好导师。
在这次课程设计中还锻炼了我其他方面的能力，提高了我的综合素质。首先，它锻炼了我做项目的能力，提高了独立思考问题、自己动手操作的能力，在编写调试运行程序的过程中，复习了以前学习过的知识，并掌握了一些应用知识的技巧等。在课程设计过程中，老师对我们亲切认真负责，很有耐心的解决我们遇到的难题。从她身上我看到了认真，负责的工作作风，严谨，细心的工作态度，以及对教育工作的极大热诚。同时她也给了我们一些宝贵的工作经验，这些经验，都是学校里的一些老师很少提到的。这些可贵的教学精神，就是我们的榜样，是十分值得我们大家去学习的。
VI技术经过十余年的发展，正沿着总线与驱动程序的标准化、硬/软件的模块化，以及编程平台的图形化和硬件模块的即插即用(Plug&Play)化等方向发展。现在，VI技术在发达国家的应用已非常普及，而我国基本上还处于传统测试仪器与计算机互相分离的状态。因此，从引进国外先进的VI技术和产品入手，大力推广VI的应用，无论对加速发展我国自己的电子仪器工业，还是提高我们的测试水平都是有益的。本课题中系统的功能实现采用虚拟仪器技术的思想，选择开放式的LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，将LabVIEW软件引入到谐波测量分析系统中，能模拟测量低压配电系统的基波电流，基波频率，总畸变率THD、thd，2－31次各次谐波电流含有率等参数。可以看出LabVIEW 是一种功能强大且易学易用, 操作简单, 对电力系统的电压电流中的谐波监测, ,能很好的适应现代谐波测量的要求。有着极其重大的意义。
通过此次课程设计的学习,我对于现代仪器科学与技术的发展又有了更加进一步的了解,感受到了对于现代仪器科学与技术的迅猛进步,明白了VI技术对于加速发展我国自己的电子仪器工业具有很大的作用。在提高了自己的查阅资料的能力和运用知识的能力的同时为我对于虚拟仪器系统的组成部分有了充分的认识与了解，知道了它是由界面控件库、数据输入、输出数据处理方法库、数据表示库、数据存储与管理、任意信号发生、图形界面编程环境组成的。课程设计需要自己不断的修改所设计的程序，需要及时根据错误提示来调整，一方面提高了自己专业英语的水平，另一方面也让我更深的掌握了虚拟仪器LabVIEW图形化软件设计方法与调试技
巧。在整个课程设计中我明白了科学的严谨性，稍有不慎就会出错，我们应该要具备正确的设计思想和严谨的科学作风。同学之间的互相帮助也是必不可少的，在设计过程中遇到了困难通过和同学的交流就能相对较容易的解决，同时彼此还可以学习学习对方的经验……
虚拟仪器不是仪器却高于仪器，它大大缩短了新型仪器的开发周期，节省了仪器开发的费用，它不仅是开发仪器的工具，而且也是进行科学研究的有力手段。虚拟仪器是仪器计算机化的产物，是集成化仪器的基础。我将在以后的学习中利用更多的时间来学习LabVIEW知识，努力提高自己的水平！
可以说这次课程设计不仅使我学到了知识，丰富了经验。也帮助我缩小了实践和理论的差距，使我对系统编程有了进一步了解。这次课程设计将会有利于我更好的适应以后的工作。我会把握和珍惜课程设计的机会，在未来的工作中我会把学到的理论知识和实践经验不断的应用到实际工作中，为实现理想而努力。最后，我要感谢学院组织的这次十分有意义的课程设计，使我们学到了很多，也领悟了很多。同时，也要感谢为这次课程设计默默付出的老师，是她辛苦的汗水使这次课程设计得以完美结束。
第4章参考文献
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[2] 秦丰, 狄瑞坤, 欧阳珍.基于图形化编程语言LabVIEW的虚拟仪器开发.《机床与液压》2004. No.18
[3] 张爱平.LabVIEW入门与虚拟仪器.北京：电子工业出版社，2004
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[5]National Instrument. User Guide and Specifications/USB-6008/6009.
[6]汪敏生，等. LabVIEW基础教程.北京：电子工业出版社，2007
(完整word版)LabVIEW大作业
LabVIEW技术大作业 题目：基于LabVIEW的巴特沃斯窗函数滤波器的设计学院：信息与通信工程学院 专业：通信工程 班级：通信081班 学号：2008026121 姓名：王美玲
一、 虚拟仪器及LabVIEW 的相关介绍 虚拟仪器（virtual instrument ）是基于计算机的仪器。计算机与仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合有两种方式，一种方式是将计算机装入仪器，典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能日益强大以及体积的日益减小，这类仪器的功能也越来越强大，目前已经出现含有嵌入式系统的的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机，以通用计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器的功能。虚拟仪 主要是这种方式。常见的虚拟仪器组建方案： 二、虚拟仪器的特点 （1）尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 （2）可以充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出强大的仪器。 （3）用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 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，其研究中涉及的基础理论主要是数据采集和数字信号处理。在这领域中使用比较广泛的计算机语言和开发环境就是美国NI 公司的LabVIEW 。 三、LabVIEW 的简介 LabVIEW （laboratory virtual instruments engineering workbench ）是一种图形化的编程语言环境，它广泛的被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认是标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 不仅提供了与遵从GPIB ，VXI ，RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能，还内置了支持TCP/IP ，ActiveX 等软件标准的数据库函数，而且其图形化的编程界面使编程变得生动有趣。LabVIEW 是一个功能强大且灵活的软件。 以LabVIEW 为代表的图形化语言程序，又称为“G ”语言。使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW 尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终客户的开发工具，可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力，可以实现仪器编程和数据采集系统提供便捷途径。 利用LabVIEW ，可以产生独立运行的可执行文件。LabVIEW 的真正的32位编译器，像其他软件一样，LabVIEW 提供了Windows 、UNIX 、Linux 和Macintosh 等多种版本。 四、基于LabVIEW 的巴特沃斯传函数滤波器的设计的系统原理介绍 数字信号处理现在已经发展到各个领域都需要的程度，医学、军事、以及工业设计等方面都应用很广泛。在数字信号处理的理论基础上最重要的是滤波的功能。滤波器的种类有许多，根据幅频特性分为低通滤波、高通率波、带通滤波和带阻滤波根据信号不同可以分为数字滤波器和模拟滤波器。根据种类不同，有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、模拟滤波器和巴塞尔滤波器等。滤波器设计的理论和设计方法已经相当发展的相当成熟，而且有多种典型的模拟滤波器供我们选择，根据自己掌握的知识本次试验采用的是巴特沃斯滤波器，可以实现高通、低通、带通和带阻的滤波的功能。选择巴特沃斯被 测 对 象 信号调理 数据采集 卡 数据处理 虚拟仪器面板
虚拟仪器作业
《虚拟仪器作业》 院系： 专业： 年级： 姓名： 学号： 年月日
1、虚拟温度计的设计 选用电压输出型集成温度传感器LM135，该传感器的灵敏度为10mV/K，输出电压正比于绝对温度。采用一个“油罐”控件来模拟温度传感器的输出，并设定被测量介质的温度范围为0～100°C，通过调节油罐中液体的多少来模拟温度传感器的输出。设计界面如错误！未找到引用源。所示，虚拟的温度传感器可以在摄氏温标和华氏温标之间切换，换算公式为F＝（C×9/5）＋32，式中F为华氏温度，C为摄氏温度。 图 1 虚拟温度计面板 2、创建一个VI 程序，比较两个数, 如果其中一个数大于或等于另一个数，则LED 点亮。 3、创建一个VI程序,该程序完成的功能是：产生一个0.0 ~10.0 的随机数与10.0相乘,然后 通过一个VI子程序将积与100相加后开方,将结果输出显示。 4、设计一VI，使用移位寄存器计算最后３次测量中的算术平均值，并送Chart 显示。在 此VI 中调用前面练习中中创建的Thermometer.VI作子VI，完成温度检测。 5、分别用While循环和For 循环显示随机数序列。 6、使用For循环与移位寄存器实现n！的运算。 7、使用For Loop 和移位寄存器计算随机数列中的最大值。 8、用Waveform Chart实时监测两个温度测量输出。（可以通过随机函数发生器模拟温度输 出。）实现双曲线显示。 9、创建一个可以产生并在图表中显示随机数的VI。前面板有一个控制旋钮可在0~60s之间 调节循环时间。并通过一个开关可以终止VI的运行。程序的一个运行界面和程序框图设计如图所示。
虚拟仪器实验作业
石家庄铁道大学实验报告课程名称虚拟仪器技术分院试1304 班桌号 实验者姓名钱玉喜实验日期2016 年月日 评分教师签名 实验项目名称实验一 练习1：分别利用for和while循环的移位寄存功能，用两种方法求0＋5＋10＋15…＋45＋50的值（等差数列的和）。
练习2：设计一评分程序，输入不同的分数会得到不同的评论，分数小于60，“不及格”指示灯会亮起来，同时显示字符串“你没有通过考试”；分数在60～69之间，“及格”指示灯会亮起来，同时显示字符串“及格”；分数在70～79之间，“中等”指示灯会亮起来，同时显示字符串“你考试通过了”；分数在80～89之间，“良好”指示灯会亮起来，同时显示字符串“成绩良好”；分数在90～99之间，“优秀”指示灯会亮起来，同时显示字符串“恭喜”；分数为100，“第一名”指示灯会亮起来，同时显示字符串“第一名”；如果输入为0～100以外的数字，会有错误提示，同时显示字符串“错误”。
石家庄铁道大学实验报告课程名称虚拟仪器技术分院试1304 班桌号 实验者姓名钱玉喜实验日期2016 年月日 评分教师签名 实验项目名称实验二 练习3：用顺序结构实现数值匹配：输入1～100之间的任意1个整数，然后系统随机产生1～100之间的整数，直到和预先输入的整数一样，然后输出匹配的次数和匹配的时间。
练习100次累加，用累加值除以循环次数，求这些随机数的平均数。再用判断平均数是否在范围内，如果在此范围内则点亮指示灯，‘比较’子模板中的‘判定范围并强制转换’函数判断数的范围。
石家庄铁道大学实验报告课程名称虚拟仪器技术分院试1304 班桌号 实验者姓名钱玉喜实验日期2016 年月日 评分教师签名 实验项目名称实验三 练习1：建立一个VI，产生一个包含20个随机数的数组，并输出它的第1，5，12，18个元素所组成的数组。
虚拟仪器大作业实验报告
东南大学生物科学与医学工程学院 虚拟仪器实验报告 大作业 实验名称：基于MIT-BIH心率失常数据库的心电信号系统的设计专业：生物医学工程 姓名：学号： 同组人员：学号： 实验室: 综合楼716 实验时间：2013/11/28 评定成绩：审阅教师：
目录 一．实验目的 二．实验内容 基于MIT-BIH心率失常数据库的心电信号系统的设计 1.实验要求和说明 2.程序设计流程图 3.程序各版块介绍说明 4.前面板的设计 5.调试过程 6.结果及分析 三．实验收获及小结 四．参考文献
一．实验目的 现代医学表明，心电信号（ECG）含有临床诊断心血管疾病的大量信息，ECG的检测与分析在临床诊断中具有重要价值，是了解心脏的功能与状况、辅助诊断心血管疾病、评估各种治疗方法有效性的重要手段。 本次大作业利用具有直观图形化编程和强大数字信号处理功能的虚拟仪器编程语言LabVIEW作为开发平台，设计一个基于虚拟仪器的简单心电信号分析系统，该系统具有心电信号的读取，处理分析，波形显示、心率显示及报警，波形存储和回放等功能。 二．实验内容 1.实验内容及要求 基于MIT-BIH心率失常数据库的心电信号系统的设计 1. 本次大作业所用原始信号是从MIT-BIH（Massachusettes Institute of and Beth Israel Hospital，美国麻省理工学院和波士顿贝丝以色列医院）心率数据库（https://www.wendangku.net/doc/cb10529982.html,/physiobank/database/mitdb/）中选取心电信号作为实验分析的数据。设计的系统要求对原始心电信号进行读取、绘制出其时域波形，利用原始心电数据中的时间数据控制显示时间，并具有保存回放功能，同时具有心率过快或过缓报警提示功能。 2. 心电信号是微弱低频生理电信号，通常频率在0.05Hz～100Hz，幅值不超过 4mV，它通过安装在皮肤表面的电极来拾取。由于实际检测工况的非理想，在ECG 信号的采集过程中往往会受到工频噪声及电极极化等各种随机噪声的影响。噪声的存在降低了诊断的准确性。其中影响最大的是工频干扰和基线漂移噪声。因此，在ECG 信号检测过程中，如何抑制工频干扰和基线漂移等是必须解决的问题。要求选择并设计合适的滤波器，除去所给心电信号的工频干扰和基线漂移。 3. 检测心率：检测信号心电的R波，计算平均心率和实时心率（R-R波时间间隔 的倒数），并显示实时心率和平均心率。 4. 对任一路心电信号滤波前后的信号进行时域分析和频谱分析，分别显示出结 果。
虚拟仪器大作业备选题目
大作业备选题目 1、成绩统计：自动产生3门课程的30个学生的成绩，分别统计不及格，60~69，70~79，80~89，90~100的学生人数，及平均分，以文本形式显示各门课程的考试情况。最后以文本或EXEL文件形式存盘保存。（较易） 2、①产生20个周期的振幅可变（振幅范围为0~10）的正弦信号在波形图表中显示出来，并存入二进制文件中。要求每次运行波形图表重新显示。 ②从刚存入的二进制文件中将数据读取出来并在波形图中显示出来，统计振幅绝对值为0~4、4~8、8~10的正弦信号出现的次数。 （本题自己编写峰值检测算法的得分会较高） 3、设计虚拟水、电、煤气计量系统，假设三个卡上各已存现金100元。要求（以水表为例）：按键按下开始计量用水量和用水时间，按键断开，显示用水量和金额及剩余金额，当剩余金额不足5元时显示报警闪烁。并以文本形式存储用水记录。1000个脉冲为1吨，每吨1元钱。100个脉冲1度电，0.52元，煤气200个脉冲1升，1.6元/升。 4、设计虚拟加油站，开关按下开始计量，并实时显示流量，开关断开后显示总流量和金额；显示当前库存，当库存小于100升时库存显示报警闪烁。设计90#、93#、0#和柴油四个加油机。脉冲当量设定为300（假设每300个脉冲为1升），各种油品单价按时价计算，假设各油品库存都以10000升开始 5、设计虚拟上课打铃系统，上课时间50分钟，课间10分钟，大课间20分钟。上课与下课铃用不同的指示灯表示，响铃40秒；每天按10节课打铃（五一之后下午从2：30分开始，但9-10节课的上课时间不变）。其它时间前面板显示当前时间（年月日时分秒和星期）。 6、设计一个虚拟计算器，无计算时显示时间，计算器最少具备加、减、乘、除、平方、开方等功能。 7、设计一个十进制和二进制相互转换的计算器（包括小数部分的转换） 8、设计一个十进制和十六进制相互转换的计算器（包括小数部分的转换） 9、设计一个十六进制和二进制相互转换的计算器（包括小数部分的转换） 10、产生一个含若干个周期的幅值为1正弦波形，要求每隔10个点产生一个幅值为±1的毛刺（毛刺的正负为随机出现），分别编写含7个数据的滑动滤波算
虚拟仪器LABVIEW大作业
LABVIEW回声探测器实验作业 安 徽 工 业 大 学 电气信息学院 自动化093
回声探测器 LabVIEW是由美国国家仪器公司创立的功能强大而又灵活的仪
器和分析软件应用开发工具。它是一种基于图形化的、用图标来代替文本行创建应用程序的计算机语言。在以PC为基础的测量和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅此次于C++/C语言。LabVIEW已经广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件，LabVIEW使用的编程语言是G语言。G语言用图表表示函数，用连线表示数据流向。这次编程所用的是较新版本的LabVIEW 8.5。 一.设计目的：该实验基于labview8.5虚拟平台，使用图形语言编程，由回声发生器子VI产生回声信号，通过回声探测器进行探测分析。本实例利用两个波形图来分别显示回声信号和回声探测信号，并对这两个信号进行比对分析。 本实验设计主要内容包括三个部分：回声产生部分，回声探测部分，和结果显示部分。 回声探测器实例的前面板如图1：
图1 1.程序框图主要功能模块介绍：如图2回声探测器实例的程序框图 主要有四个功能模块组成，分别为回声产生子Vi功能模块，回声探测功能模块，结果显示功能模块，While循环功能模块，下面对每个功能块实现的具体处理功能和任务进行详细介绍。 图2 1>.回声产生子VI功能模块 回声产生子VI功能模块用来产生回声信号，此子VI命名为 回声产生器.vi， 图3给出了回声 产生子VI功能图
回声信号 图3 该子Vi主要用来产生回声信号，可将该模块产生的信号输入相应的波形图和回声探测功能模块中。另外，该子VI可以通过改变输入控件的参数来产生不同的信号。 2>.回声探测功能模块 回声探测功能模块的功能是通过“快速希尔伯特变换”，“实部虚部至极坐标转换”和“自然对数”等一系列函数节点的运算，将回声产生子VI功能模块产生的回声信号信息特征探测出来，“快速希尔伯特变换”函数变换是在FFT函数进行傅立叶变换的基础上执行离散希尔伯特变换的。其调用路径是“函数——信号处理——变换——快速希尔伯特变换”。 “实部虚部至极坐标转换”函数是将一复数坐标的直角坐标形式转换成极坐标形式，本例利用该函数将两个直角坐标系的数组转换为极坐标形式，其调用路径是“函数——编程——数值——复数——实部虚部至极坐标转换”。 “自然对数”函数是计算输入数值的自然对数值，其调用路径是
虚拟仪器作业报告
虚拟仪器作业报告 题目一及要求 水仙花 编程求1000以内的所有水仙花数,"水仙花数"指一个三位数,它的各位数字的立方和等于她本身.例如:371=3*3*3+7*7*7+1*1*1 程序前面板 程序框图 原理
由于是一到1000的的数我们用一个for循环执行1000次，用i表示0到1000的数。首先用取余的方法得到个位、十位、百位然后计算是否满足水仙花数的要求。如果满足要求就将这个数插入到数组中，否则进行下一次循环。执行1000次就将0-1000以内的数进行了判断。 题目二级要求 信号测量与保存 有一个测量程序，采集两路信号，每1s采集一次，要求每采集一次，就将采集结果写入文本文件尾部，即使重新运行程序，仍能保证数据添加到文件尾部，而不会覆盖原有数据。格式为a保留4位小数，b为整数，如下图所示。 程序前面板 程序框图
程序原理及思路 首先用打开/创建/替换文件VI打开文件，然后通过设置文件位置设置写入文件位置为END（结尾），最后通过格式化写入文件将文件设置为a=（随机数a），b=（随机数b），换行的格式输入。输入字符串的类型为%s（字符型）、%.4f（四位有效数字的float型）、%s、%s、%d（整型）、%s、%s。 题目三及要求 电梯 某栋楼房共有8层，需要安装一部电梯，其终端控制过程如下描述。 (1)每个楼层都设置了两个按钮，供当前层的用户选择上楼或下楼（顶层和底层 仅设置一个按钮）。 (2)以某个处于3楼的用户为例，假定他按了“上”的按钮，如果电梯处于下降 状态并且最后状态小于3层，或者处于上升状态且当前位置已经大于3，则不予理睬，直至完成当前传输后再响应；否则电梯运行到3层，并处于上升状态，如果该用户进入后没有按需要到达的楼层则电梯处于等待状态，一定时间后超时则开始响应其他动作。如果该用户按下的目的地小于3层，则不响应。 试利用LabVIEW设计并模拟以上单部电梯的运行过程。 程序前面板
虚拟仪器大作业
《基于虚拟仪器的高低温报警系统的设计》 专业班级：测控技术与仪器1201 学号：120122428 姓名：张乃凡
目录 1．虚拟仪器大作业选题意义 (3) 2.设计要求 (3) 3.设计方案及具体步骤 (3) 3.1设计方案 (3) 3.2设计步骤 (4) （1）温度产生 (4) （2）温度显示 (4) (3)高低温报警 (5) （4)数据统计 (5) （5)时间延迟 (6) （6)while循环结构 (6) 3.3设计结果 (7) (1)前面板设计 (7) (2）程序框图设计 (8) 4. 总结 (9)
1．虚拟仪器大作业选题意义 随着社会的不断进步,信息科学领域各种技术也在不断发展.传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压﹑力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温度补偿、传感器标定等）；且它们的体积较大、使用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与,外界设备多，成本高，因而越来越适应不了社会的要求。在对多类型、多通道信号同时进行检测和控制中,传统的测控系统能力有限。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制,满足社会的需求，成为一个很迫切的问题。温度是工业控制中主要的被控参数之一，且温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用,特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。 2。设计要求 （1）编写LABVIEW温度报警实验程序,要求可以产生随机温度,并且统计温度参数，记录下最大值，最小值,平均值。 （2）利用LABVIEW中的波形图图表,观察温度曲线的变化情况。 3.设计方案及具体步骤 3.1设计方案 本设计是基于LabVIEW 的温度监测系统，采用一个随机取值，能用波形显示器显示温度曲线,能实时显示温度，在一定时间内能统计最大值最小值以及平均值，温度达到上限温度或者下限温度时能报警。 通过实验，初步了解虚拟仪器的概念，基本掌握LabVIEW的操作方法，掌握各种控件和编程函数的用法.如图3.1所示,本次设计是简易的温度采集，思路是“采集—显示-统计-报警"，由一个随机选作为温度的产生，由波形图示显示温度的变化，统计最大值最小值以及平均值，设定上限下限值，用两个比较器件比较，超出设定值时报警。
虚拟仪器大作业实验内容
虚拟仪器大作业 时间：2013.11.19～ 2013.11.26 地点：医用电子技术实验中心（综合楼716） 基于MIT-BIH心率失常数据库的心电信号系统的设计 现代医学表明，心电信号（ECG）含有临床诊断心血管疾病的大量信息，ECG的检测与分析在临床诊断中具有重要价值，是了解心脏的功能与状况、辅助诊断心血管疾病、评估各种治疗方法有效性的重要手段。 本次大作业利用具有直观图形化编程和强大数字信号处理功能的虚拟仪器编程语言LabVIEW作为开发平台，设计一个基于虚拟仪器的简单心电信号分析系统，该系统具有心电信号的读取，处理分析，波形显示、心率显示及报警，波形存储和回放等功能。 ★基本要求： 1. 本次大作业所用原始信号是从MIT-BIH（Massachusettes Institute of Technology and Beth Israel Hospital，美国麻省理工学院和波士顿贝丝以色列医院）心率数据库（https://www.wendangku.net/doc/cb10529982.html,/physiobank/database/mitdb/）中选取心电信号作为实验分析的数据。设计的系统要求对原始心电信号进行读取、绘制出其时域波形，利用原始心电数据中的时间数据控制显示时间，并具有保存回放功能，同时具有心率过快或过缓报警提示功能。 2. 心电信号是微弱低频生理电信号，通常频率在0.05Hz～100Hz，幅值不超过 4mV，它通过安装在皮肤表面的电极来拾取。由于实际检测工况的非理想，在ECG 信号的采集过程中往往会受到工频噪声及电极极化等各种随机噪声的影响。噪声的存在降低了诊断的准确性。其中影响最大的是工频干扰和基线漂移噪声。因此，在ECG 信号检测过程中，如何抑制工频干扰和基线漂移等是必须解决的问题。要求选择并设计合适的滤波器，除去所给心电信号的工频干扰和基线漂移。 3. 检测心率：检测信号心电的R波，计算平均心率和实时心率（R-R波时间间隔 的倒数），并显示实时心率和平均心率。 4. 对任一路心电信号滤波前后的信号进行时域分析和频谱分析，分别显示出结 果。 ★提高部分：
虚拟仪器概述作业完整版
虚 拟 仪 器 概 述 学号：090611127 姓名：马逢莉
目录 一、引言 二、虚拟仪器的概念 1.虚拟仪器的基本概念 2.虚拟仪器的构成 3.虚拟仪器发展概况 4.虚拟仪器与传统仪器相比所具有的优越性 三、虚拟仪器的硬件 四、虚拟仪器的软件 1.概述 https://www.wendangku.net/doc/cb10529982.html,bVIEW 简介 2．1 LabVIEW软件介绍 2．2 LabVIEW应用程序的构成 2．3 LabVIEW的基本模块 2．4 程序调试技术 五、虚拟仪器的发展及应用 六、小结
引言 仪器是人类认识世界的基本工具，也是信息社会人们获取信息的主要手段之一。随着信息时代和网络时代的来临，传统仪器已不能满足科技以及社会生产的需要。仪器已不再是简单的机械或电子设备，而是融合了机械、电子、光学、计算机、材料化学、物理学、化学、生物学、系统工程等学科和先进制造技术的一门综合性技术。 由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子工业测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念。虚拟仪器就是其中的一种，虚拟仪器是基于通用PC建立的可编程仪器及仪器系统，就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。在虚拟仪器中，硬件仅仅是为了解决信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。用户可以通过软件构造几乎任意功能的仪器。现在虚拟仪器已得到了广泛应用，并成为当前国内外测试技术领域十分关注的技术热点。 一.虚拟仪器的概念 虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）是现代计算机技术和仪器技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项重要技术。 1.虚拟仪器的基本概念 虚拟仪器，就是在通用的计算机平台上定义和设计仪器的测试功能，使用者操作这台计算机，就像是在使用一台专门设计的电子仪器[7]。它突破了传统仪器的特点，将传统仪器由硬件实现的数据分析功能与显示功能，改由功能强大的计算机及其显示器来完成，并配置以相应的I/O 接口设备进行数据采集，再编制不同测试功能的软件对获得的信号数据进行分析处理及显示，就可以构成一套完整的测试系统，并具备数据处理的功能和友好的人机界面。同时，仪器的功能和面板可以由用户根据需要自行定义或扩展，而不是由厂家事先定义且固定不变[4]。这样，用户不必购买多台不同功能的仪器，不必购买昂贵的集多功能于一身的传统仪器，也不必不断的购买新的仪器。而且因为有网络的存在，可以应用网络实现仪器共享或远程控制。 2.虚拟仪器的构成 虚拟仪器系统是由计算机、应用软件和仪器硬件组成的。硬件是指获得测试数据的各种硬件I/O 接口设备，大致可分为4 类：DAQ、GPIB、VXI、PXI，因此组成了4 种虚拟仪器体系结构。无论哪种结构，都是将硬件仪器嵌入到笔记本电脑、台式计算机或工作站等各种计算机平台上，再加上应用软件而构成的[3]。因而，虚拟仪器的发展已经与计算机技术的发展步伐完全同步。由于虚拟仪器更注重软件的应用和开发，所以虚拟仪器使用更方便，更新更快捷，修改更容易，并且功能比一般仪器系统更强大。只要具备必备的硬件，在加上丰富而且日新月异的软件系统，虚拟仪器将不断完善和进步，会逐渐融入现代生活生产中。
labview作业
1.构建VI，产生两个随机数（0到1之间）并在仪表上显示两个随即数。仪表上分别设置 标签“随机数1”和“随机数2”，使其中一个仪表显蓝色而另一个显红色。当红色仪表上随机数值比蓝色仪表随机数值大时，用一个圆形LED显示绿色，否则LED显示黑色。 运行并观察结果。 2.构建停车信号灯。创建从0到2变化的刻度盘控件，该控件具有3个LED显示：绿色、红色、黄色。当在刻度盘0位置时，使VI打开绿色LED;在1刻度时，打开黄色LED；在2刻度时，打开红色LED。 2.创建前面板，该前面板有8个led指示器和一个8位无符号整数的垂直滑动条控件。显 示滑动条带有数字指示器，确保led均匀分布并且排列在底部。要求实现8个led的亮
灭状态与滑动条中数字的二进制相对应。（十进制与二进制转换） 4.参考第二章例子，构建能产生125Hz的带有噪声的三角波信号。 5.构建VI，每秒显示一个1到100之间的随机整数。与此同时计算并显示最后产生的4个随机整数的平均值。只有产生4个数后才显示平均值，否则显示0。每次随机数大于60时，使用Beep.vi产生蜂鸣声.整个程序延时间隔控制为1.5秒。
6.创建一个“计时”测试程序。自行指定一个数学表达式，比较利用公示节点计算和利用本地LabVIEW数学函数计算该数学表达式的平均时间。程序需要一个FOR循环，一个顺序结构和一个case结构。要求FOR循环运行计时测试N次，然后使用统计快捷VI对结果计算平均值;要求顺序结构在代码运行之前和代码运行之后对tickout进行采样;case结构要判定用户是要执行公式节点还是要执行LabVIEW固有数学函数.,对每个分支运行计时测试程序,比较较快的执行方法. 作业3 7.自行创建仿真温度模块,在创建VI,读取20个仿真温度值,将每一个温度值与测量时间(包含秒)和日期绑定在一起,加入延时快捷VI,使循环以每秒执行4次的速度显示.运行并查看输出数组的时间戳,确认每秒有四个采样.
虚拟仪器大作业[1]
一、设计要求 每隔500ms产生－50～＋120的随机数，作为华氏温度并显示，转换为摄氏温度T并显示作为模拟测量温度，对连续三次模拟测量温度值求平均，并在波形Chart中显示实测温度点和平均温度曲线，加上实测温度和平均温度的数值显示。根据摄氏温度T，分别点亮3个指示灯，T≥37.5点亮超温报警灯（红色）；36≤T<37.5 点亮温度正常灯（绿色）；T<36时点亮温度偏低灯（蓝色）。 二、设计思想 ⒈由于系统提供0~1的随机函数发生器，所以欲产生-50~+120的随机数，则需将系统所提供的随机数增大170倍，并在此基础上减去50。鉴于温度存在小数位，故无需将其转换为整型。 ⒉欲将华氏温度转化为摄氏温度，根据二者的关系式“华氏温度×32÷1.8=摄氏温度”可建立相应框图程序。 ⒊本设计中相应的温度显示、3个指示灯及实测温度和平均温度曲线可用数值控件和、布尔控件及“Bundle”函数和“Waveform Chart”分别实现。 ⒋要对连续三次模拟测量温度值求平均，故设计应增加循环结构。考虑到设计操作的灵活性，对设计添加一个开关控制量，从而选取While循环结构，并增加移位寄存器来保存测量值，这样便实现平均值的求解。同时，添加数值控件来显示结果。 三、设计步骤 ⒈前面板设计
启动Lab VIEW7.0，打开一个新的VI，在前面窗口中创建前面板，创建步骤如下： ⑴在前面板放置5个数值控件，分别用来显示华氏温度、摄氏温度和平均值，并修改相应标签和刻度范围。 ⑵在前面板放置一个布尔型控制开关（Control s→All control →Boolean），用于控制测量的启停。 ⑶在前面板放置3个指示灯，用来表示高温、常温和低温。 ⑷在前面板放置一个图形显示控件，用于显示实测温度和平均温度曲线（Control s→All control→Graph→Waveform Chart）。创建后修改标签为“实测温度和平均温度曲线”，并在属性中修改X轴和Y 轴的刻度。 完成以上步骤后创建出如图1所示的前面板。 ⒉框图程序设计 ⑴以快捷键“Ctrl+E”从前面板切换到框图程序窗口，右击相应控件图标，在弹出的快捷菜单中选择“View As Icon”项，使所有图标最小化。 ⑵从函数模块的Stuctures子模块中选择While Loop，然后拖住While循环结构，使所有图标位于其中。 ⑶放置随机函数发生器（0~1）【Functions→Numeric→Random Number（0~1）】。该函数产生0~1之间的一个随机数，产生的随机数经运算处理后模拟温度采集值。 ⑷放置1个乘法函数、1个减法函数、2个小于函数、2个小于
labview大作业含答案
四、程序设计题。（本题共5个小题，1到3小题每题10分，4和5小题每题15分，共60分。） 1、创建一个VI程序，该程序可以产生一个六行四列的二维数组（数组元素为0到10的随机整数），并把二维数组的前三行、前三列单独提出来，做为一个新的数组。 答案： 前面板框图程序 2、用0-100的随机数代替摄氏温度，将每500ms采集的温度的变化波形表示出来，并设定上下限，温度高于上限或者低于下限分别点亮对应的指示灯。并将其上下限也一并在波形中表示出来。 答案： 前面板框图程序
3、创建一个程序，产生正弦波、三角波、矩形波、锯齿波，并显示出来。波形的频率和幅度可以改变。用一个旋钮式开关来选择产生哪种波形。 答案： 前面板框图程序 4、（1）创建一个VI子程序，该子程序的功能是用公式节点来产生一个模拟压力，其计算公式是P=80+18.253V+1.244V*V。V是1到5的随机数。 （2）调用（1）的子程序，每0.5秒测量一次压力，共测量20次，将当前的压力值在波形中表示出来，并求出压力的最大值、最小值和平均值。 答案： 1、 前面板框图程序 2、 前面板框图程序
5、设计一个VI来测量温度（温度是用一个20到40的随机整数来代替），每隔0.25秒测一次，共测定5秒。在数据采集过程中，VI将在波形Chart上实时地显示测量结果。采集过程结束后，在Graph上画出温度数据曲线,并且把测量的温度值以文件的形式存盘， 存盘格式为： 点数时间(S) 温度值(度) 1 0.25 78 2 0.50 85 答案： 前面板框图程序 文本文档中存储的数据：
6、创建一个VI程序，该VI程序实现的功能是： (1)、创建一个程序使之产生0-10的随机整数，并将其做成子VI。 （2）、调用（1）中所产生的子VI并判断其产生的随机数是否等于0,如果等于0，则点亮指示灯。同时，另外设置一个开关来控制指示灯的可见性。（要求每0.2秒产生一个随机数并用一个开关来控制随机数的产生。） 答案： 前面板框图程序
虚拟仪器温度采集系统方案
内蒙古科技大学虚拟仪器期末大作业 题目：虚拟仪器温度采集系统 姓名：王伍波 专业：测控技术与仪器 学号：1067112240 班级：测控10-2班 教师：肖俊生
时间：2013年6月18日 一、设计题目：虚拟仪器温度采集系统 二、设计要求： 1.连续采集温度信号，并存储 2.温度上下限报警功能，上下限可调 3.华氏、摄氏可转换显示 三、设计思路： 该设计是以计算机和单片机数据采集系统为核心，单片机数据采集系统主要完成对温度信号进行数据采集，计算机主要完成温度信号的分析、显示和控制等功能。设计中采用Intel 公司的89C51 单片机完成数据采集，采用A D 5 7 4 完成数据的A/D 转换。图2 为AD574 与89C51 单片机的接口电路。 1．设计虚拟前面板 温度监测软件设计本系统以labview8.5 作为开发工具。现以仿真数据为例来讲述系统软件对温度的监测、报警及显示功能。利用labview8.5编程使温度可以在华氏和摄氏之间随时进行切换，同时对温度实时监测。当温度超过上限要求时会及时点亮报警灯进行报警并显示每次采集过程中累加的报警次数，报警的上限值可以通过前面板的输入控件改变其值。采集进度定义为每次采集100 点。为了防止程序陷入死循环每次采集之间的时间间隔为1000ms。
开始采集后在整个采集过程中可以暂停采集以便随时对温度进行观察。 2、编辑流程图 每一个程序前面板都对应着一段框图程序框图程序用LabVIEW 图形编程语言编写．可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、．图框和连线构成。其中端口被用来同程序前面板的控制和显示传递数据．节点被用来实现函数和功能调用．图框被用来实现结构化程序控制命令．而连线代表程序执行过程中的数据流．定义了框图内的数据流动方向 3、运行检验 检验是否能够完成系统的功能．改变相应参数进行进一步验证．以方便根据实际情况修改设计．从而方便实际器件的设计、调试。 4、功能描述 创建一个VI程序模拟温度测量：把创建的温度计程、序 T(hermometerVI1作为一个子程序用在当前新建程序里．先前的温度计子程序用于采集数据．而当前的程序用于显示温度曲线．并在前面板上设定测量次数和每次测量间隔的延时；再创建一个新VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示：利用新创建的VI 程序．再输入新的字符串；据采集过程中。实时地显示数据；当采集过程结束后，在图表上画出数据波形．并算出最大值、最小值和平均值(此处只使用摄氏温度单位)：修改TemperatureAnalysis．VI
虚拟仪器作业
长安大学兴华学院 虚 拟 仪 器 作 业 专业：电子信息工程 姓名：张升 学号：6109080132 电子信息专业虚拟仪器课程作业
1、 虚拟信号发生器设计。 要求与方法：（1）仪器可以产生连续的正弦波、方波和三角波； （2）波形的振幅、频率等参数在一定范围内可以调节； （3）前面板整洁美观，有波形选择开关，各种调节波形参数的旋钮，波形 指示器。波形指示器用以验证产生的波形是否满足要求； （4）程序框图紧凑整齐； （5）不需考虑通过数据采集卡进行信号输出。 2、高频放大器频率特性测试仪设计。 要求与方法：（1）不需考虑通过数据采集卡进行信号输出和输入，仪器仿真测量并显示 高频放大器频率特性； （2）仿真测量根据公式采用逐点发进行，0 2 000 1[( )] u u A A f f Q f f = +-，其 中0u A 是谐振增益，可设为常数；0Q 为LC 回路品质因数，也可设为常数；0f 为LC 回路谐振频率，设定为合适的常数；f 为信号频率； （3）前面板整洁美观，有0u A 、0Q 和0f 设定旋钮，显示频率特性的波形指 示器； （4）程序框图紧凑整齐。 注意事项：（1）独立设计，严禁抄袭； （2）提交所有必要的设计图，运行图，及相应的文字说明； （3）完成后用A4纸打印。
一、虚拟信号发生器设计 （1）虚拟信号发生器的前面板设计 通过选择信号类型，虚拟信号发生器能够产生连续的正弦波、方波和三角波的输出，而且通过调节可以改变波形的振幅、频率等参数。本设计的前面板上有正弦波、方波、三角波开关旋钮；波形参数调节器和波形输出显示器。前面板如图（1）所示： 图（1）虚拟信号发生器的前面板 通过前面板上的各种按钮、开关等控件可以实现对整个系统的操作或控制，而且实时波形显示窗口能对产生的信号进行预览和监视，在使用中直接通过鼠标和键盘即可设定产生信号的类型和相应参数。还可通过Labview波形显示器自带的功能对波形进行观察和测量。 （2）虚拟信号发生器的程序设计 虚拟信号发生器的前面板提供与用户交互的图形化界面，是虚拟信号发生器的最上层，但必须通过程序设计才可实现。虚拟信号发生器的程序设计如图（2）所示： 图（2）虚拟信号发生器的程序设计
LabVIEW课堂大作业-图文
LabVIEW课堂作业 学生姓名:王雪云 学生学号:0040 专业班级:生物医学工程2班 任课教师:赵勇 目录 1 作业设计的目的及任务 (3 2总方案的确定 (4 3 各基本单元原理及设计 (5 3.1前面板的设计 (5 3.2定时信号的产生 (6 3.3用枚举常量对动作顺序进行规定 (6 3.4每个条件的动作 (7 3.5循环的设计 (11) 4 各工作阶段截图 (13 5体会…………………………………………………………………………… 15
1 作业设计的目的及任务 1.1 作业设计目的 (1掌握LabVIEW软件编程方法; (2培养综合应用所学知识来指导实践的能力。 1.2 作业设计的任务 许多大城市如北京、上海、南京等随着城市机动车量的不断增加出现了交通超负荷运行的情况,自80年代后期,这些城市纷纷修建城市高速道路,在高速道路建设完成的初期,它们也曾有效地改善了交通状况。然而,随着交通量的快速增长和缺乏对高速道路的系统研究和控制,高速道路没有充分发挥出预期的作用。而城市高速道路在构造上的特点,也决定了城市高速道路的交通状况必然受高速道路与普通道路耦合处交通状况的制约。因此,开发一套能够社会服务的交通灯控制器将是非常必要和及 时的。 1.3作业设计的要求及技术指标 (1能够将现实生活中的交通灯出现顺序在电脑上面显示 (2路灯和人行横道的灯的亮灭时间可调 (3在四个人行道处做小人模拟现实的行人 2 总方案的确定 本次我们是通过采用基于虚拟仪器的交通灯控制系统的设计,自动控制十字路口四组红、绿交通灯的状态转换的方法,指挥各种车辆和行人安全通行,实现十字路口交通管理的自动化。绿灯亮时,准许车辆通行,行人通行。红灯亮时,禁止车辆通行,为交通安全提供保障。
虚拟仪器技术及应用》作业(三)
成绩： <虚拟仪器技术及应用》作业（三） 学期：2013～2014学年第一学期 指导教师：陶林 时间：2013 年12月9日 姓名：xxxxx 学号：XXXXX 年级、专业：XXXXXXX 西南交通大学峨眉校区机械工程系
一、设计要求： 用labview绘制一个圆，要求绘制的圆能够随着输入圆心的坐标和圆半径的变化而变化。 二、题目分析： 由圆在笛卡尔坐标系中的表达式（x?a）2 +（y?b）2=R2可得圆的参 数方程为X=R cosθ+a Y=R sinθ+b 公式中：X、Y——圆在笛卡尔坐标系中的坐标值： a、b——圆心所在横坐标，纵坐标值； R——圆半径： θ——参数角度，范围是0——2π； 由参数方程可知，圆的组成可以看做是正弦和余弦函数的叠加结果。 三、需要控件说明： （1）：捆绑函数：，其主要功能是使独立元素组合为簇，也可使用该函数改变现有簇中独立元素的值，而无需为所有元素指定新值。如需实现上述操作，可连线该簇至该函数中间的簇接线端。连线簇至该函数时，函数可自动调整大小以显示簇中的各个元素输入。连线板可显示该多态函数的默认数据类型。 （2）波形显示控件，xy图，XY图是多用途的笛卡尔绘图对象，用于绘制多值函数，如圆形或具有可变时基的波形。XY图可显示任何均匀采样或非均匀采样的点的集合。 XY图中可显示Nyquist平面、Nichols平面、S平面和Z平面。上述平面的线和标签的颜色与笛卡尔线相同，且平面的标签字体无法修改
四、Labview模型建立： （1）新建vi，然后设置好界面风格，为了能使打印出来的效果更好，这里将前面板背景改为白色，然后在空白处单击鼠标右键，在控件<新式<图形中选择xy图波形显示器控件；在控件<新式<数值中选择三个数值输入控件，其中两个作为圆心坐标横纵坐标值输入控件，一个用作圆半径输入控件；在控件<新式<布尔中选择停止按钮。然后在将这几个控件在前面板中重新布局和设置外观参数等，如图所示：
华中科技大学工程测试与信息处理作业及答案
1 请给出3种家用电器中的传感器及其功能。 洗衣机：水位传感器 冰箱：温度传感器 彩电：亮度传感器 热水器：温度传感器 空调：温度传感器 2 请给出智能手机中用到的测试传感器。 重力传感器、三维陀螺仪、GPS 、温度传感器、亮度传感器、摄像头等。 3 系统地提出（或介绍）你了解的（或设想的）与工程测试相关的某一（小）问题。考虑通过本门课程的学习，你如何来解决这一问题。（注意：本题的给出的答案将于课程最后的综合作业相关联，即通过本课程的学习，给出详细具体可行的解决方案） 第二章 普通作业1 请写出信号的类型 1) 简单周期信号 2) 复杂周期信号 3) 瞬态信号 准周期信号 4) 平稳噪声信号 5) 非平稳噪声信号 第二章 信号分析基础 测试题 1. 设时域信号x(t)的频谱为X(f)，则时域信号（C ）的频谱为X(f ＋fo ）。 A . B. C. D. 2. 周期信号截断后的频谱必是（A ）的。 A. 连续 B. 离散 C. 连续非周期 D. 离散周期 3. 不能用确定的数学公式表达的信号是 (D) 信号。 A 复杂周期 B 非周期 C 瞬态 D 随机 4. 信号的时域描述与频域描述通过 (C) 来建立关联。 A 拉氏变换 B 卷积 C 傅立叶变换 D 相乘 5. 以下 (B) 的频谱为连续频谱。 A 周期矩形脉冲 B 矩形窗函数 C 正弦函数 D 周期方波 6. 单位脉冲函数的采样特性表达式为（A ） 。 A )(d )()(00t x t t t t x =-?∞ ∞-δ B )()(*)(00t t x t t t x -=-δ C )()(*)(t x t t x =δ D 1)(?t δ 思考题 1) 从下面的信号波形图中读出其主要参数。
虚拟仪器大作业题目
虚拟仪器大作业题目 1. 设计VI ，产生两个叠加噪声的正弦信号，并实现两信号的互相关，判断两信号的相关性。 2. 设计VI ，产生3个频率不同的正弦波，并将3个信号叠加，再把叠加的信号进行傅里叶变换，显示变换前后的波形。 3. 设计VI ，计算一个正弦信号的周期均值和均方差。 4. 设计VI ，实现信号的频率测量。 5. 设计VI ，计算一个方波信号的功率谱。 6. 设计VI ，实现对一个正弦信号求单边傅里叶变换。 7. 设计VI ，实现对一个方波信号求双边傅里叶变换。 8. 设计VI ，实现对方波信号进行微积分运算。 9. 利用DAQmx 函数和PCI-6251数据采集卡实现事件计数。（只要求前面板和程序框图程序及设计过程，程序执行结果不作要求）。 10. 利用DAQmx 函数和PCI-6251数据采集卡实现多通道循环数据采集。（只要求前面板和程序框图程序，程序执行结果不作要求）。 11. 利用DAQmx 函数和PCI-6251数据采集卡实现单通道连续数据采集。（只要求前面板和程序框图程序，程序执行结果不作要求）。 12. 利用DAQmx 函数和PCI-6251数据采集卡实现单通道有限数据采集。（只要求前面板和程序框图程序，程序执行结果不作要求）。 13. 利用DAQ 助手和PCI-6251数据采集卡实现单通道模拟电压的数据采集。（只要求前面板和程序框图程序，程序执行结果不作要求）。 14. 产生一基波频率为50HZ 的正弦信号，经过一非线性系统后，输出信号为 230.060.02y x x x =++ ，其中x 是原正弦信号，求输出信号的谐波畸变率。 15. 设计VI ，计算一个正弦信号的幅度谱。 16. 设计VI ，对一个混有高频噪声的正弦信号实现低通滤波。 17. 设有一压力测量系统的测量值如下： 输入压力值（Mpa ）：0.0, 0.5, 1.0，1.5，2.0， 2.5 输出电压值（mV ）：-0.490， 20.316， 40.736,61.425,82.181,103.123 设计VI ，实现输入压力和输出电压之间的最佳线性拟合直线。 18. 设有一压力测量系统的测量值如下： 输入压力值（Mpa ）：0.0, 0.5, 1.0，1.5，2.0， 2.5 输出电压值（mV ）：-0.30， 23.316， 41.736,61.425,92.181,103.123 设计VI ，实现输入压力和输出电压之间的多项式拟合曲线。 19. 设计一个VI ，显示一个正弦波电压测量结果，电压采用从0开始，每隔2ms 采样一个点，共采样50个点，要求程序的显示能够反映出实际的采样时间及电压值。 20. 设计一个程序，进行两组数据采集，但在相同的时间内，一组采集了30点的数据，另一组采集了50点的数据。用波形图显示测量结果。 21. 设计VI ，求0~99之间所有偶数之和。 22. 设计VI ，求一个一维数组中所有元素的和。 23. 设计VI ，计算1!n x x =∑ 。 24. 设计VI ，在前面板上放置一个布尔按钮和一个字符串显示控件，要求当按钮按下时，显示“按钮被按下”；当按钮松开时，显示“按钮被松开”。 25. 设计VI ，使用公式节点，完成下面公式的计算。 3151y x x =++ ；2y ax b =+ 26. 设计VI ，将两个字符串连接成为一个字符串。