虚拟仪器课程设计(AppleWatch).doc

沈 阳 工 程 学 院虚 拟 仪 器课 程 设 计设计题目：基于labVIEW的Apple Watch 系统的设计系 别 自动化学院 班级 测控131 学生姓名 张 倩 学号 2013310105 指导教师 雷彦华 职称 讲师 起止日期： 2016年 2月29日起至2016年3月11日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：基于LabVIEW的Apple Watch系统的设计 系 别 自动化学院 班级 测控131 学生姓名 张倩 学号 2013310105 指导教师 雷彦华 职称 讲师 课程设计进行地点： F430 任 务 下 达 时 间： 16年 2月29日起止日期： 16年2月29日起至16年3月11日止教研室主任 年 月 日批准1.设计主要内容及要求； 设计Apple Watch界面，显示时间；l设计连接天气、航班信息、播放音乐、测量心跳、计步、闹钟等功能键，及相关子界面及功能程序设计。2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；（1）.课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体，一般不应少于3000字。（2）.学生应撰写的内容为：中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献等。课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。（3）.论文要求打印，打印时按沈阳工程学院毕业设计（论文）撰写规范的要求进行打印。（4）.课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要和关键词、目录、正文、参考文献。3.时间进度安排；顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12月29日教师讲解题目，学生查阅相关资料23月1日进行方案论证，确定程序流程33月2-9日程序设计43月10日调试程序53月11日撰写论文，成果验收沈 阳 工 程 学 院 虚拟仪器 课程设计成绩评定表系（部）： 自动化学院 班级： 测控131 学生姓名： 张 倩 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分基于LabVIWE的Apple Watch系统的设计中文摘要Apple Watch是苹果公司于2014年9月发布的一款智能手表，Apple Watch不仅具有普通手表显示时间的功能，还注入了一些特别的技术，使之与用户的手机互动。通过Apple Watch设置的多个第三方程序界面能在细小的屏幕上模仿智能手机，例如：健康追踪器、音乐控制器、连接天气、航班等信息，在细小的屏幕上就可实现简单的手机功能。LabVIEW是一种图形化的程序语言，使用流程图或框图的形式实现仪器编程、数据采集和程序的设计、测试等功能。现代生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试的速度快、实时性好，具有良好的人机界面。虚拟仪器正好可以实现这些要求。利用LabVIEW虚拟仪器进行界面的程序设计一般是比较常见的，它不仅能够自主运行程序还可通过数据采集卡（DAQ）、函数发生器或信号发生器进行仿真，有利于人们的理解和学习。本次课设是利用LabVIEW模拟Apple Watch的界面设置，实现在手表上设置的各个界面及子界面的跳转。l关键词：Apple Watch LabVIEW 虚拟仪器设计 目录中文摘要1目录21 设计任务描述31.1 设计题目：31.2设计要求：31.2.1：设计目的：32 设计思路43 设计方框图54 各部分电路设计及参数计算64.1主界面设计64.2 次主界面设计74.3 子界面的程序设计94.3.1 闹钟设置界面94.3.2 计步检测界面104.3.3 心跳测量界面114.3.4 音乐播放器界面124.3.5 航班信息查询界面144.3.6 天气信息查询界面155 工作过程分析17小 结19致 谢20参考文献21附录122附录2231 设计任务描述1.1 设计题目：基于LabVIEW的Apple Watch的系统设计 1.2设计要求：1、设计Apple Watch界面，显示时间；l 2、设计连接天气、航班信息、播放音乐、测量心跳、计步、闹钟等功能键，及相关子界面及功能程序设计。 1.2.1：设计目的：1、学习基本理论在实践中综合应用的初步经验，掌握虚拟仪器综合设计的基本方法、设计步骤。培养综合设计与调适能力； 2、掌握虚拟仪器设计的基本原理及界面的设计和测试方法； 3、培养实践技能，LabVIEW软件的使用方法，提高分析和解决实际问题的能力。2 设计思路根据试验任务的要求，本次的课题基于LabVIEW的Apple Watch系统的设计被分为个时间显示模块、天气信息查询模块、航班信息查询模块等七个部分，且每个模块还需要分成几个子模块，比较适合用子vi的形式来实现。所以本次课设主要采用子vi的实现。第一部分：这一部分主要是时间显示模块，前面板是一个显示时间的表盘和一个布尔按钮；在后面板是一个时间获取的程序和一个条件结果连接的主子vi，当前面板按钮被按下后自动跳转到主子vi的界面。第二部分：该部分为主子vi，前面板罗列了六个功能键（闹钟、计步、航班信息查询等），当按下其中任意一个键时，界面跳转至相应的界面。第三部分：第三部分为多个并列的小子vi（即闹钟的程序vi、计步的程序的vi、航班信息查询vi等），用不同的方法将这六个互不相关的程序做成六个小的子vi。3 设计方框图闹钟设置界面次主界面（含六个不同功能的按键）主界面（含显示时间、跳转按钮）音乐播放器程界面天气信息查询界面航班信息查询界面沈阳天气信息查询大连天气信息查询北京天气信息查询计步检测界面心跳测量界面4 各部分电路设计及参数计算4.1主界面设计主界面的设计分为个部分（时间显示部分、其他功能按钮部分）主界面的前面板图、后面板图如图4.1.1、4.1.2所示：图4.1.1 主界面前面板图4.1.2 主界面后面板在图4.1主界面前面板中，圆形表盘是模拟普通手表，用来显示时间的，其中红色箭头表示时针，蓝色箭头表示分针，橙色箭头表示秒针箭头；在表盘的下方有一个字符串显示，是一个二十四的时间显示，同步表盘中表示的时间；字符串右侧灰色的开关按钮按下后界面自动跳转至下一界面（即次主界面，其包含六个不同功能的功能键）。在图4.2主界面后面板中，除与其他功能键相连的条件结构外均为表盘的设计的程序。其他功能：将一个布尔量与条件结构相连，当布尔量为真时，页面跳转至主子vi，即次主界面。表盘：从左看起，首先是一个时间获取，将获取到的系统时间经获取时间的字符串转换后输出得到前面板中二十四制的时间显示（以下叙述将中称此为字符串）。再将此字符串转换成数值与常数“12”进行比较，小于“12”时，截取字符串且偏移量为2；若数值大于“12”时，将数值减去12，即得到时针的表示。字符串转化后将偏移量设置为3且剩余长度为2，再将剩余数值除以50为分针的表示。字符串转换后将偏移量设置成6的是秒针的表示方法。将时、分、秒捆绑输出即得到前面板的表盘。4.2 次主界面设计该界面主要包括六个功能键（闹钟设置、计步检测、心跳检测、音乐播放器、航班信息查询和天气信息查询）次主界面的前面板、后面板图如图4.2.1、4.2.2所示：图4.2.1 次主界面前面板图4.2.2 次主界面后面板图4.2.1为次主界面的前面板，次主界面为主界面跳转的下一页面，其中包括六个功能按键，默认的按键为蓝色，按键按下后为红色。当程序连续运行时，按下六个按键中的任意一个，则跳转至相应界面。图4.2.2为次主界面的后面板，由六个顺序结构、六个条件结构组成，每一个顺序结构内嵌套一个条件结构，每一个条件结构中含一个子vi，将子vi的节点设置成调用时挂起。当对应的条件为真时运行对应程序，条件为假时跳过，判断下一条件。若前面板的功能键都不按下时，条件判断一直为假，直到有按键按下页面才开始跳转。4.3 子界面的程序设计4.3.1 闹钟设置界面闹钟设置界面只实现闹钟的功能，闹钟设置的前面板、后面板（2图）如图4.3.1.1、4.3.1.2、4.3.1.3所示：图4.3.1.1 闹钟设置前面板图4.3.1.2 闹钟设置后面板图4.3.1.3 闹钟设置后面板图4.3.1.1是闹钟设置的前面板，如图所示，可在闹钟设定时与闹钟设置分内预设时间，闹钟未设置运行时，如该图左侧小图图中只显示系统日期、时间，指示灯为常规的灰色，提示栏内无字符串出现；当系统时间达到闹钟设置的时间时提示灯为红色，提示语内出现“闹钟时间到！”字样，按下停止键时闹钟停止运行。图4.3.1.2与图4.3.1.3均为后面板的程序图，图4.3.1.2为闹钟预设时间与系统时间一致时的程序，图4.3.1.3为闹钟预设时间或未设置闹钟时间时的程序。4.3.2 计步检测界面该部分只含计步检测的程序，只实现单一的计步功能。计步检测的前面板、后面板如图4.3.2.1、4.3.2.2所示：图 4.3.2.1 计步检测前面板图4.3.2.2 计步检测后面板图4.3.2.1为计步检测的前面板，由一个开关和字符串显示组成。当开关按下后，程序开始运行。图4.3.2.2为计步检测的后面板，在实际生活中，程序中的信号发生器可由DAQ代替，在该程序中利用仿真信号输入信号（可设置波形、频率、采样数等），经滤波后的波形大于4.5时可计为一步，小于4.5时的信号不进行计数。每当可计做一步时while循环中的数进行一次累加，结果被1000整除（该处得常数“1000”可修改，当该值变大时计步减慢，即计步的频率增加。反之，当该值减小时，计步速度增加），最后得到最终计步的值，将此值输出即可。4.3.3 心跳测量界面该部分只实现心跳测量，可作为子vi插入到其他的程序中进行使用。心跳测量的前面板、后面板图如图4.3.3.1、4.3.3.2所示：图4.3.3.1 心跳测量前面板图4.3.3.2 心跳测量后面板图4.3.3.1为心跳测量的前面板，当程序开始运行时心跳计数开始，当需要长信开始计数时，可点击重置按钮即可重新开始计数。图4.3.3.2如心跳测量的后面板，用随机数模拟人的心跳，在内while 循环中，为一秒中产生的随机数，在外循环中表示的是一分钟的心跳，当重置键按下时心跳等一些设定值全都变为0，即可重置。该面板多次采用局部变量，使整个程序面板变得干净简单。4.3.4 音乐播放器界面该部分实现的是Apple Watch的音乐播放。音乐播放器的前面板、后面板图如图4.3.4.1、4.3.4.2图所示：图4.3.4.1 音乐播放器前面板图4.3.4.2 音乐播放器后面板图4.3.4.1是利用LabVIEW模拟的一个音乐播放器，一个音频信息的波形显示、滑动杆、播放路径等，在文件路径输入一个格式为.wav的音频文件，运行程序并按下播放键时就可播放所选中的音频文件，按下暂停时即可暂停播放，在音量调节处可调节播放器的音量。图4.3.4.2是音乐播放器的后面板，该程序由多个循环结构和一个条件、一个事件结构组成，（从左向右的顺序介绍）其中条件结构选择音频的格式，仅使格式为.wav的音频文件通过，然后利用声音文件的读取、声音输出、声音的写入等一些音频类的器件使音频文件稳定的输出，利用声音的音量设计使之调节滑杆达到音量调节的效果，利用一个事件结构控制播放、暂停。4.3.5 航班信息查询界面该模块进行的航班查询的设计，输入航班的始发地和终点站和出行时间时，可得到查询时刻的航班信息。图4.3.5.1、图4.3.5.2和图4.3.5.3分别为航班信息查询的前面板（2图）和后面板：图4.3.5.1 航班信息查询前面板1图4.3.5.2 航班信息查询前面板2图4.3.5.3 航班信息查询后面板图4.3.5.2是为运行时航班查询的前面板图，需要在输入出发地，与输入日期处输入相应的值方可进行查询，例如图4.3.5.2为操作运行后的图片。图4.3.5.3利用了两个条件结构实现了航班信息的查询，该程序的操作是将所需的信息依次输入到文本框内，还可将此处文本框的信息放在一个固定的文件中，每次需要时可将固定文件打开，也可达到此效果。由于模拟的局限性本次查询只可查询少量的地区，若有条件可将网页提供的数据直接链接到此处，即可得到更多更全面的信息。4.3.6 天气信息查询界面该部分是一个天气信息查询界面，在该界面可查询到该程序内预设的天气信息。天气信息查询前面板、后面板图分别如图4.3.6.1、4.3.6.2所示：图4.3.6.1 天气信息查询前面板图4.3.6.2 天气信息查询后面板如图4.3.6.1所示，该部分的天气查询设置了沈阳、北京、大连的天气信息状况，在该程序中仅可查询这三个地区的天气状况。该部分采用的依然是利用子vi的设计，当图4.3.6.1中的三个按钮任意一个按钮的值发生变化时（由灰变红或由红变灰）页面可跳转为相应的界面。在图4.3.6.2所示的后面板图中设计依然和简洁，仅由一个事件结构和三个布尔量就完成了，每一个事件结构的分支对应相应的子vi，把子vi节点设置为调用时挂起即可。由于上述的天气信息查询界面由子vi构成，以下沈阳天气为例简单介绍天气信息查询的子vi。子vi沈阳天气的前面板（2图）、后面板图如图4.3.6.3、4.3.6.4和4.3.6.5所示：图4.3.6.3 沈阳天气前面板1图4.3.6.4 沈阳天气前面板2图4.3.6.5 沈阳天气后面板沈阳天气的前面板如图4.3.6.3、4.3.6.4由“当前天气查询”按钮、“历史天气查询”和“请输入查询日期”三个输入控件组成，若“当前天气查询”的值发生改变时，输出的信息为沈阳“三月1日”天气状况。若要查询历史天气信息时，需要将“历史天气查询”按钮的值改变且按要求输入查询日期，即可得到三月1日至三月5日的天气状况。5 工作过程分析l 打开主界面，连续运行程序，此时表盘和二十四制时间显示字符串开始工作，界面显示相应的系统时间，当其他功能的按键被按下后，次主界面自动跳出。图5.1 主界面l 从主界面跳转过来的次主界面此的六个按钮全是关闭状态，当任意一个按钮被按下后，再次点击运行键，界面则自动跳转到相应的子界面。当需要回到主界面时，可点击运行按钮后的一个按钮（返回调用方），可回到主界面。图5.2 次主界面l 从次主界面跳转至子vi的界面时，程序处于未运行状态，若需要程序运行需要点击运行按钮，程序即可运行，若需要返回次主界面切换下一个功能，需要点击运行键的后一个按钮（返回调用方），即可放回次主界面。图5.3 闹钟子vi界面图5.4 VI主要层次结构截图小 结两周的课程设计实验中，我感触颇深。在这次设计中我对虚拟仪器设计的理论有了具体的认识，同时学到了很多知识，掌握了常用结构的应用和设计，熟悉了简单程序的编写，在基于LabVIWE的Apple Watch的系统设计过程中，我了解了基本的界面程序如何进行设计和编辑，学习各个界面如何实现跳转和美化，以及如何提高制作水平和程序性能等等。通过实践不但巩固了所学的知识，而且对其他的所学知识进行实践论证，及时发现了设计中存在的许多不足。通过本次课程设计初步了解了LabVIWE软件的应用，也初步接触到了具体的仿真过程。当然，所有的收获都是在不断的失败中得到的，在实验过程中，我遇到了不少的问题。比如：设计不合理导致的错误，甚至程序不能运行等这样的问题。通过查阅资料更深一步了解虚拟仪器设计的原理及LabVIWE中每一元件的具体作用，尝试调节程序及替换元件等，把问题一一解决。实践中暴露出我在理论学习中存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，经过多次验证终于理解了。通过这次设计，我认识到了理论联系实际的重要性。我不但了解了以前不了解的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。更重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。这次课程设计教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。虽然这只是一个小