基于LabVIEW的检测技实验无纸化及无纸化管理实现毕业论文.doc

基于LabVIEW的检测技实验无纸化及无纸化管理实现毕业论文 目 录第一章 绪论11.1课题来源11.2课题开发设计的国内外的发展状况11.3 选题背景与意义21.4 课题的主要设计内容41.5课题设计的总体方案51.6 本章小结5第二章 课题的简介72.1实验无纸化的简介72.2图形界面设计82.3本章小结9第三章 虚拟仪器技术简介103.1 虚拟仪器技术发展及国内外研究现状103.2 虚拟仪器的组成及主要特点113.3 Labview的模块分析133.3.1 Labview的工具模块133.3.2 Labview的控件选板143.3.3 Labview的函数选板153.3.4 Labview的测量I/O选板173.4本章小结17第四章 实验无纸化及无纸化管理图形界面设计的内容194.1 无纸化实验文件的管理194.2 无纸化实验测试平台的选择204.3无纸化实验报告页的选择224.4无纸化实验数据库的管理244.5 本章小结25第五章 实验无纸化及无纸化管理界面设计的总体方案265.1教师登陆界面的设计265.1.1教师登陆模块265.1.2 密码的设定与修改模块285.1.3教师登陆的身份验证模块295.1.4教师登陆信息保护模块31 5.2 学生登陆界面的设计.315.2.1学生登陆模块315.2.2实验倒计时的模块335.2.3学生登陆的身份验证模块345.2.4实验指导书选择的模块355.2.5登陆成功与失败的提醒模块365.2.6学生登陆信息保护模块375.2.7读取实验报告页模块385.3教师批改学生的无纸化实验报告的界面设计415.4发布应用程序425.5生成网页475.6本章小结47第六章设计的调试486.1学生登陆系统调试486.1.1学生登陆成功的调试486.1.2学生登陆失败的调试496.1.3学生登陆倒计时的调试496.2教师登陆系统调试506.2.1教师登陆成功的调试506.2.2教师登陆失败的调试516.3生成可执行程序调试526.4本章小结52第七章总结与展望547.1遇到的困难547.1.1学生登陆界面设计时候的困难547.1.2教师登陆界面设计时候的困难547.2设计收获与心得547.3技术展望55致 谢56参 考 文 献57附录A 程序后面板（登陆系统）58附录B 登陆系统的前面板60附录C 批改系统的前面板62附录D 批改系统的程序图63附录E 学生做实验的界面系统64附录F 实验指导书的界面前面板65附录G 实验指导书的界面后面板6667南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1课题来源 本课题来源于南京工程学院自动化学院测控技术与仪器专业的省级项目。1.2课题开发设计的国内外的发展状况 无纸化实验，是指各大高校可以利用现代化的网络技术进行实验教学。主要传媒工具是计算机等现代化实验工具，可以实现不用纸张和笔进行各种各样的实验。从二十世纪末开始，在本世纪初逐渐增加，预计在本世纪中世纪达到普及。无纸化实验,即不用纸张也不用实际的实验器材，而是在无纸化的实验室中,学生利用计算机、应用软件、通信网络去单独完成实验，从而学生可以从中真正的有所收获，这样一来也可以避免抄袭的现象。尽管未来几十年之内也不能全部变成无纸化实验，但随着更多的信息都是以数字或电子的形式储存和维护，因此，高校实验室的更新应用也就浮出水面。未来的科技将毫无疑问的会使我们越来越走向无纸化实验。实验是理工科学生的重要学习任务之一,完成实验报告是其中必不可少的环节。学生在撰写实验报告时,对其中表格、图形和数据的处理等都是依靠手工完成,既费时又容易出错,相当的难完成波形的绘制，而且浪费纸张，纸张来源于砍伐树木森林，这样一来就会加重生态环境的负担，同时,教师也要耗费大量时间批阅实验报告并进行统计分析，这样既浪费人力，物力，又浪费财力，不仅如此，而且教学质量也不高，因为这样的做完实验后，有学生课下去用笔完成实验报告，这样就给一些懒惰的学生想抄袭带来了机会，这样会让这些懒惰的学生进入恶性循环，影响教学质量。基于LABVIEW的“检测技术”实验无纸化及无纸化管理实现 图形界面设计，国内外的研究人员都看到了它的实际意义，所以都在不余遗力的研究、创新、降低其成本，提高它的稳定性，减少它的误差。现如今，该项研究已经趋向于成熟，但又尚未完全成熟的状态。如果投入使用，将特别的省时省力，节省资源，而且可以为保护环境做一定的工作，但是由于对其硬件要求较高，所以现如今，还没有完全可以投入使用，只是还在研究中。自计算机学科率先实行无纸化的改革，并赢得世界各国的教育界各方面专家的一致好评以来，能否将这一全新的形势稼接到学校的实验中去，一直是教育工作者潜心研究的课题。1.3 选题背景与意义 背景是现在各个高校基本上都是运用传统的看得见的实际的实验器材进行教学实验，这样有很多弊端，实验器材的维护与保养的费用，实验器材的老化，学生做实验时候，相互抄袭的不良行为，课下的实验报告的填写绘制的困难，教师批改实验报告的费时费力。无纸化实验，是指各大高校可以利用现代化的网络技术进行实验教学，提高教学质量与效率，解决学生试验后写实验报告绘制波形及计算实验数据的苦恼。实验无纸化的主要传媒工具是计算机等现代化实验工具，可以实现不用纸张和笔进行各种各样的实验。从二十世纪末开始，在本世纪初逐渐增加，预计在本世纪中世纪达到普及。无纸化实验,即不用纸张也不用实际的实验器材，而是在无纸化的实验室中,学生利用计算机、应用软件、通信网络，虚拟的实验器材去单独完成实验，并且在计算机上进行波形的绘制和对实验数据进行处理，从而从中有所收获。尽管未来几十年之内也不能全部变成无纸化实验，但随着更多的信息都是以数字或电子的形式储存和维护，因此，高校实验室的更新应用也就浮出水面。未来将会使我们越来越走向无纸化实验。实验是理工科学生的重要学习任务之一,完成实验报告是其中必不可少的环节。学生在撰写实验报告时,对其中表格、图形和数据的处理等都是依靠手工完成,既费时又容易出错,而且浪费纸张，纸张来源于砍伐树木森林，这样一来就会加重生态环境的负担，同时,教师也要耗费大量时间批阅实验报告并进行统计分析，这样既浪费人力，物力，又浪费财力，不仅如此，而且教学质量也不高，因为这样的做完实验后，有学生课下去用笔完成实验报告，这样就给一些懒惰的学生想抄袭带来了机会，这样会让这些懒惰的学生进入恶性循环，影响教学质量。自计算机学科率先实行无纸化的改革，并赢得教育界各方面专家的一致好评以来，能否将这一全新的形势稼接到学校的实验中去，一直是教育工作者潜心研究的课题。伴随教育改革的步伐，无纸化改革也势在必行。其实际意义是该系统直接服务于各个学校的实验中。便于学生做实验和老师的审阅批改。这种新模式顺应了教育改革的新形势，是一次改革创新，具有时代特色。充分调动学生多感官活动，培养了学生综合能力。多感官协调使学生情绪振奋。解除了教师批卷的繁重劳动，其反馈的即刻性特点使学生在第一时间里获得成绩信息,计算机的统计、分析功能使教师获得各项准确的数据资料，为快速进行学科成绩分析提供条件。传统实验决定了教师的批改量大，学生等待信息反馈的时间长，教师在数据统计处理过程中的误差决定了成绩分析的可靠程度存在折扣，这些问题在无纸化考试过程中，通过计算机的各种功能得到彻底解决。而且成绩上报可通过网络进行，使得相应的教学管理工作减少中间环节，实现快捷方式。无纸化提高了工作效率和工作质量。节省人力、物力、财力，体现现代管理观念，受到学生、老师和教育管理者的欢迎。这种新模式还具有辐射其他学科的影响力，将不断渗透到相关领域发挥其特殊作用。使用无纸化实验能有效解决各个学校目前实验基本上都是利用传统的实验器材进行实验，社会在进步，创新符合潮流，使用无纸化实验系统已经是各国的各个高校迫切需要。 教师通过对在计算机上的实验报告的批阅，然后第一时间将学生的实验成绩公布到网上，学生便可及时在网络中查阅到自己的成绩以及自己的实验的错误地点并进行修改，从而使学生可以第一时间根据自己的成绩，老师的评语，自己的错误地点，做出后面的学习计划。 无纸化实验可以大大减少重复劳动，它可以使各个环节的单独处理工作串联起来，同时也能处理流程上多环节的任务。可以方便进行各个环节的高效，同时也可以进行不同环节的快速查询。不仅解决了传统实验的效率低下和纸张浪费状况，而且也解决了节省了实际的实验器材的保养维护及维修的费用，节省了高效的实验室的投资，让学校将有限的钱进行最大化的优势。 无纸化实验通过对实验的闭环整合，实现了工作流、信息流和知识流的整合管理，提供了一个科学、开放、先进的信息化实验平台，实现真正的无纸化实验。无纸化实验将学生从繁琐、无序、低端的完成纸张的实验报告中解放出来从事其他事务，整体提高了学生的办事效率和对信息的处理，提高执行力，使学生的大学生活趋于完善。通过网络技术将学校的硬件资源、知识资源、经验资源、制度资源、文化资源等集成在一个平台上进行管理使用，实现各种资源的互相促进和增值，形成正规、科学、开放的学校的制度和文化，保持学校旺盛的生命力，保证学校健康持续发展。 建立起一个紧密、协调、可靠、简单的实验机制，让学校充满活力，促进学校持续发展，彻底消除信息传递中的阻塞、延误、失真，保证正确、及时的反应。 图形界面是指人类用户与计算机系统之间的通信媒体或手段，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。虚拟现实技术、多媒体和可视化对计算机系统的人机界面交互提出了高效、三维和精确的要求，即人机界面具有自然进行三维直接操作的能力，能支持时变媒体，实现三维、精确及隐含的人机交互。图形用户界面的设计是由专业技术人员和设备维护人员设计的，他们对人机界面上能反映的实时数据信息量及其类型、设备运行状态情况很关心，对控制操作希望能够简单、快捷、及时、准确和方便，对于突发故障事件，要求能迅速切换设备和切除报警。 在现代实验中计算机占有重要位置，电子科技的飞速发展，传统的实验方法已经无法满足各大高校的需要。对于数字化、智能化高性能高效率的实验无纸化的需求日益增大。随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，无纸化实验与计算机深层次的结合使得测试仪器领域出现了一种全新的仪器结构即虚拟仪器（VI-virtual instrument）。近年来，虚拟仪器技术发展很快，基于虚拟仪器技术的各种设备不断涌现。 课题就是应用正在蓬勃发展的虚拟仪器技术，即利用微型计算机强大的软件功能和图形环境，并配以对图形界面的研究与开发，在NI公司的虚拟仪器开发平台LabVIEW上研制一种新型的实验系统与教师批改系统-基于LabVIEW的实验无纸化及无纸化实验管理图形界面设计的实验平台，这种实验平台将充分利用计算机软、硬件资源，一台计算机加上labview软件中的虚拟实验器材可替代原来很多实验室的实际的看得见的实验仪器，计算机具有强大的处理能力，以其新颖、清晰的图形曲线显示，方便的数据输出，具有操作方便、性价比高等优点，可以更好地满足高校的实验的要求。1.4 课题的主要设计内容 .实验文件管理 .无纸化实验的运行 .无纸化实验的保存 .实验平台选择 .静态测试平台 .动态测试平台 .实验报告页选择 .箔式应变片性能（电阻应变片特性及应用） .半导体应变计性能 .箔式应变片与半导体应变片性能比较 .电容式传感器特性 .电涡流传感器振幅测量 .光栅的辨向与细分技术 .霍尔传感器的直流激励特征 .相敏检波器原理及特性 .电感式传感器特性（差动变压器性能） .差动变压器测量振动 .数据库管理 .数据库的更新 .数据库的访问 .登陆界面设计 .学生登陆界面的设计 .教师登陆界面的设计 .批改界面设计 .学生实验心得界面设计 .教师评语的界面设计1.5课题设计的总体方案 .学生登陆界面设计 .倒计时方案的设计 .学生姓名学号与数据库相匹配的设计 .学生登陆成功界面提醒设计 .学生登陆失败界面提醒设计 .教师登陆界面设计 .密码的设定与修改的设计 .学生实验界面设计 .学生实验报告页的选择的设计 .学生实验的运行 .学生实验的保存 .教师批改界面设计 .教师界面打分设计 .学生实验总结界面设计 .学生实验心得界面设计 .学生实验数据处理界面设计 .学生实验波形界面设计.教师评语界面设计1.6 本章小结 本章为绪论部分，主要介绍了该课题的选题背景以及研究该课题的意义。随着微电子技术、计算机技术、软件技术、通信技术的迅速发展，新的测量理论，测量方法、测量领域和新的仪器结构不断出现，频率特性测量在现代电子测量中占有重要的地位。自计算机学科率先实行无纸化的改革，并赢得教育界各方面专家的一致好评以来，能否将这一全新的形势稼接到学校的实验中去，一直是教育工作者潜心研究的课题。伴随教育改革的步伐，无纸化改革也势在必行。其实际意义是该系统直接服务于各个学校的实验中。便于学生做实验和老师的审阅批改。这种新模式顺应了教育改革的新形势，是一次改革创新，具有时代特色。充分调动学生多感官活动，培养了学生综合能力。多感官协调使学生情绪振奋。解除了教师批卷的繁重劳动，其反馈的即刻性特点使学生在第一时间里获得成绩信息,计算机的统计、分析功能使教师获得各项准确的数据资料，为快速进行学科成绩分析提供条件。传统实验决定了教师的批改量大，学生等待信息反馈的时间长，教师在数据统计处理过程中的误差决定了成绩分析的可靠程度存在折扣，这些问题在无纸化考试过程中，通过计算机的各种功能得到彻底解决。而且成绩上报可通过网络进行，使得相应的教学管理工作减少中间环节，实现快捷方式。无纸化提高了工作效率和工作质量。节省人力、物力、财力，体现现代管理观念，受到学生、老师和教育管理者的欢迎。这种新模式还具有辐射其他学科的影响力，将不断渗透到相关领域发挥其特殊作用。图形界面是指人类用户与计算机系统之间的通信媒体或手段，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。虚拟现实技术、多媒体和可视化对计算机系统的人机界面交互提出了高效、三维和非精确的要求，即人机界面具有自然进行三维直接操作的能力，能支持时变媒体，实现三维、非精确及隐含的人机交互。图形用户界面的设计现场控制器是由专业技术人员和设备维护人员监管的，他们对人机界面上能反映的实时数据信息量及其类型、设备运行状态情况很关心，对控制操作希望能够简单、快捷、及时、准确和方便，对于突发故障事件，要求能迅速切换设备和切除报警。第二章 课题的简介2.1实验无纸化的简介 无纸化实验，是指各大高校可以利用现代化的网络技术进行实验教学，提高教学质量与效率，解决学生试验后写实验报告绘制波形及计算实验数据的苦恼。实验无纸化的主要传媒工具是计算机等现代化实验工具，可以实现不用纸张和笔进行各种各样的实验。无纸化实验,即不用纸张也不用实际的实验器材，而是在无纸化的实验室中,学生利用计算机、应用软件、通信网络，虚拟的实验器材去单独完成实验，并且在计算机上进行波形的绘制和对实验数据进行处理，从而从中有所收获。尽管未来几十年之内也不能全部变成无纸化实验，但随着更多的信息都是以数字或电子的形式储存和维护，因此，高校实验室的更新应用也就浮出水面。未来将会使我们越来越走向无纸化实验。实验是理工科学生的重要学习任务之一,完成实验报告是其中必不可少的环节。学生在撰写实验报告时,对其中表格、图形和数据的处理等都是依靠手工完成,既费时又容易出错,而且浪费纸张，纸张来源于砍伐树木森林，这样一来就会加重生态环境的负担，同时,教师也要耗费大量时间批阅实验报告并进行统计分析，这样既浪费人力，物力，又浪费财力，不仅如此，而且教学质量也不高，因为这样的做完实验后，有学生课下去用笔完成实验报告，这样就给一些懒惰的学生想抄袭带来了机会，这样会让这些懒惰的学生进入恶性循环，影响教学质量。自计算机学科率先实行无纸化的改革，并赢得教育界各方面专家的一致好评以来，能否将这一全新的形势稼接到学校的实验中去，一直是教育工作者潜心研究的课题。伴随教育改革的步伐，无纸化改革也势在必行。 无纸化实验可以大大减少重复劳动，它可以使各个环节的单独处理工作串联起来，同时也能处理流程上多环节的任务。可以方便进行各个环节的高效，同时也可以进行不同环节的快速查询。不仅解决了传统实验的效率低下和纸张浪费状况，而且也解决了节省了实际的实验器材的保养维护及维修的费用，节省了高效的实验室的投资，让学校将有限的钱进行最大化的优势。 无纸化实验通过对实验的闭环整合，实现了工作流、信息流和知识流的整合管理，提供了一个科学、开放、先进的信息化实验平台，实现真正的无纸化实验。无纸化实验将学生从繁琐、无序、低端的完成纸张的实验报告中解放出来从事其他事务，整体提高了学生的办事效率和对信息的处理，提高执行力，使学生的大学生活趋于完善。通过网络技术将学校的硬件资源、知识资源、经验资源、制度资源、文化资源等集成在一个平台上进行管理使用，实现各种资源的互相促进和增值，形成正规、科学、开放的学校的制度和文化，保持学校旺盛的生命力，保证学校健康持续发展。 建立起一个紧密、协调、可靠、简单的实验机制，让学校充满活力，促进学校持续发展，彻底消除信息传递中的阻塞、延误、失真，保证正确、及时的反应。2.2图形界面设计 图形界面是指人类用户与计算机系统之间的通信媒体或手段，它是人机双向信息交换的支持软件和硬件。虚拟现实技术、多媒体和可视化对计算机系统的人机界面交互提出了高效、三维和精确的要求，即人机界面具有自然进行三维直接操作的能力，能支持时变媒体，实现三维、精确及隐含的人机交互。图形用户界面的设计现场控制器是由专业技术人员和设备维护人员监管的，他们对人机界面上能反映的实时数据信息量及其类型、设备运行状态情况很关心，对控制操作希望能够简单、快捷、及时、准确和方便，对于突发故障事件，要求能迅速切换设备和切除报警。图形用户界面的基本要求 （1）将用户界面操作化繁为简。简短的操作命令，便于快速输入和执行控制信息，简化人机交互对话步骤。必要时屏蔽和捆包一些在运行操作时进行的参数传递和对话细节，而在维护或诊断时可根据一定步骤解开或细查这些参数和对话细节。 （2）尽量将所控制的设备对象的重要参数信息直接反映在主界面上，按照人机交互频率及其重要性要求，排布它们在界面上的显示位置。对象的动态变化重要参数和实时采集的数据信息，宜以图表的形式显示在界面上以便于直观地实时监视和控制。 （3）减少和避免二级菜单操作和控制。现场控制的实时性要求很高，二级菜单不利于提高系统响应速度。适宜于以减少界面上图标的数量和大小来换取直接监控对象的参数可能性及数量。 （4）协调操作界面的显示模式。在实际设备运行过程中，通常会出现的一种矛盾，因此科学合理的协调上述两种界面操作方式的配合是非常重要的一环，必要时要设计以图标对话操作为主的交互界面与以控制命令语句输入为主的交互界面的二重用户界面，用户可以根据需要进行切换操作。 （5）设置安全操作保护措施。通常为了快速启动、控制和运行，所设置的控制口令简短，访问权限和密码较少，因而容易产生误操作，直接危及生产安全和可靠性。对于不符合正常运行操作或逻辑顺序的控制信息输入要给出提示或警告信息，按分类和级别拒绝执行或等待进一步确认后才执行。 （6）设置系统安全运行保护措施。现场控制中，要突出超驰控制的安全保护措施，根据事故发生的原因及类别执行自动切手动、优先减、禁止增和禁止减等逻辑操作，将该控制系统转换到预先设定好的一些安全状态上。图形界面设计原则 （1）顺序原则。即按照处理事件顺序、访问查看顺序（如由整体到单项，由大到小）与控制工艺流程等设计监控管理和人机对话主界面及其二级界面。 （2）功能原则。即按照对象应用环境及场合具体使用功能要求，各种子系统控制类型、不同管理对象的同一界面并行处理要求和多项对话交互的同时性要求等，设计分功能区分多级菜单、分层提示信息和多项对话栏并举的窗口等的人机交互界面，使用户易于分辨和掌握交互界面的使用规律和特点，提高其友好性和易操作性。 （3）频率原则。即按照管理对象的对话交互频率高低设计人机界面的层次顺序和对话窗口菜单的显示位置等，提高监控和访问对话频率。 （4）重要性原则。即按照管理对象在控制系统中的重要性和全局性水平，设计人机界面的主次菜单和对话窗口的位置和突显性，从而有助于管理人员把握好控制系统的主次，实施好控制决策的顺序，实现最优调度和管理。 （5）面向对象原则。即按照操作人员的身份特征和工作性质，设计与之相适应和友好的人机界面。2.3本章小结 本章主要简单介绍了实验无纸化的定义及图形界面的定义。第三章 虚拟仪器技术简介 虚拟仪器（Virtual Instruments 简称VI）是随着计算机技术、现代测量技术、电子仪器技术的发展而产生的一种新型仪器。它彻底改变了传统的仪器观，从根本上更新了测量仪器的概念，代表测量仪器发展的最新方向和潮流，开辟了测量技术的新纪元。 虚拟仪器性能优越，成本低廉，用户可自行配置软件，这使虚拟仪器的应用范围不断扩大，在国内外得到迅速发展。因此，虚拟仪器技术代表了测量仪器发展的方向。用虚拟仪器代替传统仪器是提高仪器设备智能化的行之有效的方法，将虚拟仪器作为重点研究对工业生产、国防、医疗卫生等具有重大意义。3.1 虚拟仪器技术发展及国内外研究现状 美国于1982年研制成功世界上第一台虚拟仪器，此后随着微电子技术、计算机技术、软件设计技术、计算机网络技术的高速发展及它们在电子测量领域的广泛应用，使虚拟仪器技术得到迅猛发展。 美国仪器技术开发和应用的活跃源于1986年美国国家仪器公司推出的LabVIEW软件，它是一种基于图形开发、调试和运行程序的集成化环境。在这个平台上，各专业领域的工程师、科学家们通过定义和连接代表各种功能模块的图标来方便快速地建立高水平的虚拟仪器应用程序，在国外测控领域其普及率已超过39%。国内部分院校，如清华大学、复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、国防科技大学、四川联合大学等高等院校也十分重视虚拟仪器的研制工作，有的实验室已引入了虚拟仪器试验系统。其中，清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验，主要检测发动机的功率特性、负荷特性等。一台发动机检测完后，就可打印出完整的检测报告。该校电机系还建立了一个面向学生的虚拟仪器实验室，开设了很多电路、电子技术及自动控制等课程的实验。四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想，研制了“航空电台二线综合测试仪”，将8台仪器集于一体，组成虚拟仪器系统，使用方便、灵活。此外，国内已有几家企业在研制PC虚拟仪器，哈工大一起电子有限公司就是其中之一，它的产品已达到一定的批量。其主要产品有数字存储示波器系列、任意波形发生器及频率计系列、多通道大容量波形记录仪系列。但虚拟仪器在我国远没有形成规模，能自行研制并形成产品推向市场的更是凤毛麟角，多数仍处于实验室研制阶段。3.2 虚拟仪器的组成及主要特点 虚拟仪器一般由个人计算机或者工作站、软件及仪器组成。构成原理框图如图3.1所示。 图3.1 虚拟仪器构成原理框图虚拟仪器硬件平台包括计算机资源（微处理器、存储器、显示器等）和仪器硬件（A/D变换器、D/A变换器、数字输入输出设备、定时和信号设备等），它与用于数据分析、过程通讯及图形用户界面设计的软件结合起来形成完整的虚拟仪器系统。通常测量仪器基本上有三部分组成：数据采集数据处理与分析处理结果的最终显示。传统仪器是将这三部分放在仪个仪表机箱内，而虚拟仪器则是一种功能意义上的仪器，是具有仪器功能的软硬件组合，它并不强调物理上的实现形式，只要提供一定的数据采集硬件，就可以构成虚拟仪器。虚拟仪器相对于传统仪器其特点如表1所示。表1 虚拟仪器与传统仪器的比较虚拟仪器传统仪器开放、灵活，可与计算机保持同步发展封闭仪器间相互配合较差核心是软件，系统升级方便核心是硬件，升级成本较高价格低廉，仪器间投资可以重复利用价格昂贵，仪器间无法相互利用用户可自定义仪器功能仪器功能在出厂前有厂家定义好的可以与周边设备方便互联与其它仪器设备的连接十分有限软件使得开发与维护费用低开发与维护开销高技术更新周期短（1-2年）技术更新周期长（5-10年）数据可编辑、储存、打印数据无法编辑 图3.1 虚拟仪器与传统仪器的比较 由上分析不难看出，使用虚拟仪器可以很容易地扩充功能。当测量要求发上变化时，可以重新配置已有仪器的硬件接口，改编软件功能就可组成新的仪器。虚拟仪器的软件 虚拟仪器的硬件相对软件较简单，而仪器的操作方便与否、功能是否齐全、显示画面是否丰富、是否可打印输出各种分析报表等，则完全由软件设计水平来决定。软件采用VC+6.0在Windows环境下编制，程序功能结构框图如图1所示，可在WindowsNT/98/2000/XP 操作系统下运行，具有画面显示直观，操作方便、灵活等特点。图3.2程序功能结构图虚拟仪器软件运行后，可通过下拉式菜单或工具栏按钮来完成数据采集或输入、修改、计算、显示画面切换和结果打印输出等操作。为方便输入、修改各种数据，采用如图2所示的集成度较高的数据输入、修改对话窗口，其中传感器名称、型号和循环试验次数可直接输入，而传感器各校准点设定值和试验中所测量数值则可按设定在新增和修改间变换输入。例如需连续输入各校准点的设定值，则可通过在操作方法组框中选中校准输入或测试数据复选框(对于测量数据的操作则取消选中)，同时选中连续操作复选框，如图2中所示，即可连续输入。另外可通过选中4个单选铵钮设置 、插入、追加和删除中的不同铵钮来设定对当前下标(行程编号) 数据的不同操作。这样可在一个对话窗口内完成整个数据的采集、修改，大大提高了对数据的操作效率。每步操作的同时，在程序窗口可显示所有参数的当前数据。图3.3数据输入、修改对话窗口校准点数量和所需测量值数量由程序按输入校准点数和循环次数自动计算。程序自动检验输入校准点数量(M)与测量值数量(N)是否满足式(1)，如不满足则计算菜单项和工具栏中计算按钮无效，直至两者满足式(1)关系。在检查确认数据正确性后即可计算传感器各项静态指标。3.3 Labview的模块分析labVIEW是一种图形化设计语言，在一个虚拟仪器VI的开发过程中，主要利用模板创建和运行程序。这些操作模板可以随意在屏幕上移动，并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板共有三类:工具(Too1s)选板、控制(Controls)选板和功能 (Functions)选板或称函数选板1。工具模块如图3.4所示。图3.4 工具模块3.3.1 Labview的工具模块工具选板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具(如图所示)。该模板可以在windows菜单下选择 ShowToolsPalette命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状，它包括了以下工具包。 (1)操作工具:使用该工具来操作前面板的控制和显示。使用它向数字或字符串控制中键入值时，工具会变成标签工具的形状。(2)选择工具，用于选择、移动或改变对象的大小当它用于改变对象的连框大小时，会变成相应形状。 (3)标签工具:用于输入标签文本或者创建自由标签。当创建自由标签时它会变成相应形状。(4)连线工具:用于在框图程序上连接对象。如果联机帮助的窗口被打开时，把该工具放在任一条连线上，就会显示相应的数据类型。(5)对象弹出菜单工具:用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。(6)漫游工具:使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。(7)断点工具:使用该工具在VI的框图对象上设置断点。(8)探针工具:可以在框图程序内的数据流线上设置探针。程序调试员可以通过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。(9)颜色提取工具:使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。(10)颜色工具:用来给对象定义颜色。它也显示出对象的前景色和背景色。、(11)自动选择工具3.3.2 Labview的控件选板控件选板拟仪器的面板是通过软件实现的。就是LabVIEW将传统仪器上的各种旋纽、开关.、显示屏等所有可能涉及到的操作部件，都做成外形相似的“控件”分类存于控制模板上。设计仪器模板时，只需根据需要选择合适的“控件”放在面板相应的位置上即可。每个图标代表一个子模板(如图所示)。控制模板可以用Wind。，s菜单的 ShowControlsPalette功能打开它，也可以在前面板的空白处,点击鼠标右键，以弹出控制模板。它只有当打开前面板窗口时才能调用，如图3.5所示。图3.5 控制选板3.3.3 Labview的函数选板函数选板编程子选板功能模板就是LabVIEW将传统仪器上的各种测试功能、信号分析文件操作以及输入/输出(1/0)接口设备的驱动做成可供直接调用的库函数。使用时只需根据预完成的功能与操作，从子模板上选择相应的“图标”放在流程图编辑窗口中相应的位置上即可。该模板上的每一个顶层图标都表示一个子模板(如图所示)。图3.6 函数选板它可以用Windows菜单下的Show Funetionspalette功能打开它，也可以在框图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。而且它只有打开了框图程序窗口后才能出现。它包括结构子模板、数值运算子模板、布尔逻辑子模板、字符串运算子模板、数组子模板、类子模板、比较子模板、时间和对话框子模板、文件输入/输出子模板、仪器控制子模板、仪器驱动程序库、数据采集子模板、信号处理子模板、数学模型子模块、图形与声音子模块、通讯子模板、应用程序控制子模块、底层接口子模块、文档生成子模板、示教课程子模板、用户自定义的子Vl模板和选择VI子程序等子模板。编制软件时通过对控制和功能模块中子模块的灵活调用，选取相应的功能子模块，分别置于前后面板内，使用连线工具即可完成虚拟仪器设计。本章介绍了当今在测控领域内的虚拟仪器开发软件LabVIEw语言，它满足了实现虚拟测试仪器的条件，是虚拟仪器开发环境中图形化语言的杰出代表之一。LabvIEW语言是一种面向工程技术人员的图形化编程语言，是一种面向对象的模块化编程语言，使面向对象技术程序的复用性达到最佳，被誉为工程师和科学家的语言。3.3.4 Labview的测量I/O选板该选板是要安装数据包的，设计所用的软件中，该选板包括DAQmx-数据采集、NI扫描引擎、系统配置、NI I/O Trace。本设计主要用到DAQmx-数据采集，用户根据具体数据采集要求，选择相关的控件。如图3.7、3.8所示图3.7 数据采集模块图3.8 测量I/O选板3.4本章小结本章主要介绍LabVIEW的发展状况及其性能的优越性，与传统仪器不同，它结构简单，避免了传统硬件的复杂凌乱，便于维修，更能配合其它硬件进行操作使用，具有很好的发展前景，简单介绍了Labview的模块分析包括Labview的工具模块、Labview的控件选板、Labview的函数选板、Labview的测量I/O选板。第四章 实验无纸化及无纸化管理图形界面设计的内容4.1 无纸化实验文件的管理实验文件的管理包括：（1）报告页的更新（2）报告页的存储（3）实验数据及波形的保存（4）教师的打分及评语的保存通过事件结构调用存储程序。当按下存储开关的按钮，即存储事件被触发，首先分别将信号的频率以及该频率对应的幅值比和相位差创建时域波形，创建波形函数的三个输入端分别为t0,dt和y值。t0对应创建波形的起始时间，dt为时间间隔，y端分别连接频率，赋值比和相位差。然后采用Write Waveforms to File.vi将波形进行存储，存储路径采用默认路径，频率数组的存储路径为C:1,相位差数组的存储路径为C:2,幅值比的存储路径为C:3。运行完程序后可在C盘的根目录下找到文件，表明波形已经进行了存储。存储模块如图4.1所示：图4.1 存储模块教师登陆成功后，教师就可以进入批改界面，从而对学生的实验报告进行批改，打分，写评语，教师通过对学生的实验报告批改，从而可以对学生的学习情况做个大概的了解。批改界面如下：图4.2 批改界面 教师将所有的学生的实验报告批改完后，将每个人的成绩、评语、学号姓名等都存入一个数据库，以便发布到网上。数据库的界面如下：图4.3成绩界面4.2 无纸化实验测试平台的选择实验测试平台包括：（1）电路实验测试平台（2）基于plc的实验测试平台（3）基于单片机的实验测试平台（4）基于labview的实验测试平台（5）静态特性测试平台（6）动态特性测试平台等。平台选择界面如下：图4.4平台选择界面本课题无纸化实验测试平台是基于labview的实验室测试平台，进行无纸化实验及无纸化管理的图形界面设计，学生登陆成功后，点击开始实验按钮，就会进入上面这个界面，然后根据教师的要求进行选择，到底选静态还是动态。静态实验下的界面如下：图4.5静态实验界面动态实验平台界面如下：图4.6动态实验界面4.3无纸化实验报告页的选择毫无疑问各个学校都要求学生做大量的实验，尤其是工科的学校，更加会要求他们的理科学生做数不胜数的各种实验，物理实验、化学实验、光学实验、电路实验、单片机实验、基于labview的实验等各种实验。每种实验都有传统的纸质的报告页，要求学生在单独做完实验后，再单独处理实验数据，绘制实验的波形，然后老师再对学生的纸质的实验报告上的实验数据波形进行批改打分评语并且根据学生的实验报告进行以后的教学计划。本课题目的是避免再利用纸质的报告页，而是将纸质的报告页录入到计算机上，以word形式存档，然后学生做实验时候，学生在电脑上，利用软件，访问实验报告页，并且相应的选择所需要做的实验报告，从而避免了学生抄大量的实验报告和减轻了学生的大量的重复劳动，避免了老师的批改纸质的实验报告页的麻烦，同时也使得学校可以利用虚拟的实验平台，节省了学校的资金。这样节省了大量的人力，物力，财力等而且不利用纸质报告页也可以为保护环境做出一定的贡献。实验报告页的选择如下： 目 录实验一 静态特性测试1实验二 频率特性测试4实验三 箔式应变片与半导体应变片性能比较6实验四 电容式传感器特性9实验五 电涡流传感器振幅测量11实验六 光栅的辨向与细分技术14实验七 霍尔传感器的直流激励特征18实验八 相敏检波器原理及特性20实验九 电感式传感器特性（差动变压器性能）22实验十 差动变压器测量振动24图4.7实验报告页4.4无纸化实验数据库的管理 数据库（Database）是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，它产生于距今五十年前，随着信息技术和市场的发展，特别是二十世纪九十年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库有很多种类型，从最简单的存储有各种数据的表格到能够进行海量数据存储的大型数据库系统都在各个方面得到了广泛的应用。 严格地说，数据库是“按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库”。在日常工作中，常常需要把某些相关的数据放进这样的“仓库”，并根据管理的需要进行相应的处理。例如，企业或事业单位的人事部门常常要把本单位职工的基本情况(职工号、姓名、年龄、性别、籍贯、工资、简历等)存放在表中，这张表就可以看成是一个数据库。有了这个数据仓库我们就可以根据需要随时查询某职工的基本情况，也可以查询工资在某个范围内的职工人数等等。这些工作如果都能在计算机上自动进行，那我们的人事管理就可以达到极高的水平。此外，在财务管理、仓库管理、生产管理中也需要建立众多的这种数据库。 图4.8数据库 J.Martin给数据库下了一个比较完整的定义：数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。当某个系统中存在结构上完全分开的若干个数据库时，则该系统包含一个“数据库集合”。(1)完善地管理各种数据库对象，具有强大的数据组织、用户管理、安全检查等功能。 (2)强大的数据处理功能，在一个工作组级别的网络环境中，使用Access开发的多用户数据库管理系统具有传统的XBASE(DBASE、FoxBASE的统称)数据库系统所无法实现的客户服务器(Cient/Server)结构和相应的数据库安全机制，Access具备了许多先进的大型数据库管理系统所具备的特征，如事务处理/出错回滚能力等。(3)可以方便地生成各种数据对象，利用存储的数据建立窗体和报表，可视性好。(4)作为Office套件的一部分，可以与Office集成，实现无缝连接。本课题是将本校的所有的做实验的学生按照姓名加上学号以excel格式存储起来并且将老师按照姓名加上密码以excel也格式存储起来，并形成一个数据库，学生在进行实验前需要在计算机上登陆才可以进行实验，登陆的时候需要输入自己的姓名和学号，电脑将自动访问数据库，并与数据库里的信息自动比较，如果相匹配的话就登陆成功，学生就可以进入系统做实验，如果不匹配的话，系统就会自动弹出个对话框提示输入错误请重新输入。教师要批改学生的实验数据的时候，需要首先在计算机上登陆，在教师登陆系统的教师姓名和密码的输入栏中输入姓名与密码，只有姓名和密码都正确时候，才可以进入教师登陆系统，进行批改。否则，只要姓名与密码有一个错误就会弹出一个对话框，提示输入错误请重新输入。数据库的管理包括：（1）数据库的学生信息的更新 （2）数据库的学生信息的维护 （3）数据库的老师信息的更新 （4）数据库的老师信息的维护4.5 本章小结本章简单介绍了无纸化实验文件的管理，无纸化实验测试平台的选择，无纸化实验测试报告页的选择，无纸化实验测试的数据库的管理。 第五章 实验无纸化及无纸化管理界面设计的总体方案 本设计应用LabVIEW软件设计无纸化实验及无纸化管理界面设计，该设计包括学生登陆界面设计、教师登陆界面的设计、无纸化实验报告页选择的界面设计、学生进行无纸化实验的界面设计、教师批改学生实验结果的界面设计等设计，实现实验无纸化的操作功能，学生获得在电脑上做实验的创新，在电脑上处理实验数据的创新，在电脑上利用电脑上绘制传感器的幅频特性图和相频特性图的创新，并分析图中的频带宽度、截止频率等性能参数，同时提供频率特性自动测试仪，老师获得在电脑上批改学生实验数据的创新，在电脑上快速分析学生的优缺点的创新，以便迅速作出应对计划。这样也为实验者提供必要的实验仪器设备。5.1教师登陆界面的设计教师登陆界面的设计主要分为：教师登陆系统的设计、教师登陆的密码的设定及修改的设计、教师登陆系统读取学生实验报告的设计、教师的登陆信息的保护的设计等几个部分。5.1.1教师登陆模块 教师登陆系统提供教师姓名与密码的输入栏，供教师进行批改学生实验报告的登陆，只有当教师姓名与密码都正确时，方可进入学生的实验报告进行实验的批改，否则只要教师姓名与密码中有一个与数据库中的保存信息不一致，系统就会自动弹出一个对话框，提示输入错误请重新输入。教师登陆系统的前面板如下： 图5.1教师登陆系统的前面板教师登陆系统的程序框图如下： 图5.2教师登陆系统的前面板图 每个班每个学生做的实验肯定不一样，因此数据、结果、生成的波形肯定也不一样，教师要想掌握每个学生对课本的理解程度，就需要读取每个学生的实验报告。教师登陆系统的读取学生实验报告的程序框图：图5.3教师登陆系统的前面板图5.1.2 密码的设定与修改模块 密码是安全基础的核心。如果危及到密码，那个基本的安全机制和模式将遭到严重影响。为了选择强固的密码，你需要在帐号策略里设置更多相关的选项。 一个强固的密码至于要有下列四方面内容的三种：大写字母、小写字母、数字非字母数字的字符，如标点符号强固的密码还要符合下列的规则不使用普通的名字或昵称不使用普通的个人信息，如生日日期 密码里不含有重复的字母或数字至少使用八个字符密码安全首先，也是最困难的任务就是确保只有必需的帐户被使用而且每个帐号仅有能满足他们完成工作的最小权限。通常是用一个或多个用户域集中管理所有的用户帐号。因此有经验的管理员尽量地把用户放到较少的域里面以便于管理。这种限制通常促进公司策