基于LabVIEW的温度分析仪.doc

西安邮电大学 毕 业 设 计（论 文） 题 目：基于LabVIEW的温度分析仪 院 （系）： 自动化学院 专 业： 自动化 班 级： 学生姓名： 导师姓名： 职称： 工程师 起止时间：2012年3月8日 至 2012年6月20日毕业设计（论文）诚信声明书本人声明：本人所提交的毕业论文基于LabVIEW的温度分析仪是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果，论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注；对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全清楚本声明的法律后果，申请学位论文和资料若有不实之处，本人愿承担相应的法律责任。论文作者签名： 时间： 年 月 日指导教师签名： 时间： 年 月 日西 安 邮 电 大 学 毕业设计(论文)任务书学生姓名指导教师职称工程师院(系) 自动化专业自动化题目基于LabVIEW的温度分析仪 任务与要求基于LabVIEW虚拟平台，使用图形语言编程，利用软件代替数据采集卡进行温度数据的采集，模拟温度测量。利用“演示读取电压”子程序来仿真电压测量，然后把所测得的电压值装换成摄氏或华氏温度读数。在数据采集过程中，温度计控件能够实时地显示温度数据。开始日期2012年3月8日完成日期2012年6月20日院（系）主任(签字)2012年1月8日西 安 邮 电 大 学 毕 业 设 计 (论文) 工 作 计 划 学生姓名_指导教师_职称_工程师_院（系）_自动化学院_专业_ 自动化_ _ _ 题目_基于LabVIEW的温度分析仪 _工作进程起 止 时 间工 作 内 容2011.03.082012.3.15 查阅相关资料，了解题目要求。2012.03.162012.3.28 撰写开题报告2012.03.292012.4.06 构建温度分析仪界面2012.04.072012.4.30 构建各环节模块2012.05.012012.5.31 系统调试2012.06.012012.6.20 撰写毕业论文，准备答辩主要参考书目(资料)主要参考书目(资料)1.LabVIEW高级程序设计2.LabVIEW编程及应用主要仪器设备及材料1.计算机2.LabVIEW软件论文(设计)过程中教师的指导安排每周周二下午答疑指导对计划的说明无西安邮电大学毕业设计(论文)开题报告 自动化 院（系） 自动化 专业 08 级 05 班课题名称：基于LabVIEW的温度分析仪 学生姓名： 学号：指导教师： 报告日期： 2012年3月18日 1 本课题所涉及的问题及应用现状综述本课题所涉及的问题：1. 了解LabVIEW的发展状况以及LabVIEW的工作原理；2. 温度分析仪工作原理以及数模转换原理；3. 系统软件设计等。应用现状综述：虚拟仪器技术，就是用户在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计的测试功能，其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器的功能，软件就是仪器反映了虚拟仪器技术的本质特征，美国国家仪器公司生产的NI-LABVIEW是目前最为成功，应用最为广泛的虚拟仪器开发系统，它是一种基于G语言的32位编译型图形化编程语言，其图形化界面可以方便的进行虚拟仪器的开发，在现代工业生产中，需要对温度测量和控制的场合越来越多，测量温度方法也是多种多样的LabVIEW是图形化开发环境,它具有功能强大、编程效率高、界面友好、参数修改方便等优点,同时它在功能完整性和应用灵活性上也不逊于任何高级语言。虚拟仪器，是基于计算机技术而发展起来的仪器测量技术，是计算机技术和仪器技术密切结合的产物，是将来仪器发展的一个重要方向。计算机和仪器的结合方式主要有两种。一种是将计算机装入仪器，比较典型的例子是智能化仪器，随着计算机功能日益强大及体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大，逐渐形成含嵌入式的仪器。另一种方式是将仪器系统装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，常说的虚拟仪器主要是这种方式，美国国家仪器（NT）公司开发的Labview软件是目前实现虚拟仪器最流行的设计工具软件之一。其应用在工业界，学术界和研究室各个领域，被公认为标准的数据采集和仪器控制软件，现已成为测试测量和控制行业的标准软件平台。1）虚拟仪器的构成传统仪器体积庞大 ,价格极高 ,缺乏相应的计算机接口 ,在数据采集及数据处理等方面十分不便。利用虚拟仪器测量系统 ,可使我们从繁复的仪器堆中解放出来 ,而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。这是因为:虚拟仪器系统是将测量仪器的硬件搭载到笔记本电脑、台式计算机等平台上 ,再加上相应的应用软件而构成 ,通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机的融合为一体。虚拟仪器集成了计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力 ,降低了仪器硬件的成本 ,缩小了仪器硬件的体积。通过应用软件实现对数据的显示、存储、分析及处理。可谓方便之极。2 ）虚拟仪器的特点 虚拟仪器具有功能多样、测量准确、界面友好、操作简易、易于扩展、价格低廉等特点。2 本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析关键问题：本课题首先要解决的任务是进行方案论证，在基于LabVIEW虚拟的平台上，使用图形语言编程，利用软件代替数据采集卡进行温度数据的采集，模拟温度测量。在数据采集过程中，温度计控件能够实时地显示温度数据。实现预期目标的步骤如下：1、 学习LabVIEW的基本知识；2、 实践LabVIEW的基本功能；3、 建立基于LabVIEW的温度分析仪的基本方案；4、 完成全部功能的实现。3 完成本课题的工作方案 03月08日至03月26日 调研课题现状，查阅相关资料。 03月29日至04月02日 学习LabVIEW的相关知识。 04月03日至04月16日 做LabVIEW相关的简单实验。04月19日至04月27日 熟悉基本知识，基本软件使用。04月30日至05月18日 撰写论文，完成论文初稿。05月21日至05月25日 完善并修改毕业论文。05月28日至06月01日 准备答辩。4指导教师审阅意见指导教师(签字)： 年 月 日说明：本报告必须由承担毕业论文(设计)课题任务的学生在毕业论文(设计) 正式开始的第1周周五之前独立撰写完成，并交指导教师审阅。西安邮电大学毕业设计 (论文)成绩评定表 学生姓名性别男学号专 业班 级自动0805班课题名称基于LabVIEW的温度分析仪课题类型教学实践难度一般毕业设计（论文）时间2012 年3 月8 日6 月20日指导教师 (职称：工程师)课题任务完成情况论 文 (千字)； 设计、计算说 明书 (千字)； 图纸 (张)；其它(含附 件)：指导教师意见 分项得分：开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 学习态度 分； 外文翻译 分指导教师审阅成绩：指导教师(签字)： 2012年 月 日评阅教师意见分项得分：选题 分； 开题调研论证 分； 课题质量（论文内容） 分； 创新 分；论文撰写（规范） 分； 外文翻译 分评阅成绩： 评阅教师(签字)： 2012 年 月 日验收小组意见 分项得分：准备情况 分； 毕业设计（论文）质量 分； （操作）回答问题 分验收成绩：验收教师(组长)(签字)： 2012 年 月 日答辩小组意见分项得分：准备情况 分； 陈述情况 分； 回答问题 分； 仪表 分答辩成绩： 答辩小组组长(签字)： 2012 年 月 日成绩计算方法(填写本院系实用比例)指导教师成绩 20 () 评阅成绩 30 () 验收成绩 30 () 答辩成绩 20 ()学生实得成绩(百分制)指导教师成绩 评阅成绩 验收成绩 答辩成绩 总评 答辩委员会意见 毕业论文(设计)总评成绩(等级)： 院(系)答辩委员会主任(签字)： 院(系) (签章) 年 月 日备注西安邮电大学毕业论文(设计)成绩评定表(续表)目录摘 要IIAbstractIII1 引言12 虚拟仪器概述22.1 虚拟仪器的特点及优势22.2 虚拟仪器的开发软件62.3 虚拟仪器的分类62.4 虚拟仪器与传统仪器的比较83 虚拟仪器软件体系93.1 概述93.2 LabVIEW简介103.3 LabVIEW应用程序构成103.4 用LabVIEW虚拟仪器编程设计的步骤114 基于LabVIEW的温度分析仪的实现114.1 程序框图主要功能模块介绍134.2 详细设计步骤164.3 完整程序框图设计204.4 运行结果215 结论22致谢23参考文献24附录25（一）程序连线面板25（二）程序框图26摘 要随着电子测试技术的不断发展，测试技术正向自动化，智能化，数字化和网络化的方向发展。其中数字滤波器作为测试技术的重要工具而被广泛的使用与各个领域。本课题是用LabVIEW来实现温度检测系统的设计以及应用首先，本论文介绍LabVIEW相关知识，利用虚拟仪器的开发平台LabVIEW开发的软件系统，主要包括五个模块：数据采集，显示记录，数据回放，数据处理和数据分析。VI是计算机技术和传统的仪器技术相结合的产物，是仪器发展的一个重要方向，LabVIEW是一个基于图形虚拟仪器的软件开发工具，主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域，其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件，即“软件就是仪器”，他是在通用计算机平台上，根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能，其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能。本文重点介绍了虚拟仪器的界面 LabVIEW的应用，并设计一个基于虚拟仪器的数字和控制系统，阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计。关键字：LabVIEW 温度测量 数据采集AbstractAlong with the electronic test technologys unceasing development, the testtechnology forward automation, the intellectualization, digitized and the networkdirection develops. Andthedigital filter take the test technology the important tool by the widespread use and each domain. This topic is realizes the temperatureexamination systems design as well as the application with Labview first, the present paper introduced that the Labview related knowledge, the use hypothesizedinstruments development platform - - Labview developments software system,mainly includes five modules: The data acquisition, demonstrates the record,playbacking, the data processing and the data analysis.VI is the product which the computer technology and the traditional instrument technology unifies, is an important direction which the instrument develops, Labview is one based on the graph hypothesized instruments software development tool, mainly uses in domains and so on test automation, process control, instrumental design and data analysis, its basic philosophy is uses the software in the instrumental design or the test system to replace the hardware as far as possible, namely “the software is the instrument”, he is in the general-purpose calculator platform, defines and designs instruments test function according to the users needs, its essence is realizes fully using computers newest technology with the expansion tradition instruments function. This article introduced with emphasis the hypothesized instruments contact surface Labview application, and designs one based on the hypothesized instruments digit and the control system, elaborated in the system performance history data gathering and software and hardwares design.Keyword: LabVIEW Temperature survey Data acquisition 基于LabVIEW的温度分析仪1 引言虚拟仪器是基于计算机技术而发展起来的仪器测量技术，是计算机技术和仪器技术密切结合的产物，是将来仪器发展的一个重要方向。计算机和仪器的结合方式主要有两种。一种是将计算机装入仪器，比较典型的例子是智能化仪器，随着计算机功能日益强大及体积的日趋缩小，这类仪器的功能也越来越强大，逐渐形成含嵌入式的仪器。另一种方式是将仪器系统装入计算机，以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，常说的虚拟仪器主要是这种方式，美国国家仪器（NT）公司开发的LabVIEW软件是目前实现虚拟仪器最流行的设计工具软件之一。其应用在工业界，学术界和研究室各个领域，被公认为标准的数据采集和仪器控制软件，现已成为测试测量和控制行业的标准软件平台。本文所介绍的应用软件,即基于LabVIEW的温度分析仪，是基于LabVIEW 8.6 虚拟平台，使用图形语言编程，利用软件代替DAQ数据采集卡进行温度数据的采集，模拟温度测量；利用“演示读取电压”子程序来仿真电压测量，然后把所得的电压数值换成摄氏或者华氏温度读数。在数据采集过程中，温度计控件能够实时地显示温度数据。用户可以设置温度上限，并计算出采集温度的最大值、最小值和平均值。其优点表现在，开发成本低，开发环境简单，操作简单，应用范围广等，而且其发展的空间也相当的大。2 虚拟仪器概述和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器（virtual instruments）主要是指这种方式,充分利用现有计算机资源，配以独特设计的软硬件，实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的功能。2.1 虚拟仪器的特点及优势虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件构成的电子测试仪器，而软件是虚拟仪器的核心，如图1-1所示，其中软件的基础部分是设备驱动软件，而这些标准的仪器驱动软件使得系统的开发与仪器的硬件变化无关。这是虚拟仪器最大的优点之一，有了这一点，仪器的开发和换代时间将大大缩短。虚拟仪器中应用程序将可选硬件（如GPIB，VXI，RS-232，DAQ板）和可重复用库函数等软件结合在一起，实现了仪器模块间的通信、定时与触发。源代码库函数为用户构造自己的虚拟仪器（VI）系统提供了基本的软件模块。由于VI的模块化、开放性和灵活性，以及软件是关键的特点，当用户的测试要求变化时可以方便地由用户自己来增减硬、软件模块，或重新配置现有系统以满足新的测试要求。这样，当用户从一个项目转向另一个项目时，就能简单地构造出新的VI系统而不丢失己有的硬件和软件资源。虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。虚拟仪器技术十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器” 。它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训即可迅速掌握操作规程。图 1-1 虚拟仪器开发框图2.1.1虚拟仪器测试系统的组成集部件（如外置或内置数据采集卡、图形图像采集卡及摄像机及其用于辅助测量并能与计算机通讯的常规仪器等）、通用计算机、打印机等构成。系统软件部分通常用专虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。这种结合基本有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能，虚拟仪器主要是指这种方式9。虚拟仪器的组成与传统仪器一样，主要由数据采集与控制、数据分析和处理、结果显示三部分组成。如图 1-2所示。图 1-2 虚拟仪器内部功能的划分对于传统仪器，这三个部分几乎均由硬件完成；对于虚拟仪器，前一部分由硬件构成，后两部分主要由软件实现。与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化，设计工作量大大减小。通常虚拟仪器测试系统硬件组成部分是由传感器部件、信号调理及信号采用的虚拟仪器开发语言（如LabVIEW）编写而成，并可通过Internet实现网络扩展。2.1.2 虚拟仪器I/O接口设备I/O接口设备主要用来完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。可根据实际情况采用不同的I/O接口硬件设备，如数据采集卡/板(DAQ)、GPIB总线仪器、VXI总线仪器、串口仪器、USB等。这里主要讲数据采集卡。DAQ(Data Acquisition)数据采集卡是指基于计算机标准总线(如ISA、PCI、USB等)的内置功能插卡。其中USB是最新技术的数据采集卡，具有精度高，可携性好等优点，它更加充分地利用计算机的资源，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性；利用DAQ卡可方便快速地构建虚拟仪器系统。在性能上，随着A/D转换技术，滤波技术和信号调理技术的发展，DAQ卡的采样速率已达1GB/s，精度高达24位，通道数高达64个，并具有数字I/O，模拟I/O和计数器/定时器等通道。各仪器厂家生产了大量的DAQ卡功能模块供用户选择，如示波器、串行数据分析仪、动态信号分析仪、任意波形发生器等。在计算机上挂接多个DAQ功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台具有多功能的测试仪器。这种基于计算机的仪器，既具有高档仪器的测量品质，又能满足测量需求的多样性。对我国大多数用户来说，它具有很高的性能价格比，是一种特别适合我国国情的虚拟仪器方案。2.1.3 虚拟仪器的软件结构虚拟仪器技术的核心是软件，其软件基本结构如图1-3所示。用户可以采用各种编程软件来开发自己所需要的应用软件。以美国NI公司的软件产品LabVIEW和LabWindows/CVI为代表的虚拟仪器专用开发平台是当前流行的集成化开发工具。这些软件开发平台提供了强大的仪器软面板设计工具和各种数据处理工具，再加上虚拟仪器硬件厂商提供的各种硬件的驱动程序模块，简化了虚拟仪器的设计工作。随着软件技术的迅速发展，软件开发的模块化、复用化，和各种硬件仪器驱动软件的模块化、标准化，虚拟仪器软件开发将变得更加快速、方便。 图 1-3 虚拟仪器软件结构2.1.4 虚拟仪器发展历程虚拟仪器的起源可以追朔到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。虚拟仪器从概念的提出到目前技术的日趋成熟，体现了计算机技术对传统工业的革命。大致说来，虚拟仪器发展至今，可以分为三个阶段，而这三个阶段又可以说是同步进行的。第一阶段，利用计算机增强传统仪器的功能。由于GPIB总线标准的确立，计算机和外界通信成为可能，只需要把传统仪器通过GPIB和RS-232同计算机连接起来，用户就可以用计算机控制仪器。随着计算机系统性能价格比的不断上升，用计算机控制测控仪器成为一种趋势。这一阶段虚拟仪器的发展几乎是直线前进。第二阶段，开放式的仪器构成。仪器硬件上出现了两大技术进步：一是插入式计算机数据处理卡 ( plug-in PC-DAQ )；二是VXI仪器总线标准的确立。这些新的技术使仪器的构成得以开放，消除了第一阶段内在的由用户定义和供应商定义仪器功能的区别。第三阶段，虚拟仪器框架得到了广泛认同和采用。软件领域面向对象技术把任何用户构建虚拟仪器需要知道的东西封装起来。许多行业标准在硬件和软件领域以产生，几个虚拟仪器平台已经得到认可并逐渐成为虚拟仪器行业的标准工具。发展到这一阶段，人们也认识到了虚拟仪器软件框架才是数据采集和仪器控制系统实现自动化的关键。2.2 虚拟仪器的开发软件2.2.1 图形化虚拟仪器开发平台LabVIEWLabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering)是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/PI、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。传统的文本式编程是一种顺序的设计思路，设计者必须写出执行的语句。而LabVIEW是基于数据流的工作方式，同时是基于图形化的编程，这使得设计者不必掌握大量的编程语言和程序设计技巧便可设计出虚拟仪器系统11。目前，在以PC机为基础的测试和工控软件中，LabVIEW的市场普及率仅次于C+/C语言。LabVIEW具有一系列无与伦比的优点：首先，LabVIEW作为图形化语言编程，采用流程图式的编程，运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似；同时，LabVIEW提供了丰富的VI库和仪器面板素材库，近600种设备的驱动程序(可扩充)如GPIB设备控制、VXI总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储；并且LabVIEW还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，调试过程中可以使用数据探针和动态执行程序来观察数据的传输过程，更加便于程序的调试。因此，LabVIEW受到越来越多工程师、科学家的普遍青睐。2.3 虚拟仪器的分类虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型：（1） PC总线插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的LabVIEW是图形化编程工具，它可以通过各种控件自已组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言Visual C+,Visual Basic,Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。（2） 并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。（3） GBIB总线方式的虚拟仪器GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。（4） VXI总线方式虚拟仪器VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过十多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。（5） PXI总线方式虚拟仪器PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有34个扩展槽，通过使用PCIPCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。2.4 虚拟仪器与传统仪器的比较独立的传统仪器，例如示波器和波形发生器，性能强大，但是价格昂贵，且被厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，因此，用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其功能。仪器的旋钮和开关、内置电路及用户所能使用的功能对这台仪器来说都是固定的。另外,开发这些仪器还必须要用专门的技术和高成本的元部件，从而使它们身价颇高且很不容易更新。我们不妨把虚拟仪器与传统仪器加以比较，看看各自的特点，比较结果如表21所示。 传统仪器虚拟仪器关键是硬件关键是软件开发与维护的费用高开发与维护的费用低技术更新周期长技术更新周期短价格高价格低，并且可重用性与可配置性强厂商定义仪器功能用户定义功能系统封闭、固定系统开放、灵活,与计算机的进步同步不易与其他设备连接与其他设备极易相连表21 传统仪器与虚拟仪器的比较从表21中可见,传统仪器与虚拟仪器最重要的区别在于：虚拟仪器的功能由用户使用时自己定义,而传统仪器的功能是由厂商事先定义好的。从这一意义上讲,那些功能固定的插卡式计算机仪器不能称作虚拟仪器。而且,没有面向科技与工程人员的图形化开发平台就难以涉及虚拟仪器。普通的PC有一些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了VXI标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的VXI机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。VXI仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的PXI标准仪器。3 虚拟仪器软件体系3.1 概述虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。基于软件在VI系统中的重要作用，NI提出了软件就是仪器（The software is the instrument）的口号。VPP系统联盟提出了系统框架、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VPP软件标准，推动了软件标准化的进程。虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：VISA库、仪器驱动程序、应用软件。VISA（Virtual Instrumentation software Architecture）虚拟仪器软件体系结构，实质就是标准的I/O函数库及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。它驻留于计算机系统之中执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。仪器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。它是应用程序实现仪器控制的桥梁。每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源码的形式提供给用户。应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式：（1） 用通用编程软件进行编写。主要有Microsoft公司的Visual Basic与Visual C+、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder；（2） 用专业图形化编程软件进行开发。如HP公司的VEE、 NI公司的LabVIEW 和Lab windows/CVI等。应用软件还包括通用数字处理软件。通用数字处理软件包括用于数字信号处理的各种功能函数，如频域分析的功率谱估计、FFT、FHT、逆FFT、逆FHT和细化分析等；时域分析的相关分析、卷积运算、反卷运算、均方根估计、差分积分运算和排序等。以及数字滤波等等。这些功能函数为用户进一步扩展虚拟仪器的功能提供了基础。在此，本章简单现今用到最多的面向仪器与测控过程的图像化开发平台LabVIEW。3.2 LabVIEW简介LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench实验室虚拟仪器工程平台)的概念,是直观的前面板与流程图式的编程方法的结合,是构建虚拟仪器的理想工具。LabVIEW和仪器系统的数据采集、分析、显示部分一起协调工作, 是简化了而又更易于使用的基于图形化编程语言G的开发环境。前面板是一个传统的仪器概念,而软件前面板其实是自动化的拓展,因为它们保持了传统直观的视觉和感觉效果。同时,软件前面板创建了一个真正的接口,无论用户使用什么类型的硬件,并且,不像硬件前面板,软件前面板只包含了对于一个应用场合很重要的参数,用户能够很容易地从一个单一前面板控制多台,并把整个系统作为一台虚拟仪器来看待。流程图式的程序设计与科技工程人员较为熟悉的数据流和方块图的概念是一致的,而且由于流程图与传统程序设计语言的语法细节无关,构建和测试程序就可以少费时间。使用流程图方法可以实现内部的自我复制,采用前面板、流程图、图标等,用户就对整个系统实现图形化描述,同时,用户还能够重用虚拟仪器,可以随时改变虚拟仪器来满足自己的需要。LabVIEW集成了很多仪器硬件库,如GPIB/VXI/PXI/基于计算机的仪器、RS232/485协议、插入式数据采集、模拟/数字/计数器/、信号调理、分布式数据采集、图像获取和机器视觉、运动控制、PLC/数据日志等。与传统的编程方式相比,使用LabVIEW设计虚拟仪器,可以提高效率410倍。同时,利用其模块化和递归方式,用户可以在很短的时间内构建、设计和更改自己的虚拟仪器系统。3.3 LabVIEW应用程序构成所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程图(Block Diagram)以及图标/连结器(Icon/Connector)三部分。（1） 前面板：前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。但并非画出两个控件后程序就可以运行，在前面板后还有一个与之对应的流程图。（2） 流程图：流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。如果将VI与传统仪器相比较，那么前面板上的控件对应的就是传统仪器上的按钮、显示屏等控件，而流程图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬件电路。在许多情况下，使用VI可以仿真传统仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功能也与传统标准仪器相差无几。3.4 用LabVIEW虚拟仪器编程设计的步骤（1） 总体设计：根据用户需求，进行VI总体结构设计，确定面板布局与程序流程，并保证所使用的虚拟仪器硬件在LabVIEW函数库中有相应的驱动程序。（2） 前面板设计：在LabVIEW的前面板编辑窗口内，利用工具模板和控件模板进行VI前面板的设计。（3） 方框图编程：在LabVIEW的方框图编辑窗口内，利用工具模板和函数模板进行方框图编程。（4） 程序调试：单击前面板编辑窗口或方框图编辑窗口工具条中的运行按钮，执行VI程序；同时可利用LabVIEW工具模板中的断点工具和探针工具调试缩编程序。4 基于LabVIEW的温度分析仪的实现基于labview的温度分析仪（ 以下简称为本课题 ）是基于LabVIEW 8.6 虚拟平台，使用图形语言编程，利用软件代替DAQ数据采集卡进行温度数据的采集，模拟温度测量；利用“演示读取电压”子程序来仿真电压测量，然后把所得的电压数值换成摄氏或者华氏温度读数。在数据采集过程中，温度计控件能够实时地显示温度数据。用户可以设置温度上限，并计算出采集温度的最大值、最小值和平均值。图4-1 温度分析仪的前面板本课题设计内容主要包括3个部分：数字温度计部分、温度数据采集部分和温度数据分析部分。本课题使用的 LabVIEW 8.6 函数选板中主要相关函数包括while循环、条件结构、数组函数和族函数等等。此外，并且还涉及了空间属性节点和温度计子VI设计等方面的基本知识。下面进行详细介绍。图 4-2 温度分析仪的程序框图4.1 程序框图主要功能模块介绍如图4.2所示,温度分析仪实例的程序框图设计分为3个主要功能块：数字温度子VI模块、“数组最大值与最小值”函数、“均值”函数以及族捆绑函数。接下来将对每个功能块如何实现其具体处理功能和任务进行详细介。4.1.1数字温度计子VI模块数字温度计子VI模块的主要功能是创建一个VI程序来模拟温度测量。此子VI命名为Thermometer.vi，其函数端子图如图4-3所示。本设计中假设传感器输出电压与温度成正比，并使用“演示读取电压”子程序来仿真电压测量，代替DAQ数据采集卡。“演示读取电压”子程序每次从预存的一组数值中读取一个数来模拟从数据采集卡的0通道读取电压，再将读数乘以100.0转换成华氏温度读数，或者再把华氏温度转换成摄氏温度。本设计中假设传感器输出电压与温度成正比，并使用“演示读取电压”子程序来仿真电压测量，代替DAQ数据采集卡。“演示读取电压”子程序每次从预存的一组数值中读取一个数来模拟从数据采集卡的0通道读取电压，再将读数乘以100.0转换成华氏温度读数，或者再把华氏温度转换成摄氏温度。本设计中假设传感器输出电压与温度成正比，并使用“演示读取电压”子程序来仿真电压测量，代替DAQ数据采集卡。“演示读取电压”子程序每次从预存的一组数值中读取一个数来模拟从数据采集卡的0通道读取电压，再将读数乘以100.0转换成华氏温度读数，或者再把华氏温度转换成摄氏温度。图 4-3 数字温度计子VI的函数端子图4.1.2 “数组最大值与最小值”函数“数组最大值与最小值 ”函数的功能是当一次采集过程结束后，计算采集的温度数据中温度的最大值和最小值。“数组最大值与最小值”函数位于数组子选板中，其调用路径是“函数编程数组数组最大值与最小值”。“数组最大值与最小值”函数可以从一个数组中获取最大值和最小值及它们的索引值。参数名称说明数组可以是n维任意类型的数组最大值返回数组的最大值最大索引返回第一个最大值的索引值。如果输入数组是多维的，则最大索引