【《基于LABVIEW的数据处理系统设计》12000字】

PAGEii基于LABVIEW的数据处理系统设计摘要：一种用于将仪器虚拟化的软件就是LABVIEW，这些年来我们对它的使用越来越多。虚拟测控仪器被利用的频率越来越高，LABVIEW在测控领域逐渐替代了其他软件，主要原因是由于我国科技发展越来越迅速，相应地，对测控软件的要求也就越来越高。其次，也是因为微机技术的不断进步，以往的试验方法也逐渐被替代。因此，本世纪虚拟测控技术的开发和应用是电子测试技术的重要课题。用于用户的智能平台和开放接口是基于LABVIEW的数据采集和信号处理系统的重要优点。相信在不久的未来，由于虚拟仪器的发展，传统仪器肯定会逐渐被市场所淘汰，而虚拟仪器将大学里和科研企业中扮演着主角。LABVIEW由NI公司研发，与传统的代码编程方式不同，它的编程程序是图形化的，通过G语言的编译和操作，设计出满足用户需求的虚拟测控系统，除此以外它还在信号处理分析方面有着不错的表现，由于以上这些优点，所以LABVIEW是在各行各业中是使用比较多的虚拟仪器。关键词： LABVIEW；数据采集；信号处理系统；虚拟仪器；虚拟测试仪器目录TOC\o"2-3"\h\z\t"标题1,1,次标题,1"18092目录 iii167891绪论 1296931.1论文研究背景和意义 1295831.1.1研究背景 1286521.1.2研究意义 128871.2数据采集系统的发展 2171052虚拟仪器的概述 337322.1虚拟仪器的概念与特点 3262602.1.1虚拟仪器的概念 3136702.1.2虚拟仪器的主要特点 3272462.2虚拟仪器的组成原理 3135802.2.1虚拟仪器的硬件组成 3280322.2.2虚拟仪器的软件组成 4150872.3本章小结 4284623数据采集系统的设计平台和结构 5148433.1数据采集系统的整体设计方案 5111183.1.1系统的结构框图 521033.1.2系统的总体设计 5108533.2数据采集系统的结构原理 6303193.3数据采集系统设计的基本原则 797323.4数据采集系统的硬件平台 766173.4.1传感器 7157553.4.2USB数据采集卡 9193.5数据采集系统软件平台 9281813.5.1软件的开发过程 920353.5.2LabVIEW的简介 11165413.6本章小结 11117774数据采集系统软件设计 12248644.1软件开发环境 12208824.1.1LabVIEW编程背景 12122244.1.2LabVIEW程序组成 13245364.1.3LabVIEW工具模板 1592414.2数据采集卡的软件设计 18318504.2.1基于LabVIEW开发虚拟仪器的步骤 19235924.2.2基于LabVIEW的数据采集信号处理 22151184.2.3程序模块设计 22152124.3本章小结 27237555结论与展望 2821128参考文献 30 绪论论文研究背景和意义研究背景数据采集是借助计算机来测量电子物理现象的过程，例如电压、电流、压力和温度。在大部分数据收集系统中，电信号（例如电流和电压）通常用作所收集信息的载体。真正的数据采集系统由三部分组成：一是传感器，二是用于获得数据的硬件，三是可编程软件的计算机。在数据获取的过程中，首先，借助对应的传感器将用于测量的物理量转换为方便处理的电信号，处理的电信号，经由测定硬件发送到计算机。在将电信号发送到计算机后，可以获得要测量的物理量的实际值。眼下，科技发达，而且不断向新高度发展，数据采集技术广泛应用于各行各业中。数据采集系统是1950年左右第一次在美国诞生的。它一出现，军队就承认它最初没有很多传统方法，因为它的灵活性和快速获得。经过10多年后，从军事市场到市民市场的数据取得系统逐渐发展，但此时数据取得系统的适用范围仍然限于专业领域。1975年以后，随着大规模、大规模集成电路技术的开发和计算机的连续小型化，数据采集系统发生了很大的变化。在此期间，集成了计算机、数据取得装置和设备的新数据采集系统登场了。与以前的系统相比，这个新的数据采集系统具有更好的灵活性。在20世纪的10年间，数据获取系统逐渐向软件和硬件的组合发展，应用范围也在扩大。在今天，由于计算机和微电子科技得到了良好的发展，具有更好的性能，更快的取得速度和更强灵活性的单芯片数据取得系统被广泛使用。研究意义通过阅读国内外有关文献，我们可以了解到，随着科学技术的快速发展，信号采集技术的要求逐渐提高。特别是在高速瞬态数据，低重复高速信号，单信号的情况下，高性能数据获取系统可以完成这些不良信号的获取，积累和数据分析。同时，在测量和控制领域也是一个很大的课题，系统的繁琐，让测试系统的维护面临着很大的困难。传统仪器的功能较为单一不能适应科学技术的发展。在实验室里，需要花费巨资购买昂贵的测试仪器进行测试，但传统仪器无法开展其功能，因为未来的科研任务和新指标，已经不能为科学实验工作了。面对上述困难，硬件平台的标准化设计可以节省一些用户的项目成本，但它并不能很好地改进现在的测量和控制行业的传统设备所存在的问题。计算机和测量仪器的组合是一个全新的概念，也就是虚拟仪器设备技术。这项技术不仅能够使得软件开发更快更高效，还能够反复去使用相关程序，大大缩短了编程时间，降低了编程的难度，节省了很多不必要的开支。不夸张地讲，虚拟仪器被提出以后，在测控领域发生了翻天覆地的变化，它也正不断取代传统仪器，站在了新的高度，在不久的未来，在一些领域或许它将会完全代替传统仪器，成为测控界的主角。数据采集系统的发展随着三大技术即计算机、数字通信和微电子技术的不断成长，数据采集系统得到了长足的发展。但是，大数据的发展和物联网技术的出现，对数据采集系统提出了高标准。于是，数据采集技术逐渐朝着智能、网络、高速、小型化的方向发展。（1）数据采集系统智能化随着数据采集系统的逐渐发展改进，变得智能化是必然的，另外我们生活的世界也越来越丰富，对各类数据的采集正在不断变多变杂。以上条件要求数据采集系统需要有更高的标准。随着数据采集系统的智能化，我们就能更好的利用它来获取准确精准的数据，从而更好地服务于我们的生活。（2）数据采集系统网络化数据采集系统逐渐变得网络化也是必然的发展趋势。系统采集的数据得到更广泛的应用是数据采集系统的网络化一大优点。同时不同设备之间的互相联结，再结合大数据技术，就能产生更多的可能，从而数据采集系统也就变得更加完善。（3）数据采集系统高速化由于有事很多待采集的数据在高速地变化，要完成这些数据的采集，数据采集要更加高速，这项技术的根本问题就是开发出速度比较高、性能强的数据转换和处理器件。只有这样，才能完成上述特殊数据的采集。（4）数据采集系统小型化虚拟仪器的概述虚拟仪器的概念与特点虚拟仪器的概念虚拟仪器实际上是一种pc机，但是和普通的pc机不同的是它具有一个虚拟的仪器面板，也就等同于一台我们平常使用的电脑加装上了特有的一组软件或硬件，这就让我们在操作计算机的时候，就好像在使用一台用户自己设计的特用传统电子仪器。其实，虚拟仪器不是单一的，孤立与其他技术的，而是由计算机技术和仪器技术的整合而形成的。计算机显示屏的作用就是形象地表示出各种设备控制盘，生动地输出测试结果；我们使用计算机软件完成各种功能尤其是测试，并且用它来实现各种信号分析、处理；键盘或鼠标用于交换传统仪器的按钮。因此，手不需要直接操作仪器，是的硬件变成“软件”了。正是因为由于计算机技术得到了良好的进展，才使得我们用虚拟仪器来完成开拓机器的功能的目标成为了事实，虚拟设备也可以完成数据的收集、分析、显示、存储等功能，实现了替换传统的电子仪器的目标。虚拟仪器的主要特点计算机技术在仪器领域产生的具有活力的新型仪器就是。虚拟设备与传统仪器不同的特征可以归纳如下：传统仪器的概念认为硬件为主体，与之不同的是虚拟仪器概念认为软件就是仪器。虚拟仪器的“大脑”是软件，它带起了以前的旧观念：硬件充当主要作用，那么硬件就没作用了吗？硬件的作用是解决传输信号和处理信号。（2）我们可以根据自己的需要，利用软件设计来开发不同的功能，不再受其他因素的影响，例如硬件设备。（3）虚拟仪器能在网络上互联而且可以与其他附近的设备联接。当前，网络越来越发达，基于此的虚拟仪器——网络虚拟仪器早已出现在我们的日常生活中。（4）虚拟仪器的分块化布局，使系统的开放性和拓展性得到了很大的提升。虚拟仪器的组成原理一般来讲，绝大多数的测量仪器的主要作用分为以下几个方面：数据的采集、数据处理分析和结果的显示，而虚拟仪器也不例外。有了数据采集硬件，就形成了基于计算机的虚拟测量仪器。虚拟设备不是单一的仪器，而是有多个部分组成的，分别是pc机、硬件接口电路和software。虚拟仪器的硬件组成虚拟仪器的要实现一定的功能最离不开的就是计算机，计算机与接口电路是硬件。前者主要功能是分析处理数据和显示结果，后者主要完成测试信号的获取等功能，按照不一样的接口总线，主要可分为以下几种方案，如图2.1所示。图2.1硬件组成虚拟仪器的软件组成硬件是基础设备，而软件则是核心技术。针对不同的要求，我们可以利用设计软件来实现各种各样的功能。虚拟仪器系统软件可可以分为三个不同的部分，第一个是visa库、第二个是仪器驱动程序，最后一个是应用程序。本章小结本章节介绍了对虚拟仪器进行了介绍，分别从概念，特点，软硬件组成等方面对虚拟仪器进行了比较系统的介绍，使我们能够很好地对虚拟仪器有一个直观的认识，为后续介绍LABVIEW2018软件打下基础。数据采集系统的设计平台和结构数据采集系统的整体设计方案在设计数据采集系统的时候，要先有一个清楚的设计思路。这样在后续工作开展的时候就能够有章可循，能够比较系统的完成设计工作。于是我通过对相关论文的阅读，初步选出了几个设计方案，并且通过老师的指导选出了一个整体的方案。就是比较常规的设计思路，就是利用先用传感器收集目标信号，然后将这些信号，传给数据采集卡，通过它的整理以后发送到pc机做进一步的处理和分析。最困难的地方就是后续的处理，需要学习LABVIEW2018软件，并且要能够有一个良好的操作水平，通过它完成相关程序设计，来对我们采集的温度信号进行比较理性准确的分析。以上就是整体方案的大概。系统的结构框图本篇论文是在LabVIEW2018软件的基础上，利用USB数据采集卡而进行设计的一种信号采集与分析系统。原理图如图3.1所示：图3.1原理图系统的总体设计本论文在相关硬件的基础上，通过软件设计来完成我们需要的各项功能的实现。比如数据的采集，数据的存储等等。在后续的程序设计中，无论是前面板，还是程序框图都比较清楚简洁，层次分明。整体的设计思路层次分明，从开始的对数据的采集到最后的显示与处理设计起来思路是比较清楚的，程序设计也不会过于繁琐，而是比较清楚明了。系统软件的总体设计过程如图3.2所示。图3.2系统结构的总体设计本论文的设计主要采用分块化设计实现不同的功能，各个部分之间看似分开实际上又是可以相互联通的，这种设计一方面使我们更加高效地研究问题，另一方面设计中出现了问题时也是很方便去修改与完善的，最后整体的框图看起来也更加简单明了，不会因为设计复杂而显得比较乱。数据采集系统的结构原理数据采集系统一般包括Analogsignal的in/out通道和Digitalsignal的in/out通道。数据采集系统的inport又称为Datacollection；数据采集系统的outport又称为Distributionofdata。数据采集系统通常情况下包含两种信号的输入、输出通道，这两种信号分别是模拟信号和数字信号。输入被叫做数据的收集，而输出则被叫做数据的分配。数据采集系统的分类数据采集根据不同的标通常情况下可以分为以下几个种类，首先根据信号通道的数量不同可以分为单通道和多通道方式两种；其次根据是否智能可以分为智能化和非智能化两种；另外由于功能不同可以分为数据的收集与分配。还有其他各种各样的区别，这里不去详细的表述出来，分组的根据各不相同，种类自然也就有所差别。2、数据采集系统的基本功能数据采集主要完成目标信号的采集与处理，期间要借助相关硬件（传感器，数据采集卡等）。最后我们通过对采集数据的分析，了解到目标信号的规律，以此转换成提高生产加工效率的重要依据，更好地服务与我们的生活。数据采集系统设计的基本原则采集的目标不一样，那么具体的设计也就不同，但是由于采集系统组成部分是固定的，所以设计的时候又有一些相似之处。硬件设计的一般规则性价比高（2）安全有效（3）稳定性高软件设计的一般规则（1）构造妥当（2）方便使用（3）运行效率高（4）简洁明了只要我们在设计的时候遵守这些基本原则，并且能够切实结合所研究课题的实际，实事求是地做出改变，那么就能够很好地完成相关系统的设计。但是在设计的时候，需要格外小心的就是软件设计，因为软件设计细节比较多，稍微马虎大意就会出现错误，影响研究进度，硬件方面只需要认真阅读使用说明书，正确完成接线，实现各个硬件之间的互联就行。数据采集系统的硬件平台硬件方面主要用三部分组成，分别是电脑、数据采集卡和传感器。主要工作流程是目标信号被传感器采集后传送到数据采集卡上，经过它的进一步加工，将处理过的目标信号传送到电脑，做更深层次的处理。传感器在选用传感器的时候要认真考虑清楚本课题的实际，选择最符合需要的传感器，虽然说最重要的是软件设计，但是如果硬件方面出了差错同样会影响我们的工作。理论甄选了传感器以后，还要在实际的案例中分析他们的实际表现，确保选出来的传感器正好能够被我们所利用。本论文设计系统采用的传感器是PT100热电阻，也就是通常所说的铂电阻。具体的性能介绍如下：铂电阻0℃时，电阻大小为一百欧姆，电阻变化率为0.3851Ω/℃。之所以采用该温度传感器原因如下：它比较稳定，而且比较准确，测量的温度范围也是比较广的。Pt100如图3.3所示。图3.3Pt100USB数据采集卡图3.4USB数据采集卡如上图所示，本论文设计中采用的是恒凯电子公司的USB数据采集卡，功能丰富，输出输入信号多样，能够应用到各行各业中去。用该数据采集卡和电脑为硬件，再结合相应的编程软件，就可以完成信号采集系统的完整设计。而且各个模块之间连接也比较方便，出错率比较低。数据采集系统软件平台软件的开发过程软件的开发类似于人的一生，从开始研发出来，到后面的测试完善，再到最后淘汰，其实这就是一个软件的发展规律，和我们人类的生存周期有点像——我们人类从出生到后边的读书成长不断完善自己，再到后便逐渐承担起我们的社会责任，再到最后我们逐渐老去。研制计划我们在开发软件之前要先确定一下，我们开发出软件的用途是什么，有什么具体的特点、要求，同时也要针对不同的方案展开讨论，确定出最适合的方案。也就是说，我们要先有一个研制计划，以此来指导我们完成后续工作。明确软件的功能该阶段主要是在已有计划的基础上，去不断收集用户意见，对我们设计软件的功能有一个个性化的定制，确保满足用户的目标。软件的设计阶段当然一个软件的开发过程中，软件的设计才是中心工作，也就是如何具体开展设计工作。期间我们要将之前我们统计的各项用户需求通过编程的方式转换为实际软件的具体功能。程序的每一部分对应着不同的功能，也就是对照着用户不同的需求。合理有效的设计好软件，能够为下步使用软件分析数据打下坚实基础，能够为我们很好地研究问题提供有力帮助。本篇论文中的数据采集系统要实现对一些温度信号的采集目标，整个系统分为以下几个方面，分别是运行界面、主程序、子VI。图3.5软件设计的流程图编写程序阶段该阶段主要是通过编程将事先设计好的功能用计算机语言表达出来。(5)软件的测试阶段此阶段主要目的是为了对软件运行的稳定性进行加强，同时也是通过不断地调试来完善系统的功能，从而不断优化软件的使用体验。软件测试主要由三个部分组成。主要是一个从局部到整体的测试思路，首先针对不同的模块进行测试，将所有的模块测试完成以后，要对整体的布局，界面，功能进行一个测试，找出不足和漏洞，从而进行改善。最后测试完成以后也要对相关测试改进做好记录备案，方便今后再次开发过程中避免出现类似的问题，提高设计效率。(6)软件的维护这是最后一个阶段，主要是去寻找系统中隐而未现的漏洞。我们可以利用LabVIEW编程过程中常用的测试方法比如使用探针和设置断点等，从而精准找到错误，直击要害。LabVIEW的简介LabVIEW（实验室虚拟工程工作台）是可以通过图形化程序语言来编程的软件开发平台，LabVIEW编程可以在多种计算机系统和多种操作平台上使用，大大提高了编程的便利，同时也大大提升了工作效率，收缩了软件开发设计的时间。LabVIEW有很多强大的图形用户界面，它使得编写程序变得简单有趣。它是专门用于模拟、结果显示和一般编程的良好编程语言，是出于测量、数据分析和输出结果而设计的。与广义上的实验仪器不同，该软件更容易操作，用户也可以自行定义需要功能。为了让我们更好地完成编程，LabVIEW设计了大量的函数和子程序库，这就使得编程不再像传统的编程软件那样，面临着复杂的算法结构和内存不足问题的困难。另外LabVIEW中丰富的程序框图使得我们在编程的过程中，能够很好地利用这些现有的模块，不用每次都亲自去搭建。在很大意义上提高了编程的速率，也提高了我们编程的兴趣，使得编程不再枯燥无趣。借助LabVIEW强大的性能，程序员可以合理使用该软件，完成相关程序设计比如我们的数据采集处理等等。也是因为虚拟仪器的近些年的高速发展，LabVIEW软件库已经日益变得发达，操作性也变得极强。另外，LabVIEW很大程度上缩短了软件设计时间，提升了课题研究速率。由于LabVIEW软件编程相比于传统写代码的方式进行编程，更加形象好上手了，所以这也在一定程度上降低了程序员的要求。因此我们相信在不久的未来这种图形化编程的方式一定能在各行各业中占有相当大的比重，而传统的代码编程将有可能逐渐被替代。本章小结本章节介绍了本设计的整体设计思路，从硬件软件原理方面分别进行了说明。无论是数据采集卡，传感器还是我们使用的LabVIEW编程软都进行了详细的介绍，并且将它们是如何联系起来工作的也进行了阐释。期间也进行了不同方案的对比，结合我们本课题的要求最终我们确定了以上方案，作为我们的最终方案，来进行后面的相关数据的采集与分析工作。数据采集系统软件设计软件开发环境本课题软件设计方面利用的是LabVIEW2018软件。主要是考虑到LabVIEW2018软件在程序设计方面比较形象，易于操作。图形化编程也易于上手，整个设计过程不会显得枯燥乏味，另外就是LabVIEW2018软件可以适用于很多环境和平台上，使用极其方便。LabVIEW编程背景图4.1LabVIEW编程背景如图4.1所示为LABVIEW的编程背景。我们以前接触的编程多数像C语言和Java那样，整个程序设计都是利用一个个代码敲成的，但是与之大不相同，LABVIEW中基本是图形化编程，运行是靠数据流动实现。编程时，只需要我们确定好in和out控件，并且利用相关函数将他们接起来，就能够实现相应的功能。除了利用数据库里各种各样的函数，我们还可以利用LABVIEW兼容的传统编程语言进行编写。这也是我们本课题选用LABVIEW2018的一个重要原因。要实现数据的采集其实并不难，无论是传统的编程方式还是利用LABVIEW2018软件都可以很好地实现该功能，但是当遇到多个数据的采集时，LABVIEW2018软件优点就体现的淋漓尽致了，而且它还为后续信号的处理提供了很大的便利。LabVIEW程序组成图4.2LabVIEW程序组成如上图中所示LABVIEW程序一般包含以下几个部分。前面板：就是程序运行时的那个界面；程序框图：我们可以将不同的器件进行连线的那个界面；图标也就是通常所说的连接器。前面板其实是由控件和指示器结合而成的，控件充当输入的角色，能够产生相应的数据输入。与之对应的指示器则是将输出给展现出来。前面板会汇聚多重功能，我们可以通过具体的设置，对目标信号进行一定的采集分析。程序框图就相当于我们传统编程软件的程序编写面板，这里是我们程序的可执行代码，是通过端子、节点和连线基于一定的逻辑关系连接起来的框图，并且能够通过执行来实现我们预期的目标，具备数据采集和处理的基本功能。最后，图形和程序中的的文字表述就组成了LABVIEW程序中的图标。前面板和程序框图如图4.3和4.4所示。图4.3前面板图4.4程序框图一般来说，vi程序具有固定的的图标格式，可以在界面的右上角找到。创建新的vi程序的同时，我们就会看到相应的图标出现。在mainvi程序中去调用每个子vi时，如果使用基于子vi函数的相应图标，可以大幅度增强程序的可阅读性。如果想改变图标外观，请用鼠标左键点击两下前面板右上角的图标，进行更改。LabVIEW工具模板LABVIEW有以下几个工具模板分别是：函数模板（FP）、控件模板（CP）、工具模板（TP）。下面对这几个模板进行一个讲解，以便于我们更好地去熟悉LABVIEW2018软件，并且更好地编写程序。工具选板，LABVIEW中工具模板如图4.5所示：图4.5LABVIEW中的工具模板工具模板中有许多小工具可以用于编程过程中的调试，修改等。我们可任意设置它的可见与否，也可以将其固定在界面上，当我们使用它时可以利用Ctrl加shift将其调出来。如果不清楚各个小工具的作用，我们可以将鼠标放在上边，就会显示出该工具的功能。工具模板的工具及说明书如表4.1所示：表4.1工具选板控件选板，LABVIEW中工具模板如图4.6所示：控件选板一般在前面板我们就能很容易找到，它包含着编辑前面板时要用到的所有对象。控件选板中的基本常用控件可以以当代（Modern）、经典（Classic）和系统（System）3种风格来显示。这三种控件的风格是不一样的，但是丝毫不影响他们具有同样的功能，之所以这样设置是为了满足不同用户对控件样式的不同需求。控件选板如图4.6所示:图4.6控件选板一般当我们建立一个新的vi时，会直接看到控件选板，但是如果遇到没有出现的情况时，我们也可以在前面板的空白处单击鼠标的右键将其打开，当然也有其他一些办法，这里我们主要采用以上方法。控件模块的描述见表4.2。表4.2控件模板功能描述函数选板，LABVIEW中函数模板如图4.7所示：函数模板这里有丰富的函数和vi供我们编程时使用，但我们对相关函数不熟悉的时候，我们也可以通过搜索迅速找到相关函数。函数模板如图4.7所示。图4.7LABVIEW中的函数选板我们可以通过在程序框图的空白处单击鼠标右键来打开函数模板。表4.3简单描述了函数模板的一些功能。表4.3函数模板的一些功能数据采集卡的软件设计本课题中的核心部分就是软件设计这一部分，软件设计方面我们将采用LABVIEW2018进行程序设计，来实现采集数据的目标。另外，我们数据采集卡的选择也至关重要，如果我们选的是内部的采集卡，那么我们在编程的时候就会简单一些，可以直接采用内置驱动程序，如果我们用了其他公司的采集卡，那么我们编程时会稍显麻烦一些，因为我们将不能直接使用内置程序。一般情况下，要想实现LABVIEW与通用数据采集卡的通信，我们可以采取以下几种方法：在采样速率要求不改的情况下，我们可以在LABVIEW的函数模板内，选择高级/记忆中的输入和输出来实现驱动的功能。如果对采样速率要求比较高，但是编写的程序的水平有限的话，我们可以使用第二种方法：利用LABVIEW的CIN图标，生成相应的的子vi，然后在函数模板中找到互连接口模块下的CodeInterfaceNode。当我们使用CodeInterfaceNode的时候，LABVIEW就可以直接调用前面我们已经编译好的代码。这种方法主要特点是：运行速度快、多个程序可以一起运行。当我们使用其他公司的采集卡时，可以采用的方法是用采集卡的DynamicLinkLibrary数.DLL,DynamicLinkLibrary的意思就是说：在形成一个exe文件时，仅仅会在程序中保留函数的入口和接口中，如果没有运行程序，就不会将DLL文件保留到程序。当DLL不被使用时，DLL就会被从内存中移除，在一定程度上缓解了内存压力；经过我们的仔细分析结合我们要完成的目标，本课题最终确定选用第二种方法即I/O方式来完成数据采集卡的软件控制。基于LabVIEW开发虚拟仪器的步骤与其他软件的研究设计步骤大概相同，唯一有点差别的是，虚拟仪器的研究设计中要注重选择合适的I/O接口硬件来更好地完成我们的设计工作。开发虚拟仪器的流程有以下几步：新建VI。我们可以通过两种方法来新建，首先我们可以在打开LABVIEW2018软件后在主界面的右上角点击“文件”就会看到“新建vi”，如图4.9所示，另外一种方法就是在已经打开的vi窗口左上角点击“文件”就会看到“新建vi”，如图4.10所示。图4.8新建vi（一）图4.8新建vi（二）新建vi以后我们要对前面板进行编辑，这里我们要对前面板上的各个需要的控件进行修改，使它们符合我们需要的尺寸、相对位置、属性要求。我们也可以加一些提示性的文字，帮助我们更好地进行编辑。编辑完前面板以后，我们可以点击双击某个控件或者用ctrl+e来切换至程序框图界面，在这里我们一般利用一定的结构比如while循环结构，for循环结构等等，再加上一些函数，最后通过连线完成程序框图的设计，最后我们也可以利用界面上的整理按钮，将程序进行整理，是的整个框图有序排列。当我们完成一个vi的编辑之后，接下来要对其进行保存，并且要运行完善。如果运行顺利那么直接保存即可，方便我们下次继续使用；如果无法运行，那么我们需要对程序中存在的错误进行修改，错误的程序在程序框图界面会被列举出来，我们只需要对其进行注意修改即可。当然我们在调试程序的时候也可以利用“高亮显示”和“设置探针”等方法，帮助我们更好地发现错误，进行修改。开发虚拟仪器的具体步骤的流程图如下图4.8所示。图4.9虚拟仪器的软件设计流程基于LabVIEW的数据采集信号处理我们之前已经了解到LABVIEW软件不仅能够对目标信号进行采集，还能够完成后续对信号的处理。我们通过LABVIEW软件对采集的信号进行处理是为了更加准确分析问题，使我们能够利用波形图、一些计算对研究的问题有一个清楚地判断。LabVIEW处理信号的优点相较于其他软件来讲，数据信号处理速度不再那么慢，使用LABVIEW软件处理数据信号能够更加完整快速，能够完成多方面的分析。LABVIEW软件很好地避开了MATLAB处理信号慢，C语言编程复杂的缺点。之所以说LABVIEW软件处理信号迅速是因为：编程是图像化编程，能够短时间内完成相关程序的编写，对编程水平要求不高。另外示波器等器件直接添加然后创建相应的常量就能够通过波形很好地显示出数据的特点，不需要再外接硬件设备（示波器）去测量。最后就是无论程序的调试还是程序的维护都能够很好地通过软件中的小工具来完成。信号分析处理的方法在LABVIEW中有许许多多的数据信号分析方法，一般我们都是根据研究课题的不同采用不同的数据信号分析方法。通常情况下，信号的分析处理包含有以下几种不同的方法：一是时域分析，二是频域分析。程序模块设计前面板的设计本课题程序设计的前面板大概有以下几个：mainvi前面板，温度采样前面板，读取历史数据前面板。前面板则是由布尔键控制部分和示波器、文本框显示部分。布尔键主要是停止开关。显示部分主要包括实时温度的波形，温度阈值等显示控件。前面板的图形界面如图4.9所示图4.10温度采集系统的前面板图4.11模拟温度生成前面板图4.12读取历史数据前面板温度计要查看控件选项，请右键单击具有经典值的温度计，然后将控件放置在前面板布局窗口中的正确位置。右键单击控制单元，然后单击弹出项目中的“查看项目”选项卡以显示控件名称。3、报警指示灯单击控件选项中显示的鼠标右键，选择经典布尔的经典逻辑矩形指示器，拖到前面板上的适当位置，然后作为警告灯编辑标签。4、温度波形的显示面板单击鼠标右键显示控件选项，并通过Express选择图形显示控件的波形。5、温度数值显示控件单击鼠标右键以显示控件选项。选择经典值的显示控件，拖到前面板上的适当位置。程序框图的设计虚拟温度数据采集系统的程序框图由温度对比程序，模拟温度生成子VI程序，温度处理程序，延时程序，温度显示程序等构成。温度模拟产生子VI程序温度模拟产生子VI程序主要有创建数组，乘法运算器，随机数等组成，然后将该程序打包并且封装，在主程序中进行调用。由于温度实时产生，所以运用While使程序不断循环，点击鼠标右键，出现函数选项，在结构中选择While循环。温度产生子VI程序框图如4-12所示图4.13模拟温度生成子VI的程序框图图4.14模拟温度生成子VI的封装图4.15模拟温度生成子VI的调用温度比较程序温度比较程序主要由大等于比较器，布尔程序组成。其作用是将温度产生子VI程序产生的温度与设定的温度进行比较。如果实时温度大于等于温度阈值，报警灯亮黄色报警。如果实时温度小于温度阈值，报警灯亮绿色。温度下显示程序温度显示程序中包含了温度计和波形图表。温度信号被系统读取以后，相关数据就会在温度显示程序的作用下，显示在前边我们设定的波形图表中，显示程序其实并不难，就是建立一个数组控件，再分别将当前读取的温度信号数据，保留在这个数组中，最后通过传输在波形图表中进行显示，还有将实际的温度在一个显示控件上直接显示出来。具体程序框图如下图所示：图4.16温度数据信号采集系统的程序框图本章小结第四章首先介绍了LABVIEW2018环境，从软件创意的角度推进获取系统的软件设计过程。主要是LABVIEW2018、USB数据采集卡和温度传感器的组合，设计相对简单的温度信号采集系统。在一些实验之后，设计系统的操作方法简单，系统具有高成本性能，可以快速实现编程功能，实时和直观地收集所需的温度数据信号，完成温度信号的收集，直到这里我们也就基本完成了整个课题的设计，后续需要将结论列举出来。结论与展望从本次中，我发现虚拟仪器技术被普遍应用在各个领域各个行业，这无疑是因为利用它帮助我们设计程序可以大幅度减少我们的工作量，使我们的工作更加有效，而且还节省了大量设计开支，所以我们研究虚拟仪器技术应用在一些信号的采集与处理工程的设计上是非常有前途的，也是有一定道理的。本文主要是在使用USB数据采集卡的基础上，利用LABVIEW2018软件平台设计出来一个关于温度信号的采集与信号处理系统，主要是对于信号采集与分析进行研究，分为对虚拟示波器的设计以及对信号分析系统的设计等，以此来实现了对于数据信号的采集、波形的显示等几个目标，基本上满足设计需要。在现实的研究工作中，当硬件条件统一时，用户可以根据具体的需求来DIY虚拟仪器的前面板以及程序过程，或者通过修改或增减软件模块来实现一些新的功能。本文所设计的系统把数据信号的采集与分析统一了起来，节省了研究设计开发的成本，系统效率更高。论文中的设计工作已经基本完成，但是由于本人的综合水平有限以及硬件设备短缺等原因，导致该信号采集与处理系统的一些功能还有待于下一步地完善。该系统可以继续深入探究的方向以及存在的几个不足主要如下所示：在系统的硬件方面，目前用的是USB数据信号采集卡，在之后的工作和研究中可以用公司内部的数据采集卡来采集我们日常生活中的不同数据信号的采集，来更好地完善现在的系统存在的漏洞。网络发展的很快，虚拟仪器的研究也正在逐步地向仪器网络化的大方向转型。如果能够很好地把虚拟仪器接入到Web中，那么它的功能将会更加强大，用户可以实时根据网络技术来查看关于任何地方的测量数据信息，研究发明出虚拟网络实验室，不仅可以节约设计开发的时间和成本，而且能够是我们在高科学研究方面的工作更加有效。参考文献向科峰.基于LabVIEW的数据采集系统若干问题研究[D].硕士论文.绵阳:西南科技大学，2007.张青.基于PCI总线的虚拟仪器研究[D].硕士论文.重庆:重庆大学，2009.[3]陈锡辉，张银鸿编著.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007，7:27～298.[4]王玉伟.基于LabVIEW的测试软件设计[D].硕士论文.太原:中北大学，2009.[5]何春鹏.基于LabVIEW的数据处理与仿真的研究[D].硕士论文.北京:北京交通大学，2008.[6]徐万明.基于LabVIEW的虚拟仪器研究与开发[D].内蒙古：内蒙古科技大学，2006.[7]宋青.