基于虚拟仪器的溢流阀性能计算机辅助测试系统设计测控技术与仪器专业论文

基于虚拟仪器的溢流阀性能计算机辅助测试系统设计测控技术与仪器专业论文内容摘要：

使用专用软件开发虚拟仪器系统编程容易，开发周期短。 LabVIEW 不仅为测试、测量以及过程控制领域提供了大量仪器面板对象，而且用户还可以方便地将现有的控制 对象改成适合自己工作领域的控制对象。 LabVIEW 基于数据流编译型图形编程环境，解决了其它按解释方式工作的图形编程环境速度慢的问题。 LabVIEW 提供了功能强大的函数库，从低层的 I/O接口控制子程序，到大量的仪器驱动程序，从基本的数学函数、字符串处理函数到高级的分析库，均可供用户直接调用。 此外， LabVIEW 还支持Windows95/98NT,Macintosh， HP 等操作系统平台，在不同平台上开发的应用程序可直接进行移植提供了 DLL 接口和 CIN 接口，使用户在 LabVIEW 平台上能调用其他软件平台编译的模块。 提供对 OLE 的支持。 正是由于 LabVIEW 的众多优点，使得它已经成为在数据采集、检测、数据分析等方面领先的开发平台，在世界范围内得到广泛应用。 虚拟仪器的功能 不管是传统的还是虚拟的仪器，它们的功能都是相同的：采集数据，对采集来的数据进行分析处理，然后显示处理的结果。 它们之间的不同主要体现在灵活性方面。 虚拟仪器由用户自己定义，这意味着你可以自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种应用系统所需要的附件。 这一创新，使得用户能够根据自己的需要定义仪器功能，而不像传统仪器那样，受到仪器厂商的限制。 虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。 硬件的主要功能是获取真实世界中的被测信号，可分为两类：一类是满足一般科学研究与工程领域测试任务要求的虚拟仪器。 最简单的是基于 PC总线的插卡式仪器，也包括带 GPIB 接口和串行接口的仪器；另一类是用于高可靠性的关键任务，如航空、航天、国防等应用的高端 VXI 仪器。 虚拟仪器系统将不同功能、不同特点的硬件构成为一个新的仪器系xxx 第 8 页 共 52 页 统，由计算机统一管理、统一操作。 软件的功能在于定义了仪器的功能。 虚拟仪器最重要、最核心的技术是虚拟仪器软件开发环境。 作为面向仪器的软件环境应具备以下特点：一是 针对测试工程师而非专业程序员，编程必须简单，易于理解和修改；二是具有强大的人机交互界面设计功能，容易实现模拟仪器面板；三是具有强大的数据分析能力和数据可视化分析功能，提供丰富的仪器总线接口硬件驱动程序。 在一定配置的计算机和仪器硬件确定之后，软件成为了构造和使用虚拟仪器的关键。 虚拟仪器的主要开发环境有 BASIC、 C(C＋＋ )、 VB、 VC、 Delphi、Labview、 Labwindows/CAI 等。 其中 BASIC 和 C语言等都是基于文本的传统编程语言，而 Labview、 Labwindows/CAI 是美国 NI 公司 提供的虚拟仪器图形化软件开发平台。 另外，仪器驱动程序与用户接口开发工具软件也是组建虚拟仪器软件的重要组成部分，它们是在特定环境下开发出来的，主要用于实现仪器硬件的通信和控制功能。 图形化编程语言 LabVIEW及其应用 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 是NI 推出的虚拟仪器软件开发平台，它们能够以直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的 仪器系统创造了基础条件。 LabVIEW 采用图形化编程语言G 语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。 特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样。 因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习 LabVIEW 驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用 LabVIEW。 也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。 像 C 或 C++等其它计算机高级语言 一样， LabVIEW 也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、 GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。 LabVIEW 也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。 LabVIEW 的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。 而且 LabVIEW 与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：xxx 第 9 页 共 52 页 其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而 LabVIEW 采用图形化编程语言 G语言。 LabVIEW 程序又称为虚拟仪器，它的表现形式和功能类似于实际的仪器；但LabVIEW 程序很容易改变设置和功能。 因此， LabVIEW 特别适用于实验室多品种小批量的生产线等需要经常改变仪器和设备的参数和功能的场合，及对信号进行分析研究、传输等场合。 由于 LabVIEW 能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式，能够将繁琐复杂的语言编程简化成为以菜单提示方式选择功能，并且用线条将各种功能连接起来，十分省时简便。 与传统的编程语言比较， LabVIEW 图形编程方式能够节省 85％以上的程序开发时间，其运行速度却几乎不受 影响，体现出了极高的效率。 使用虚拟仪器产品，用户可以根据实际生产需要重新构筑新的仪器系统。 例如，用户可以将原有的带有 RS232 接口的仪器、 VXI 总线仪器以及 GPIB 仪器通过计算机，联接在一起，组成各种各样新的仪器系统，由计算机进行统一管理和操作。 LabVIEW 开发环境使用简介 LabVIEW 开发环境分为三部分：前面板（ Front Panel）、程序框图（ Block Diagram）、图标和连接端口（ Icon and Connector Pane）。 前面板和程序框图如图 所示。 （ a）前 面板 xxx 第 10 页 共 52 页 （ b）前面板 图 前面板和程序框图例子 前面板是由控件构成的图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出量。 在前面板中，输入量控件被称为控制件（ Control），输出量控件被称为显示件（ Indicator），它们通过各种图标如按钮、旋钮、开关、图表等形式出现在前面板上。 每个控件在程序框图中以端口图标的形式出现。 如图 （ a）中所示，名为“ STOP”的按钮为控制件，名为“ Sine”的 Waveform Graph 波形图显示框为显示件。 程序框图由节点（ Node）、端口（ Terminal）和连线（ Wire）组成，它利用图形语言对前面板上的控制对象即输入量和输出量进行控制。 节点是实现函数功能的基本单元，在程序运行时完成一定的操作；端口是程序框图中传递数据的起点和终点；连线是程序框图中各个对象之间传递数据的通道，定义了程序框图内数据流动的方向，控制图形语言程序执行的顺序。 如图 （ b）中所示，Simulate Signal 函数和外层 While 循环框为节点， Waveform Graph 波形显示框和 STOP 按钮为端口， Simulate Signal 函数和 Waveform Graph 波形显示框之间有连线相接。 图 中程序的功能是在前面板上显示正弦波图形，直到按下 STOP按钮为止。 图标和连接端口用于把 LabVIEW 程序定义为一个子程序，从而实现模块化编程，图标是子程序在其它程序框图中被调用的节点表现形式，连接端口则表示节点数据的输入、输出口。 图标和连接端口可以让用户把 VI程序变成一个对象 (VI子程序 )，然后在其他程序中像子程序一样地调用它。 图标表示在其他程序中被xxx 第 11 页 共 52 页 调用的子程序，而接线端口则表示图标的输入 /输出口，就像子程序的参数端口对应着 VI 程序前面板控件和指示器的数值。 LabVIEW 具有三个可移动的图形化 工具模板：工具模板（ Tools Palette）、函数模板（ Functions Palette）和控件模板（ Controls Palette），如图 所示，这三个模板集中反映了该软件的功能与特征。 （ a） 工具模版 （ b）函数模版 （ c）控件模版 图 工具模板、函数模板和控件模板 工具模板提供用于图形操作的各种工具，比如定位、标注、断点、连线、文字注释等；函数模板提供一些基本的数学函数和其他功能函数；控件模板提供前面板编辑所需的图像图标 和一些特殊的图形。 这三个模板是 LabVIEW 编程的主要工具。 （ 1） 工具图标有如下几种： xxx 第 12 页 共 52 页 表 工具图标 图标 名称 功能 1 Operate Value（操作值） 用于操作前面板的控制和显示。 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 2 Position/Size/Select（选择） 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 Edit Text（编辑文本） 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 Connect Wire（连线） 用在流程图程序上连接对象。 若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 Object Shortcut Menu（对象菜单） 用鼠标左键可以弹出对象的弹出式菜单。 6 Scroll Windows（窗口漫游） 使用该工具就可不要使用滚动条而在窗口中漫游。 7 Set/Clear Breakpoint（断点设置／清除） 使用该工具在 VI的流程图对象上设置断点。 8 Probe Data（数据探针） 可在框图 程序内的数据流线上设置探针。 通过控针窗口来观察该数据流线上的数据变化状况。 9 Get Color（ 颜色提取） 使用该工具来提取颜色用于编辑其他的对象。 10 Set Color（颜色设置） 用来给对象定义颜色。 它也显示出对象的前景色和背景色。 （ 2）控制模版包括如下所示的一些子模板。 子模板中包括的对象，我们在功能中用文字简要介绍。 表 控制模版图标 图标 子模板名称 功能 1 Numeric（数值量） 数值的控制和显示。 包含数 字式、指针式显示表盘及各种输入框。 2 Boolean（布尔量） 逻辑数值的控制和显示。 包含各种布尔开关、xxx 第 13 页 共 52 页 按钮以及指示灯等。 3 String amp。 Path（字符串和路径） 字符串和路径的控制和显示。 4 Array amp。 Cluster（数组和簇） 数组和簇的控制和显示。 5 List amp。 Table（列表和表格） 列表和表格的控制和显示 6 Graph（图形显示） 显示数据结果的趋势图和曲线图 7 Ring amp。 Enum（环与枚举） 环与枚举的控制和显示 8 I/O（输入 /输出功能） 输入 /输出功能。 于操作 OLE、 ActiveX 等功能。 9 Refnum 参考数 10 Digilog Controls（数字控制） 数字控制 11 Classic Controls（经典控制） 经典控制，指以前版本软件的 面板图标。 12 Activex 用于 ActiveX 等功能。 13 Decorations（装饰） 用于给前面板进行装饰的各种图形对象 14 Select a Controls（控制选择） 调用存储在文件中的控制和显示的接口 15 User Controls（用户控制） 用户自定义的控制和显示。 （ 3）功能模板是创建流程图程序的工具。 该模板 上的每一个顶层图标都表示一个子模板。 若功能模板不出现，则可以用 Windows 菜单下的 Show Functions Palette 功能打开它，也可以在流程图程序窗口的空白处点击鼠标右键以弹出功能模板。 功能模板如右图所示，其子模块如下所示。 （个别不常用的子模块未包含） xxx 第 14 页 共 52 页 表 子模块 图标 子模板名称 功 能 1 Structure（结构） 包括程序控制结构命令，例如循环控制等，以及全局变量和局部变量。 2 Numeric（数值运算） 包括各种常用的数值运算， 数制转换、 三角函数、对数、复数等运算，以及各种数值常数。 3 Boolean（布尔运算） 包括各种逻辑运算符以及布尔常数。 4 String（字符串运算） 包含各种字符串操作函数、数值与字符串之间的转换函数，以及字符 (串 )常数等。 5 Array（数组） 包括数组运算函数、数组转换函数，以及常数数组等。 6 Cluster（簇） 包括簇的处理函数，以及群常数等。 这里的群相当于 C 语言中的结构。 7 Comparison（比较） 包括比较运算函数，如大于、小于、等于。 8 Time amp。 Dialog（时间和对话框。