基于labview的网络虚拟实验室构建

基于labview的网络虚拟实验室构建内容摘要：

图 生成和显示 VI程序框图 LabVIEW 的网络通信 LabVIEW是 NI公司具有革命性的图形化虚拟仪器开发环境，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调试、运行于一体。 目前使用的最多的版本是， 可以使用的最高版本是 ， 早在从 虑到了测控系统的网络化要求，集成了各种通信协议，提供了丰富的网络化组件。 使用 LabVIEW实现网路通信有四种方法： ① 无需具体协议的远程桌面连接。 ② 使用 datasocket技术进行网络通信。 ③ 现场实时发布测控程序的网页，异地使用浏览 InterExplorer,NETscape Communicatior等）进行监控。 ④ 使用 TCP/IP、 UDP等传输控制协议编程进行网络通信。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 7 3 虚拟实验室构建 虚拟实验室的总体构建方案 随着国家对教育事业的不断关注以及大 力扶持，教育事业得到了飞速的发展，学生规模也急剧增加，这样各类学校的教育资源受到了很大的冲击，当然这也包括实验教学资源，实验教学资源极度紧张，为了减轻负担，建立基于虚拟仪器技术的虚拟实验室系统，以软件编程代替实际实验，能够有效解决各大院校中由于实验资源紧张带来的问题，已成为很多院校着手建立虚拟实验室的一个重要原因。 本虚拟实验室 的总体构建方案是构建四种虚拟实验室常用的虚拟测量仪器，它们包括 虚拟任意波形发生器、虚拟滤波器、双通道虚拟信号发生器和双通道虚拟示波器 等。 它的 结 构流程图如图。 图 虚拟实验室基本流程框图 虚拟任意波形发生器的设计 虚拟任意波形发生器的功能 该仪器的主要功能 是 根据用户的需要， 在前面板上的下拉式选择控件 选择产生不同类型的波 ：正弦波、三角波、锯齿波和方波。 能 在前面板 对输出不同波形的频率、幅值、初始相位和波形的直流偏移量进行设置，并 能 在运行中观察波形的输出显示。 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 8 虚拟任意波形发生器的 设计 虚拟任意波形发生器可以利用 LabVIEW设计一个 VI来实现， LabVIEW中提供了多中波形函数，这为制作任意波形发生器提供了方便。 下面 粗 略介绍下如何构建 VI。 首先利用 LabVIEW新建一个 VI，命名为虚拟任意波形发生器 .VI。 该 VI设计分为前面板和程序框图两部分设计。 为了能产生连续的波形，首先在程序框图中建立一个 While循环，并用一个逻辑控件控制它的起停，由于设计的是任意波形发生器，为了能向外输出多种波形，在While循环中又添加了一个条件结构。 条件结构包含多个子图形代码框，每个子图形代码框包含一段子程序，一个子图形代码框对应一个条件，这些子图形代码框像卡片一样重叠在一起，任何时候只有一个可见，条件结构左边框上带有一个。 端口，此端口为选择端口，连接到 选择端口的值就决定了条件结构执行时到底执行那一块子程序。 我们为选择端口连接了一个下拉式列表控件，为它输入了四个选项：正弦波、方波、三角波和锯齿波。 我们还需利用 LabVIEW提供的工具将下拉列表中的选项与子图形代码框里的子程序进行对应。 这样弄完了以后我们就可以在前面板上根据自己的需要用这个控件来选择自己想要得到的波形了。 接下来我们就应该向条件结构中添加波形函数发生程序了，打开函数选板，点击信号处理子模版，在打开的子模板中点击波形产生，在打开的模板中选择正弦波，把该函数放入到条件结构子程序代码框中。 在条件 结构窗口选择器的地方单击鼠标右键，在弹出的下拉菜单里选择在后面添加分支选项，连续添加几个后，在每一个添加的子程序代码框中分别把方波、三角波和锯齿波等函数添加进去。 本任意信号发生器还在各个输入端口连接了相应的控制键，控制键的建立可以在前面板中进行，在前面板中单击鼠标右键，在弹出的控件选板中的数值栏中选择输入控件四个，分别命名为偏移量、频率、幅值和相位。 将这些控件分别接入到条件结构的输入端。 在前面板的人机交互界面上还可以建立一个簇，在里面添加两个输入控件，命名为采样频率和采样点数。 有了这些控件，我们就可以自由 的调节来产生自己想要得到的波形了。 为了能让用户直观的看到虚拟任意波形发生器向外输出的波形，我们需要在程序的输出端口创建一个图形显示控件。 LabVIEW的图形显示控件有三类：波形图表、波形图和 XY图。 波形图表主要用于完成信号的动态显示，而波形图主要用于信号的静态攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 9 显示， XY图主要时显示数据坐标之间的函数关系。 我们在这里创建了一个波形图来显示。 设计完的虚拟任意波形发生器的 前面板 和 程序框图 如图。 图 任意波形发生器前面板 图 任意波形发生器的程序框图 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 10 虚拟 数字 滤波器的 设计 虚拟 数字 滤波器 的功能 滤波是信号处理 的一项重要内容，广义的滤波是在被测信号中选取我们感兴趣的那一部分信号。 一个实际的应用系统中，获取的信号源往往含有多种频率成分，为了对某些频率成分做进一步的分析和处理，就需要将其中需要的频率成分提取出来，不需要的成分删减掉。 实现这一功能的环节就叫做滤波器。 我们可以通过本 滤波器 的前面板输入正弦信号的频率，采样点数和采样频率来控制产生的正弦信号 和噪声信号 ，我们还可以通过选择低截止频率 和滤波器阶数来调整我们选择的滤波器，以此来得到更好的滤波效果，最后我们 还可以在前面板上通过两个波形图来对比滤波前和滤波后的波形，最后得出滤波结论。 虚拟 数字 滤波器的 设计 滤波器的作用就是对采集的信号进行筛选，只让特定的频率段通过，本例为低通滤波器。 在 LabVIEW的图形化编程中，它提供了多种常用的滤波器，并且提供了多种设计数字滤波器的 VI，使用起来很方便，只需输入相应指标即可。 打开程序框图的函数选板，我们可以找到滤波器模板，可以看到常用的有巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器和贝塞尔滤波器。 各个滤波器都有各自的特点和用途，这里我们就不赘述。 我们这里选择巴特沃斯 滤波器，以获得最平滑的特性曲线。 具体设计过程如下： 利用 LabVIEW首先新建立一个 VI,该 VI的设计采用 While循环来实现， While循环控制程序反复执行一段代码，直到某个条件发生。 While循环有两个固定端口，一个输出端口和一个输入端口，输出端口是输出当前循环的次数，条件端口是一个布尔量输入端口条件端口遇到什么样的情况能让While循环停下来，这个是可以设置的，本例中在 While循环的固定布尔输入端口接上了一个退出布尔量，程序的左半边的上半部分安了一个正弦信号发生器，在它的输入端上分别接入了正弦频率 、采样点数和采样频率输入控件，这样就产生了一个自己想要的正弦信号，在左半边的下半部分有一个均匀白噪声子 VI,然后在通过一个高通滤波器产生了一个白噪声干扰信号，将这边部分产生的两个信号叠加后输入到右半部分。 为了能让用户直观的对比信号滤波前和滤波后的效果，在设计中把采集的信号和滤波后的信号都分别连接到两个波形显示图上，在数据输入显示图前，先把数据信息攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 11 输入捆绑函数，捆绑函数可以将不同的数据类型捆绑在一起形成一个簇，右边最上端簇后面的波形显示的是滤波前的波形，第二个波形图上显示的是左边输入的叠加信号经过一个低通滤 波器滤波后的波形，这个低通滤波器设置了截至频率和滤波器阶数等信息。 设计完的虚拟数字滤波器的 前面板 和 程序框图 如图 图 虚拟数字滤波器的前面板 图 虚拟数字滤波器的程序框图 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 12 双通道信号发生器的 设计 双通道信号发生器的功能 在本双通道信号生器中， 我们可以通过它前面板上的两个下拉式列表选择我们想要发生的波形，供选择的波形有：正弦、方波、斜波和三角波等。 我们还可以通过前面板上四个黄色的旋钮来调控我们产生波形的频率和幅值，其中有两个调节 A通道，有两个调节 B通道。 通过最上端的两个波形显示控件我们可以清楚的看到自己想要得到的波形。 最后我们还可以通过前面板上的功率频谱波形显示来观察我们所得到的两个信号通过滤波器和 FFT功率谱以后所产生的频谱图。 双通道信号发生器的设计 该通道信号发生器有两大做用，一个是通道 A和通道 B产生我们想要的波形、另一个就是将通道 A和通道 B产生的波形进行完滤波后，在经过 FFT功率谱（ VI）进行进行信号的频谱分析。 该系统的设计步骤如下： 首先在 LabVIEW中新建立一个 VI,我们在这里需要产生连续的波形，所以首先打开函数选 板选择中结构中的 while循环，在 while循环中我们先在函数选板的信号处理的波形生成中选择两个基本函数发生器，在它们两个的信号类型端口创建一个下拉列表控件，在里面添加几种类型的信号，入正弦信号、三角信号、斜波和方波信号。 然后在基本函数发生器的幅值、频率和采样信息输入端口创建相应的控件，以此来控制产生不同的波形，通道 B类似于通道 A。 为了能让用户直观的看到产生的信号波形图，我们创建了两个显示波形的控件（波形图）。 通过上面的步骤，我们已经能顺利的产生自己想要的波形了，接下来是信号的频谱分析这一块，我们在 while循环中创建了一个条件选择结构，其主要目的是我们可以选择不同的滤波器来进行滤波，我们在默认 0子程序代码框中放入了两个Butterworth滤波器，将刚刚产生的通道 A和通道 B的波形分别接入到条件结构的两个滤波器的数据输入端 X进行滤波，我们在 1子程序代码框中放入了两个 Chebyshev滤波器，同样需将通道 A和通道 B的波形接入到滤波器的数据输入端 X。 条件结构左侧边框上带。 图标的端口为选择端口，连接到选择端口的值决定了条件结构到底执行哪一段程序，我们这里在这个端口上接入了一个滤波器选择的下拉式列表控件。 用于到底 是用 Butterworth滤波器还是用 Chebyshev滤波器进行滤波， 将经过滤波后的波形从条件结构中输出，将它们接入到 FFT功率谱的时间信号端口，这个时间信号就是输入的时域波形。 然后将通过 FFT功率谱的两个输出信号经过攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 13 捆绑函数形成簇，这时输出的信号就是经过了时域分析的信号，我们为了大家的观察，同样在捆绑函数的输出端也接入了显示控件。 这样我们就可以通过它来做信号的频谱分析了。 双通道信号发生器的程序框图和前面板如图。 图 双通道信号发生器的前面板 图 双通道信号发 生器的程序框图 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 3 虚拟实验室构建 14 双通道虚拟示波器的 设计 双通道虚拟示波器的功能 本示波器的设计主要参考了双通道台式示波器的功能，仪器的主要功能包括 通道1和通道 2输入信号控制功能、输入信号的显示功能、数据的 处 理和保存功能以及输入信号的频谱分析 等四大功能模块。 前面板就是由这四大功能模块组成的，并且 这四大功能在这个虚拟示波器上都能顺利得到实现。 双通道 虚拟示波器的 设计 概括的讲，本示波器的主前面板主要分为四大功能模块，它们分别为： ① 通道 1和通道 2输入信号控制功能模块，完成自己想要的信号的输 入。 ② 输入信号 显示模块，完成步骤 1输出波形的显示。 ③ 信号的数据处理和保存模块，完成信号的处理和保存。 ④ 信号的功率频谱分析模块，完成信号的频谱分析。 在进入示波器的主前面板后，可以用鼠标点击前面板上的启动按钮来启动整个分析仪，在主前面板上按下停止按钮又可以使分析仪停止运行。 下面主要介绍下本系统的使用。 ① 通道 1和通道 2输入信号控制功能模块 这部分模块包含以下几个部分，产生信号波形部分、选择显示波形及移动波形控件部分、滤波部分。 产生波形部分有一个 VI程序，它的程序框图如图。 图 产生信 号波形程序框图 它包含了两个条件结构，最外层的条件结构用于选择产生什么样的波形，供选择的波形有：正弦波、锯齿波、三角波、矩形波和直流。 里层的条件结构主要用于选择攀枝花学院本科毕业设计（论文）。