虚拟仪器课程设计报告闹钟Word文件下载.docx
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图1虚拟仪器系统框架图
2.工具软件简介
LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench)是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。
传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序,而LabVIEW
则采用数据流编程方式,程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。
VI指虚拟仪器,是LabVIEW
的程序模块。
LabVIEW是图形化编程语言,也是第三代的编程语言,LabVIEW是一种程序开发环境,由美国国家仪器(NI)公司研制开发的,类似于C和BASIC开发环境,但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是:
其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式。
LabVIEW提供很多外观与传统仪器(如示波器、万用表)类似的控件,可用来方便地创建用户界面。
用户界面在LabVIEW中被称为前面板。
使用图标和连线,可以通过编程对前面板上的对象进行控制。
这就是图形化源代码,又称G代码。
LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图,因此又被称作程序框图代码。
以下为某个LabVIEW程序的程序框图。
图2LabVIEW程序框图
二、课程设计任务
1.LabVIEW课程任务设计题目
1)基于LabVIEW的闹钟程序编写
用LabVIEW软件编写一个小的闹钟程序,要满足有以下功能:
●可以实现时钟即时显示
●添加万年历显示
●添加闹钟自动屏蔽周末
●可手动设置闹铃工作日
2)基于LabVIEW的串口通信程序
●实现串口通信功能
●实现串口传输数据的波形显示
3)基于LabVIEW的温度测量程序
●用热敏电阻实现室温信号的模拟量采集
●实时显示当前室内温度
2.使用软件及版本
本次设计性课程采用NI公司的LabVIEW最新版本LabVIEW2012进行开发,另外在串口通讯程序中,需要采用虚拟串口软件,以便于串口通讯的操作。
三、课程设计过程
1.闹钟程序设计过程
1)实时时间的显示
实时时间的显示采用两种方式实现,一种是表盘式,一种是数字显示式,表盘式的采用LabVIEW自带的转盘控件,数字显示采用布尔指示灯做成七段LED数码显示管,具体如下图所示。
图3量表制成的转盘式钟表
在这里需要说明的是,软件自带的量表控件只有一根指针,需在属性中添加指针变成三个指针(分针、时针、秒针),但是指针长短是一样的,这样便无法区分时针分针,这里采用一种简单的办法来实现区分时针、分针的转盘,原理就是建立两个转盘控件,一个作为秒针以及分针,另一个作为时针,同时时针控件通过自定义删除除指针之外的所有东西,然后将之覆盖在分针、秒针表盘上面,变成为如上所示的时钟转盘。
图4两个子时钟
如图4所示,将两个转盘合并即变为所需的时钟(时针长短与分针区别)。
时钟实时显示程序实现:
转盘控件有默认一个输入量,通过小时、分钟、秒钟信号通过合并信号会和输入转盘,再在转盘设置相应刻度即可实现时钟显示。
图5转盘时钟显示程序
图6数码管时钟显示程序
数码管显示中,将7个布尔指示灯排列成数字式,并放入一个簇中,通过建立条件结构实现数字0-9的显示,如上图所示为两位小时的显示。
2)万年历显示
万年历显示采用Windows系统万年历控件(MonthCalendar),可以通过LabVIEW.NET控件调用该控件,实现万年历显示。
图7万年历显示
3)闹钟设置
闹钟设置包含设置工作日,选择时间、选择闹钟音乐等等,闹钟设置采用子VI的形式实现,在主程序中只要调用子VI便可重复多次设置闹钟。
图8闹钟设置界面
部分程序实现:
这里通过工作日选择说明该部分程序。
采用顺序程序实现。
第一帧为将空字符串赋予工作日显示框,第二帧为工作日选择赋值,下图中簇内部包含周一到周日的布尔指示灯,如果程序运行时候手动选择工作日,便会给工作日显示框赋值,在第三帧中变不会进入条件真值中,显示选择的日期,如果不选择默认显示周一、周二、周三、周四、周五,自动屏蔽周末。
图9工作日选择程序框
4)闹钟设置显示
闹钟设置显示通过数组实现,建立一个字符串数组,在闹钟设置后通过建立全局变量或者是子VI输出的方式传递设置的闹钟参数。
图10闹钟设置及显示
图11调用子程序显示闹钟设置参数
5)闹钟响应部分
通过对比闹钟设置小时、分钟与当前小时分钟对比,触发闹钟事件,触发事件包括播放设置铃声。
图12闹钟响应程序
2.串口通信程序设计过程
串口通讯程序设计之前,要安装虚拟串口程序,模拟两台电脑之间通过串口通讯。
串口通讯程序界面如图所示:
图13串口通信程序
如上图所示,程序界面包含发送端与接收端,发送端,以及发送设置端,通过VISA控件设置串口传递参数。
图14配置VISA串口
配置完程序窗口之后,通过VISA读写函数读取串口信息,同时将当前读取的串口信息发送至其他串口。
图15写入VISA函数用法
做好上述准备工作之后,再通过文本框或者图标将数据显示出来,便完成了串口通信程序的设计。
3.温度采集程序设计
温度采集程序的实现较为简单,通过NI数据采集卡以及热电偶组成数据采集简易系统,通过热敏电阻搭建简单的串联电路,串联一个100KΩ的电阻组成分压电路,热敏电阻随温度上升阻值下降,25℃时其电阻为100KΩ,外接电源5V,在本程序中数据采集卡型号为USB-6008,选择0通道。
温度采集程序界面如下图所示;
图16温度采集程序
如上图所示通过温度计显示实时温度,图表显示数据采集卡采集到的电压变化(其中前表为滤波之后的电压值,后表为滤波之前)。
数据采集程序主要有LabVIEW自带的DAQ助手完成,连线完成之后,配置DAQ助手采样频率,输出端既为动态的数据流,通过对动态的数据流进行处理(包括信号的滤波,以及电压信号转换为温度指标),实现温度的实时响应。
图17温度电压信号采集
如上图所示,得到实时变化的电压信号之后,对电压值进行均值处理,均值处理可以采用LabVIEW自带的均值处理函数,也可自行设计均值程序,在本程序中采用自行设置均值程序的办法,这样的话电压信号更稳定,不易跳动,如上图所示,每采15个信号进行一次平均电压的计算,电压信号变化平稳,不容易产生太大的跳动易于观察。
得到平均电压之后,要根据该热敏电阻的标定表进行电压—阻值—温度的转换,通过老师提供的标定表,标定出其中的关系,首先要通过分压公式将当前热敏电阻的阻值计算出来,然后通过标定表中不同温度下热敏电阻的阻值,拟合出热敏电阻,电阻—温度的关系,并将这些关系写入温度采集程序中,通过这些关系计算出当前热敏电阻阻值以及当前室温。
图18平均电压—电阻—温度转换关系表
四、设计程序实际测试
1.闹钟程序测试
在闹钟程序设置中,测试两种状态下的闹钟响应状况,一种是默认情况下,另外一种是非默认情况下的相应。
在默认情况下(默认屏蔽周末),设置时间、说明、铃声,但是不选择工作日,闹钟表显示周一到周五脑中有效,测试成功,同时闹钟时间到,铃声会响起
图19默认情况下闹钟响应
在非默认情况下,可以手动设置工作日,屏蔽掉你不想闹钟响的时间。
图20自定义闹钟响应
2.串口通信程序测试
串口调试主要包括发送与接收数据的调试,还有串口发送数据波形以及另外一个串口接收数据波形并显示出来,具体如下图所示。
图21串口通信1
如上图所示,在串口1(COM2)发送文本字符“你好labview”,点击发送之后,接收区接收到“你好labview”的文本字符并显示出来,所以在两个串口之间通信成功。
图22数据波形的发送与显示
如上图所示,随即数据及波形产生之后,发送端显示响应的波形,发送到另外一个串口之后,串口接受文本显示这些数据同时在波形图标上绘出了一致的波形。
3.温度测量系统的测试
将测温分压电路以及数据采集卡连接好之后,启动程序,开始测量,测量结果如下所示:
图23温度实时显示
测得温度与实际温度接近,温度测量测试成功。
五、课程设计心得体会
通过本次课程设计,使我进一步加深了虚拟仪器理论知识的深刻理解与领悟,更重要的是使我学习了LabVIEW的基本操作以及在虚拟仪器设计领域的应用,这次课程设计是在不断硬件和软件调试的过程中度过的,尽管遇到了很多的困难,但是在学习众多案例之后最终还是设计出来了闹钟程序,闹钟程序实现了老师要求的基本功能,同时设计了串口通信程序成功的设对两台计算机进行通信,最后用数据采集卡连热敏电阻成功测出当前室温。
总之通过这次课程设计,加强了自己对虚拟仪器概念的理解,重新认识了软件即仪器这个概念,也对第三代编程语言,图形化编程语言(G语言)逐步的熟悉。
本次课程设计尽管完成了目标,但是依然有一些不足之处需要我们继续改进,比如闹钟程序未能成功的将声音播放部分改成子VI,通信程序要先保存数据发送过去才能显示波形,另外就是温度采集程序报警功能未能完全实现,这些问题要在日后的学习生活中逐步改正。
六、课程设计成绩及评分
指导教师批阅意见:
成绩评定
指导教师签字:
时间:
备注
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- 关 键 词:
- 虚拟仪器 课程设计 报告 闹钟