虚拟仪器课程设计.docx

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虚拟仪器课程设计

虚拟仪器课程设计

一、一般信号分析的虚拟仪器设计

1、虚拟信号频谱分析仪设计（正弦波、余弦波、三角波等）

要求：

1）模拟产生一个周期信号（可选择方波、三角波、锯齿波等中的一个）并进行图形显示；

2）信号的幅值、相位和频率可调。

3）对产生的周期信号，进行频谱分析并图形显示。

功能描述：

可观察产生波形等经过FFT后的幅值谱。

并分析调试结果。

二、工程测试实验教学虚拟仪器

1、温度传感器实验仪器设计

虚拟实验仪器要求：

1）可测试热敏电阻的电压情况；

2）可测试被测物体的温度情况并图形显示；

第一章虚拟信号频谱分析仪设计…………………………………………1

一、前面板设计………………………………………………………………………1

二、流程图设计………………………………………………………………………2

三、运行检验…………………………………………………………………………4

第二章温度传感器实验仪器设计……………………………………………6

一、设计原理…………………………………………………………………………6

二、前面板设计………………………………………………………………………7

三、流程图设计………………………………………………………………………7

四、运行检验…………………………………………………………………………10

第三章总结与心得………………………………………………………………11

第四章参考文献……………………………………………………………………12

第一章虚拟信号频谱分析仪设计

一、前面板设计

1、五个输入型数字控件

五个输入型数字控件供使用者键入生成采样频率、初始相位、信号幅值、采样点数、信号频率。

操作：

控制>>数值>>数值输入控件五次，得到五个输入型数字控件，分别标记为“信号频率”、“采样频率”、“采样点数”、“信号幅值”和“初始相位”。

2、两个输出显示型图形控件

输出显示型图形控件用来显示所产生的各类波形以及各类波形的FFT图。

操作：

控制>>图形>>波形图表输出控件，调入图形控件。

其横轴为时间轴。

应考虑到生成的信号频率跨度大，在0.1Hz一10kHz范围内，其周期跨度也大，在10s～0.1ms范围内；纵轴为电压轴，生成信号幅值的范围应充满整个显示画面，故选用“波5形图表”显示器。

3、两个开关控件

操作：

控制>>布尔>>确定按钮，调入开关按钮控件，标记为“复位”。

操作：

控制>>布尔>>确定按钮，调入开关按钮控件，标记为“停止”。

4、一个下拉列表

操作：

控制>>下拉列表与枚举>>文本下拉列表，调入文本下拉列表控件，对其进行编辑项设置，分别为正弦波，三角波，方波，锯齿波。

（设置如图1所示）

图1文件下拉列表设置

如上设计的前面板如图2所示：

图2虚拟信号频谱分析仪前面板

二、流程图设计

1、在流程图中执行函数>>结构>>条件结构，调入条件结构图标。

2、在流程图中执行函数>>数值>>复数>>复数到极坐标转化操作，调入转化为极坐标的图标。

3、在流程图中执行函数>>簇>>簇捆绑操作，调入簇捆绑图标。

为了显示频谱，显示器的横轴必须按频率进行分度。

因此，需要引入一个除法器，完成采样频率除以采样点数得到横轴（频率轴）的分度值。

4、在流程图中执行函数>>信号处理>>信号生成,依次调入正弦波信号、方波信号、三角波信号、锯齿波信号图标，分别放入条件结构的相应的条件框中。

（如图3所示）

图3条件结构的设计

4、在流程图中执行函数>>信号处理>>变换>>FFT变换，调用FFT变换图标。

设计各节点接线如图4所示：

图4程序框图总体设计

三、运行检验

1、对正弦信号（幅值A=1．OV，频率fx＝2Hz，初始相位00）进行FFT，信号的采样率lOHz，采样点数为100。

所产生的正弦信号及其频谱图如下图5所示：

图5虚拟信号频谱分析仪运行-正弦波

2、对方波信号（幅值A=1．OV，频率fx＝2Hz，初始相位00）进行FFT，信号的采样率lOHz，采样点数为100。

所产生的方波信号及其频谱图如图6所示：

图6虚拟信号频谱分析仪运行-方波

3、对三角波信号（幅值A=1．OV，频率fx＝2Hz，初始相位00）进行FFT，信号的采样率lOHz，采样点数为100。

所产生的三角波信号及其频谱图如图7所示：

4、对锯齿波信号（幅值A=1．OV，频率fx＝2Hz，初始相位00）进行FFT，信号的采样率lOHz，采样点数为100。

所产生的锯齿波信号及其频谱图如图8所示：

图8虚拟信号频谱分析仪运行-锯齿波

第二章温度传感器实验仪器设计

一、设计原理

热敏电阻是温度测试常用的传感器之一，工业上广泛应用热电阻（RTD）测试-200~+500℃之间的温度，热电阻的显著特点是能在很大温度范围内保持测试精确度高，输出信号大，易于实现远距离传输和多点自动测试。

常用的热电阻材料有铂、銅、镍和某些半导体材料，其中最常用的是铂。

铂电阻温度计在国际实用温标（IPTS-68）中被规定为-259.34~+630.74℃温度范围内的标准仪器。

铂电阻一般是用铂丝绕在云母、石英或陶瓷支架上，外面用不锈钢、陶瓷或石英封装起来。

也有薄膜形式的铂电阻，可以粘贴在被测对象的表面。

根据国际电工委员会标准751方程得到：

t=3.90802*10**3/1.1604-sqrt（3.90802**2-4*0.5802*（R-100）/100）*10**3/1.1604;

式子中：

t—被测温度（℃）R—测试得到的电阻值（Ω）

热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度升高而急剧下降这一特性制成的热敏元件。

它呈负温度特性，灵敏度高，可以测试小于0.01℃温度变化。

与热敏电阻类似，在热敏电阻两端加恒定电流，当热敏电阻的阻值随温度变化时，测试出两段电压值就可以计算出电阻值。

二、前面板设计

1、四个显示控件

操作：

控制>>数值>>数值显示控件两次，调用数值显示控件图标，并键入热敏电阻阻值和热电阻阻值。

控制>>图形>>波形图表控件一次，调用波形图表控件图标。

控制>>数值>>温度计控件一次，调用温度计控件图标。

2、一个停止按钮

操作：

控制>>布尔>>停止控件一次，调用停止控件图标。

按上述设计前面板如图9所示：

图9温度传感器实验仪前面板

三、流程图设计

1、在流程图中执行函数>>定时>>等待下一个整数倍毫秒，调入等待下一个整数倍毫秒图标。

2、在流程图中执行函数>>比较>>选择，调入选择图标。

3、在流程图中执行函数>>簇与变体>>捆绑，调入捆绑图标。

4、流程图中执行函数>>数组>>替换数组子集，调入替换数组子集图标。

5、在流程图中执行函数>>结构>>公式节点，调用公式节点图标并进行编写公式：

Y=3.90802*10**3/1.1604-sqrt（3.90802**2-4*0.5802*（X-

100）/100）*10**3/1.1604。

6、在流程图中执行函数>>测量I/O>>DAQMX>>DAQAssistant,调入DAQAssistant图标三个，并进行设置。

程序中第一个数据采集助手是模拟输入，用Dev1/ai0和Dev1/ai1两通道分别采集电阻和热敏电阻信号，按图10配置。

图10数据采集助手是模拟输入配置

两通道信号分离后分别转换为标量数据并求平均值，然后分别除以恒流源电流值0.002（即2mA），得到电阻值。

对热电阻的阻值按公式节点求温度。

程序第二个数据采集助手是数字输出，用Dev1/port/line0输出一个开关量信号控制电热膜电源通断，为热电阻和热敏电阻加温。

配置如图11所示：

图11数据采集助手是数字输出配置

当热电阻测试的温度不足100℃时由端口0线输出高电平信号打开加热电源；温度大于100℃时，输出低电平信号，关闭加热电源，以免烧损电热膜或烫伤人员。

数据采集助手3和数据采集助手2配置相同，它的任务是在程序退出时关闭加热电源。

设计各个节点接线如图12所示：

图12程序框图总设计

四、运行检验

运行结果仿真图如图13所示：

图13温度传感器实验仪仿真图

第三章总结与心得

本次课程设计的意义也是非常重大的。

不仅让加深了我们对已学知识的掌握，同时也让我们更深刻的了解、认识毕业设计的步骤，在心里上做好了准备。

在老师也给我们充分的帮助，安排时间让大家集体上机，给我们指导，给我们的资料上面也有详细的步骤，所以只要用心做，还是能顺利完成的。

刚开始着手第一个题目是很轻松，涉及到的原件很少，程序框图也很简单，很快就完成，并且能顺利的运行。

问题出在了第二的题目上。

程序框图里面的原件实在太多了，而且很多原件都不熟悉，只能挨个的找，并且连线也需小心，密密麻麻的程序框图，一不小心就连错。

到后面程序框图连完，运行也没出现错误，但没运行结果。

相信在老师的帮助下就顺利的完成了。

这次课程设计让我明白了，一切都要从自己亲自动手做开始，实在没办法了，才能去请教别人，做事也不要拖拖拉拉，尽量按时、按质完成。

总之这次课程设计收获巨大。

谢谢老师的帮助。

参考文献

[1]雷振山等：

LabVIEW8.2基础教程.北京：

中国铁道出版社.2008年2月

[2]雷振山:

LabVIEW7Express实用教程.北京：

中国铁道出版社.2004年

[3]杨乐平等：

LabVIEW程序设计与应用，电子工业出版社.2001年7月

[4]贾民平：

测试技术.高等教育出版社.2009年5月

[5]路林吉饶家明：

虚拟仪器讲座，《信息技术》.2000年

[6]刘君华：

基于LabVIEW的虚拟仪器设计.电子工业出版社.2003年1月

[7]吴成东等：

LABVIEW虚拟仪器程序设计及应用.人民邮电出版社.2008年11月