基于labview的智慧校园系统设计.docx
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基于labview的智慧校园系统设计
毕业设计报告（论文）
报告（论文）题目：
基于LabVIEW的智慧校园设计
毕业设计（论文）任务书（理工类）
毕业设计（论文）题目：
基于LabVIEW的智慧校园设计
题目来源
教师科研课题
纵向课题（）
题目类型
理论研究（ ）
注：
请直接在所属项目括号打“√”
横向课题（）
应用研究（ ）
教师自拟课题（√）
应用设计（√）
学生自拟课题（ ）
其他（ ）
总体设计要求及技术要点：
设计校园的一些基本应用，比如课程表，记事本，日程安排，生活贴士，天气等包含新生的熟悉校园，一些闲置物品的交易等等。
工作环境及技术条件：
联网计算机一台，LabVIEW软件。
工作容及最终成果：
1、智慧校园系统的工作需求；
2、分析系统完成工作需求所需模块；
3、进行模块设计；
4、各模块之间连接；
5、完成程序的编制。
时间进度安排：
1、第七学期第6周～第15周，查阅资料，完成开题报告、文献综述、外文文献翻译
第七学期第16周～第17周，开题报告审阅、答辩
2、第八学期第1周～第4周，做出登录界面
3、第八学期第5周～第7周，完成心情日记、课程表等
4、第八学期第8周～第11周，完成自习室教室查询、天气等
5、第八学期第12周～第15周，完成毕业设计论文
指导教师签字：
年月日
教研室主任意见：
教研室主任签字：
年月日
北华航天工业学院
本科生毕业设计（论文）原创性及知识产权声明
毕业设计（论文）
基于LabVIEW的智慧校园系统设计
是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作取得的成果。
除文中已经注明引用的容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。
对本设计（论文）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。
因本毕业设计（论文）引起的法律结果完全由本人承担。
本毕业设计（论文）成果归北华航天工业学院所有。
本人遵循北华航天工业学院有关毕业设计（论文）的相关规定，提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本。
本人同意北华航天工业学院有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以营利为目的的前提下，可以公布非涉密毕业设计（论文）的部分或全部容。
特此声明
毕业设计（论文）作者：
指导教师：
年月日年月日
摘要
论文的研究工作是以智慧校园系统设计为背景展开的，并且详细介绍了通过LabVIEW系统工作的情况，以自由模块的形式对系统进行设计，通过子VI、调用、属性节点等方式将各个模块连接起来，提高程序的灵活性和可编程性。
本文在深入分析LabVIEW技术的基础上，重点解析了LabVIEW在各方法中的优势，同时阐述了其在智慧校园系统中的应用。
论文的主要论述了如何使用LabVIEW进行智慧校园系统的设计，整体上介绍了智慧校园的优势及必然的发展趋势，详细的概述了使用LabVIEW设计智慧校园各个模块的实现及功能，比较详尽地叙述了整个系统的相关事宜。
关键词LabVIEW智慧校园子VI系统设计
Abstract
Theresearchworkofthispaperistoexpandthesmartcampussystemasthebackground,andintroducestheworkofLabVIEWsystem,thesystemiscontrolledbythefreeconfigurationform,makestheprogramcontrolwayismoreflexibleandmorecompletecontrolmethod.
BasedontheanalysisofLabVIEWtechnology,focusesontheanalysisoftheadvantagesofLabVIEWinvariousmethods,andillustratesitsapplicationinintelligentcampussystem.ThepapermainlydiscusseshowtouseLabVIEWtodesignintelligentcampussystem,introducestheoverallsmartcampusadvantagesandtheinevitabletrendofdevelopment,withthetherealizationandfunctionofeachdesignusingLabVIEWsmartcampusmodule,moredetaileddescriptionofthesystemrelatedissues.
KeywordsLabVIEWWisdomCampusVIsystemdesign
基于LabVIEW的智慧校园系统的设计
第1章绪论
1.1课题背景及国外研究概况
在21世纪这个信息时代，信息化建设在各个领域不断发展，同时高校信息化建设的也跟随着时代在发展进步，信息服务在各个院校的核心竞争力中的地位更加重要，尤其在学校教学、科研与管理等方面尤为突出。
在时代发展的潮流下，在信息服务的重要性和迫切性日益增长下，各个高校已经着手于建设智慧校园管理系统，以便使学校管理更加方便，增加学校的竞争力。
但是在这个建设过程中，各个高校暴露出一些共性的不足，如网络基础设施的不够全面，一旦发生意外无法保障系统运行；安全保障意识及设备存在很大隐患；建设过程中，投入资源精力仍然较少，系统总体建设水平仍有不足之处；尤为突出的是各个部门之间的信息流动不够及时，信息缺乏及时性和完备性；信息安全性缺乏保障等。
智慧校园管理系统的资源信息来源主要是三类：
师生的信息，以便于教学计划的制定及了解学生的实时情况；管理系统自身的数据以及设施环境的采集数据，以便于系统和设变的维护。
从高校信息化的目的来看，如今的信息管理系统发展水平解决了一部分数据的采集、处理和服务所需求的技术。
智慧校园系统的建设是为了校园信息管理的有效性、统一性和智能化，为了提高学校的竞争力，为师生提供一个更好的更有效率的学习平台，建立一个开放的、创新的、协作的和智能的综合信息服务平台。
在这个平台中，师生们可以根据自己的需求与特点，获得不同的服务，通过综合信息服务平台，学生可以获得适合自己的学习计划和学习容，老师可以通过这个平台，真正的实现因材施教，管理者可以通过平台更加高效地采集、分析师生们的信息资源。
智慧校园以物联网技术为基础，通过将各种应用服务构建成一个整体的系统，将教学、管理等校园工作、学习和校园生活融合成一个有机整体环境。
智慧校园的实现，必须依靠物联网技术，将校园中的所有统一规划和连接。
1.2智慧校园的涵与特征
不同学者对于智慧校园系统的涵有不同的看法。
一部分研究人员从智慧校园的建设角度出发，认为智慧校园系统可以改革现有的教育体系，可以促进教学环境向着更优化的方向发展，在这种新的校园管理模式下，可以有效的利用、共享资源，丰富学校的校园文化，构建更高效率的校园管理；一部分研究人员从物联网在智慧校园建设中体现重大作用的角度出发，认为智慧校园系统在软件系统和硬件设备的帮助下，将老师的授课、学生的学习、科研人员的研究等校园的工作和生活连接起来，实现统一化管理，它以物联网技术为纽扣，将人和系统连接起来，在人和系统之间可以实现信息的流通，使得学校的管理运行更加智能化；另外一部分研究人员认为智慧校园系统以物联网技术为核心，通过将各种软件系统和硬件设备相互连接起来，使其之间可以达到信息资源的交互，以实现将教学、管理等校园工作、学习和校园生活融合成一个整体环境。
还有一部分研究者认为智慧校园将校园的学习和生活环境变得更加智能化，是物联网在学校教学管理、公共安全、后勤保障中的具体应用。
综合以上容，智慧校园系统应该具备以下特点：
1）探测校园整体环境。
智慧校园系统的运行必须要以探测校园整体环境和感知师生情况为基础，探测校园环境及其变化需要一些感知设备，在设备探测后，通过传感器，系统的设备和环境资源等信息可以随时随地探测、捕获，然后传递到系统中进行实时处理;二是每个学生自身的学习情况以及学生自身的学习特点，比如通常的学习地点、学习的时间段、学习的效率、学习的容等等，通过学生使用智慧校园系统，系统自动统计、保存和处理数据，并且反馈给使用者。
2）网络无缝互通。
智慧校园系统中所有软件通过网络程序相互连接，硬件设施通过网络通信技术相互关联，因此，获取的信息可以实时、迅速的上传到系统，以供管理者和使用者获取信息，这是管理者和所有用户学习、工作的基础。
3）海量数据支撑。
大量的数据是智慧校园系统建设的必然要求，智慧校园的建设必须要对数据库中的数据进行整合、处理，智慧校园的发展必须要对外界信息能够接收，并且进行筛选，使得智慧校园的发展走向正轨，向着越来越成熟的方向进步，同时让智慧校园可以更快速智能地处理采集的环境信息、适应环境的变化，更精准的分析师生反馈信息，帮助师生制定计划。
4）开放学习环境。
现代社会是信息时代，信息爆炸性增长的特点决定了如今的教育不能只注重于课本及老师的教授，如今学校需要培养创新型人才，因此不能再师之前的填鸭式教学，所以智慧校园必须有着开放的学习环境。
智慧校园要能够接收外界信息资源，广泛地采集信息，筛选有用的信息，提供给师生。
5）师生个性服务。
智慧校园系统是以为师生提供个性服务，为管理者更方便快捷的管理校园为宗旨的。
因此，智慧校园系统将各种软件和硬件设备规划整合，以物联网技术为纽扣，将老师的授课、学生的学习、科研人员的研究等校园的工作和生活连接起来，实现统一化管理。
智慧校园以海量数据为支撑，通过网络技术的连接，在外部设备和软件的作用下，为师生提供个性服务，使校园管理更加智能便捷。
1.3课题实现的功能
本文主要包括以下容：
1．登录模块：
本模块用于用户登录系统，从而继续进行操作；
2．校历模块：
本模块中可以查看日期时间等；
3．记事本模块：
本模块中可以以日记形式记录当天心情及发生的事情，也可以查看以前记录的心情等；
4．课程表模块：
本模块可以查询本学期的课程安排；
5．自习室查询模块：
本模块中可以查询当前时间自习室有无课程，以方便学生更好的安排自己的课余自习。
6.时间日期模块：
本模块在主界面中，通过本模块可以在主界面中直接显示当前的时间。
第2章智慧校园系统技术支持
2.1校园网络环境
校园网连接核心交换区域、互联网接入区域、数据交换区域、总控中心和学生宿舍楼、教学楼、图书馆等一些学习生活场所。
校园网总体采用星型以太网拓扑结构，骨干层采用L3层万兆以太网交换技术，通过交换机、路由器、VPN、各种服务器及无线AP等来实现整个校园的互通连接。
校园网通过有线局域网和WLAN无线网络移动技术，使得校园网遍布整个校园，覆盖校园的所有生活学习环境，网络结构如图2-1所示。
图2-1校园网总体构架
2.2数据基础
2.2.1基础数据库
智慧校园系统的建设必须要有一个基础数据库，基础数据库对于智慧校园系统而言就相当于一座大厦的地基，而要打牢智慧校园系统这座大厦的地基，数据库中就需要存有师生的基本信息、校园环境信息、校园发展信息等诸多数据，智慧校园智能化处理数据就相当于为大厦打造结构框架，智慧校园建设完成，为师生提供个性服务，就是大厦的开通使用，这些最基础的可以更快速智能地处理采集的环境信息、适应环境的变化，更精准的分析师生反馈信息，帮助师生制定计划。
2.2.2资源与业务数据库
学校的诸多事宜以及活动需要记录数据，比如课程地点、考试成绩、运动会、党支部团支部活动、会议等；同样，诸多应用系统的运行时也需要记录师生操作记录、数据，比如教务管理系统、一卡通应用、图书借阅等。
并且教师的精品课程，科研团队的研究成果等数据资源也需要录入数据库备份。
2.2.3数据仓库
在大厦的使用运行中，大厦管理阶层会积累许多管理经验，如同大厦的使用运行一般，智慧校园系统在运行中也会积累诸多的数据，通过研究这些，管理者可以更加方便地管理系统，从数据中吸取经验，可以使得系统提供的服务越来越好。
2.3情景识别与环境感知技术
情景识别是智慧校园系统运行的一个必要技术。
智慧校园系统通过情景识别技术对使用者的学习场景进行识别，然后根据识别的场景来进行学习计划的制定，监测、评估学习效率；并且根据使用者的学习容可以进行资源的推送。
环境感知技术是“智慧校园”的基础技术，智慧校园系统的运行必须要以探测校园整体环境和感知师生情况为基础，探测校园环境及其变化需要一些感知设备，在设备探测后，通过传感器，系统的设备和环境资源等信息可以随时随地探测、捕获，然后传递到系统中进行实时处理。
2.4小结
本章对智慧校园系统的技术支持进行了简单分析，简要地阐述了它的通讯模式以及其网络体系结构，并且重点说明了智慧校园系统的基础--数据库。
第3章系统软件概况
3.1LabVIEW软件简介
20实际八十年代，美国国家仪器公司为了快速适应市场变化的需要，研制出一种一种高效图像化虚拟仪器开发平台，从此，LabVIEW开始与大众见面。
一直到今天，其仍以它上手快速，编程简单的特点吸引了大量编程人员使用它与解决生产和生活中有关测量控系统有关的问题。
LabVIEW是一种图像化编程语言，以为其编程的图像化使得其编写系统的过程变得方便、开发周期短、维护简单。
使得开发人员可以用较短的时间开发出具有强大功能的系统，从而能够把多出来的时间用在测试系统稳定性，分析数据的可靠性上面，可以在实验室系统搭建上节省更多开支，节约更多时间。
LabVIEW也是通用的编程系统。
其函数库非常强大，强大到你可以用它编写任何你想要的程序，实现任何要实现的功能。
C语言和其他编程语言中的一些基本的函数在其函数库中都存在。
C语言中的一些调试工具在LabVIWE中也都有相应的设置，这样有利于开发人员对系统进行后期的调试。
不像传统的文本编辑语言程序执行顺序完全按照语句和指令的编写，LabVIEW采用用每个程序节点的数据流向决定编写的的程序的执行顺序。
VI是LabVIEW里最常见的程序模块。
其很多控件给人直观的感受都类似于我们现实生活中看到的仪器么，方便编程人员创建前面板。
前面板就是使用者可以直接看到编程结果，直接实现控制功能的界面。
LabVIEW的编辑代码是G代码，它只是在前面板和程序面板将各个仪器的标识用线连起来就可以达到控制的功能。
LabVIEW的图形化源代码又被称作程序框图代码，因为其在某种程度上类似于流程图。
LabVIEW解决了很多方面的工程挑战，比如以下行业：
1．电子产品：
开发音频，视频和无线技术能够满足复杂需求的方案
2．航天航空和国防：
航空航天和国防进行简化，在提升速度的同时满足严格的质量和准确度需求，确保能经受住时间的考验。
3．能源：
能源电力是一个存在各种担忧的复杂领域，涵盖了能源安全、环境运营保护、系统效率、分布式系统可靠性和控制以及清洁能源技术等诸多方面
4．半导体：
对于模拟、混合信号和RF测试，传统ATE的测试覆盖围往往无法跟上半导体技术需求变化的脚步。
半导体工程师需要可扩展的解决方案来应对成本、设计和器件挑战。
5．工业机械：
复杂的工业、电力和能源系统必须能够运行灵活的测试系统和远程状态监测。
采用预测性监测和维护系统可让工程师在竞争中获得优势。
6．物联网：
通过本地处理和通信让机器更加智能化，用户可以在一个统一的集成平台上以前所未有的新方式解决问题，做出更加明智的商业决策。
LabVIEW具有前面板和程序面板两个面板。
前面板是显示控件、输入控件等功能，程序面板是来画程序框图、实现程序功能的，前面板和程序面板如图3-1所示。
图3-1前面板和程序框图面板
3.2LabVIEW的优势
虚拟仪器没有常规仪器的控制面板，而是利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，以在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器面板。
软面板上具有与实际仪器相似的旋钮、开关、指示灯及其他控制部件。
在操作时，用户通过鼠标或键盘操作软面板，来检验仪器的通信和操作。
除上述特点之外，与传统仪器编程工具VisualBasic，VisualC++相比，虚拟仪器还有如下几个方面的优势。
（1）虚拟仪器首先不同于硬件设备的是虚拟仪器可以根据自己的设计方法，通过使用不同的模块间的组合来完成特定的功能，而硬件设备是厂商设定好的功能，无法灵活的实现任务的需求。
（2）虚拟仪器采用软件环境，没有硬件设备的诸多制约，可以直接使用软件进行数据分析、结果预测，直接模拟仿真得出结论，体现了虚拟仪器的灵活性。
（3）因为虚拟仪器是直接采用软件进行模拟仿真，受硬件的制约程度低，所以在进行程序设计的时候，不需要考虑硬件的程序兼容性，并且虚拟仪器在与其他设备连接时更加方便，在数据传输方面也更加便捷。
（4）虚拟仪器可以直接便捷的编辑处理数据，也可以对需要处理的数据或处理过的数据传输到其他设备，而硬件设备几乎都有固定的存储空间，因此虚拟仪器在数据存储容量问题上具有很大的优势。
（5）虚拟仪器是图形界面程序设计方式，可以更加直观地显示程序，同时虚拟仪器中也可以利用C来编辑程序，因此使用虚拟仪器可以更加灵活选用程序编辑方式。
（6）虚拟仪器是采用软件环境进行程序编辑的，因此虚拟仪器的花费少，而且虚拟仪器也没有硬件设备的开发和维护费用。
3.3小结
系统软件是设计的基础，在设计系统程序之前，要对程序的设计结构有个深入的了解，本章大体介绍了整个系统的软件概况，使读者对总体的设计有个大致了解。
第4章智慧校园系统方案设计
4.1系统设计思想
本课题设计采用LabVIEW软件进行简单设计。
设计分为五个模块，分别是：
登陆模块、时间日期模块、记事本模块、课程表模块以及自习室教室查询模块。
用户进入系统后，通过登录界面登陆进入系统主界面，在主界面中用户可根据不同需求进行不同的操纵来实现目的，比如选择课程表选项来查看本学期的课程表，或者选择记事本选项来查看待办事项等等。
4.2系统设计流程图
总体构架如表所示。
4.3程序简介
设计程序时首先创建一个项目，将各个模块分为不同的VI，建立在项目列表下面。
设计分为五个模块，分别是：
登陆模块、时间日期模块、记事本模块、课程表模块以及自习室教室查询模块。
每个模块实现不同功能，将各个模块做好之后，再使用子VI、调用模块、属性节点等功能连接起来，使其成为一个整体，实现系统功能。
4.3.1登陆模块
登陆模块可以让用户登陆到系统中。
在登录模块中，用户输入账号和密码进行登陆，如果账号和密码正确，则登陆到系统；如果账号和密码不正确，则提醒“账号密码错误，请重新登录”。
在登录模块中同样可以进行账号密码的修改。
在登录模块设计中，使用了while循环、事件结构、条件结构以及顺序结构等等。
While循环匡住整个程序，来保证程序的正常运行；事件结构中包含两个事件，一个是确定登陆事件，在账号和密码输入正确的前提下，点击登陆按钮将成功登陆系统，跳转到系统主界面，另一个是修改账号密码事件，在选项卡中设置修改账号密码选项，点击修改按钮即可修改账号密码；条件结构中分为真与假两个条件，账号密码为真则跳转进入系统主界面，账号密码为假，则提示“账号密码错误，请重新输入”；顺序结构则是为了进行界面的切换，在登陆成功之后，将登录界面关闭，打开系统主界面。
登录模块之登陆如图4-1所示
图4-1登录模块之登陆
登录模块之修改账号密码如图4-2所示。
图4-2登录模块之修改账号密码
登录模块之输入密码错误如图4-3所示。
图4-3登陆模块之输入密码错误
登录界面如图4-4所示。
图4-4登录界面
4.3.2记事本模块
记事本模块分为查看和编辑两个功能。
查看功能可以让用户查看之前记录的心情、事件等，或者查看待办事项；编辑功能可以让用户记录事件、心情等。
查看模块使用读取文本文件控件来读取记事本。
编辑模块使用字符串输入控件、连接字符串控件、写入文本文件控件、获取日期时间字符控件、布尔按钮控件等等来完成功能。
利用联机字符串控件将日期时间以及写入容连接起来，并通过写入文本文件控件将其写入文档中保存，每单击一次布尔按钮就将写入容录入一次。
查看记事本模块如图4-5所示。
图4-5查看记事本之功能
查看记事本模块程序如图4-6所示。
图4-6查看记事本之程序
编辑记事本程序如图4-7所示。
图4-7编辑记事本之程序
编辑记事本功能如图4-8所示。
图4-8编辑记事本之功能
4.3.3时间日期模块
时间日期模块可以让用户查询当前的时间日期。
时间日期模块如图4-9所示。
图4-9显示时间日期
4.3.4课程表模块
课程表模块可以让用户在系统中查询本学期的课程安排，规划自己的学习。
在本模块中使用了文件调用功能，将编辑好的课程表调用到程序中，以便于学生查询。
课程表功能如图4-10所示。
图4-10课程表之功能
课程表程序如图4-11所示。
图4-11课程表之程序
4.3.5自习室教室查询模块
在本模块中，可以查询当前空闲自习室，以便于学生上自习。
自习室模块如图4-12所示。
图4-12自习室查询
4.3.6校历模块
校历模块可以查询学校校历。
校历模块如图4-13所示。
图4-13校历模块
4.4小结
独立模块的程序部分设计目的在于增加程序的灵活控制性，方便设计者在检查程序的过程当中，单独检验某一个模块，从而使程序有了更友好的使用方法。
本章从程序的整体与部分等方面详细做了介绍，将一个整体切割为五个部分，通过调用、子VI等联系起来，在保证了功能实现的同时，尽量增加程序的可读性，方便在需要时进一步改进。
第5章结论
一切进步的、对人类发展有帮助的事物都有着相似的发展规律，从诞生到发展壮大，必然有一个循序渐进的发展阶段，智慧校园也不例外。
伴随着相关问题的出现、问题的解决，人们以及校园发展的需求，智慧校园也在不断的发展进步。
随着智慧校园的发展进步，校园生活变得更加智能、便捷，智慧校园系统的建设也提高了学校核心竞争力。
通过情景识别技术和环境感知技术，智慧校园系统可以随时随地感知环境资源变化和获得师生学习生活情况的反馈，分析并存储到系统的数据库中。
智慧校园系统也可以根据学生的成绩反馈为老师指定教学计划，真正实现因材施教；可以根据学生的学习情况为学生指定学习计划；可以根据记录的科研数据来为科研人员计算、推测结果。
智慧校园系统可以通过网络的互联，将获取的数据整理综合，把握学校发展的整体情况，通过网络技术获取外界信息，综合学校自身信息，深入分析数据，来为学校发展做贡献。
致
本文研究工作是在我的导师金梅副教授的精心指导和以及几个同学的热心帮助下完成的。
在实验室的每个周一下午，金梅老师都会对我的设计工作进行严格的调整和督促；每个周四下午，金梅老师都会对我的设计方向进行认真的指导和探讨。
设计的每一个部分都有她们智慧的结晶。
当设计的部分不能完成时，她们也给予了我无限的宽容和鼓励。
她们的学术作风和为人品德都是我人生的
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