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基于LabVIEW的虚拟温度信号分析仪设计--毕业设计

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毕业设计论文


基于LabVIEW的虚拟温度信号分析仪
设计

系别：专业名称：学号：学生姓名：指导教师：指导单位：
完成时间：20年月
教务处制发



毕业设计（论文）任务书
题目名称
基于LabVIEW的虚拟温度信号分析仪设计
利用LabVIEW软件，设计了模拟温度信号产生采集与分析系统，通过分析采集到的温度信号，实现对当前温度的监测控制以及对未来温度的预测分析。设计内容主要包括模拟温度信号生成模块、数
设计（撰写）内容
据采集模块、数据分析与显示模块、数据存储模块等构成。具体要求：
（1）用一个随机数产生一个值来模拟温度信号的输入，（2）利用波形图记录处理前与处理后温度曲线，并比较分析，（3）记载采集来的信息，包括最大最小值、平均值、中值等历史数据，记录温度历史曲线，方便研究温度走向与分析。1．通过随机数产生模拟温度；
预期目标
2．对采集来的温度进行实时显示；3．对采集到的温度进行记录分析；
4．当发现采集到得温度超过设定上下限时发出警报。1．完整的关于如何采集与分析温度的LabVIEW程序。2．关于如何实现温度的采集与分析的论文一篇；
成果形式设计（撰

写）地点起止时间指导单位指导教师

2009年11月18日至2010年5月4日
年月日

年月日
审核意见审核签名



毕业设计（论文）成绩评定表

设计（撰写）过程
评语：

指导教师：
年月日评语：
成绩
成绩
成绩
总分


论文评阅

评阅教师：
年月日评语：
论文答辩



答辩组长：
年月日

审核人：年月日


基于LabVIEW的虚拟温度信号分析仪设计
摘要
温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。

本文首先介绍了其它利用传感器来检测温度的方法，引出虚拟仪器LabVIEW的相关知
识。并对它们的发展历史、软件的优缺点等做了简单的介绍，利用labview设计了一个温度监测和分析系统，实现了数据采集、信号运算和信号分析（时域分析）等功能。其中信号分析包括实时显示波形、频率测量、曲线拟合以及相关性分析。数据记录包括各种温度产生时间、最大最小温差等等。
关键词：虚拟仪器；LabVIEW；温度测量；数据统计
Ⅰ


LABVIEW-basedvirtualdesignofthe
temperaturesignalanalyzer
Abstract
Temperatureisanimportantphysicalquantitybecauseitdirectlyaffectsthecombustion,chemicalreactions,fermentation,roasting,calcining,distillation,concentration,extrusion,moldandairflow,andotherphysicalandchemicalprocesses.Temperaturecontrolfailurecouldleadtoproductionsafety,productquality,productyieldandotherissues.Hencethesignificanceofthedetectionoftemperatureontheincrease.Temperatureacquisitionandcontrolsysteminindustrialproduction,scientificresearchandareasofpeople'slives,hasbeenwidelyused.Intheindustrialproductionprocess,oftenrequirestricttemperaturecontrol,toenableproductiontoproceedsmoothly,Qualityoftheproductscanbefullyguaranteed.Automatictemperaturecontrolsystemcancontrolthetemperatureoftheproductionenvironmenttoensuretheproductionofautomationandintelligenceofasmooth,safe,therebyimprovingproductionefficiency.
Thispaperintroducestheuseofsensorstodetectthetemperatureofothermethods,leadstotherelevantknowledgeLabVIEWvirtualinstrument.Andtheirhistory,advantagesanddisadvantagesofsuchsoftwaretodoasimpleintroduction,usinglabviewdesignaTemperatureMonitoringandanalysissystemofdatacollection,signalanalysiscomputingHesignals(time-domainanalysiscapabilities.Onesignalanalysis,includingrealtimedisplayofwaveform,frequencymeasurement,curvefittingandcorrelationanalysis.Temperaturedatarecordsincludinggenerationtime,maximumandminimumtemperatureandsoon.
Keywords:virtualinstruments;LabVIEW;temperaturemeasurement;datastatistics
Ⅱ


目录
1绪论...........................................................................................................................................1
1.1温度检测的意义...............................................................................................................11.2常见温度检测方法...........................................................................................................11.3本论文研究的内容...........................................................................................................21.4本章小结...........................................................................................................................22虚拟仪器的基本理论.................................................................................................................3
2.1虚拟仪器的概念...............................................................................................................32.2虚拟仪器和传统仪器的比较...........................................................................................32.3虚拟仪器的结构...............................................................................................................42.4虚拟仪器的分类...............................................................................................................52.5本章小结...........................................................................................................................63温度检测系统的软件设计.........................................................................................................7
3.1LabVIEW概述..................................................................................................................7
3.1.1LabVIEW的特点....................................................................................................73.1.2LabVIEW的发展历程............................................................................................73.1.3LabVIEW的结构....................................................................................................83.2LabVIEW的应用领域......................................................................................................93.3本章小结.........................................................................................................................104系统VI程序设计.....................................................................................................................11
4.1创建子VI........................................................................................................................114.2VI设计.............................................................................................................................124.3本章小结.........................................................................................................................145程序框图介绍...........................................................................................................................15
5.1系统初始化.....................................................................................................................155.2温度采集.........................................................................................................................165.3数据分析.........................................................................................................................175.4本章小结.........................................................................................................................186结束语.......................................................................................................................................19
6.1系统总结.........................................................................................................................196.2未来展望.........................................................................................................................19致谢...........................................................................................................................................20参考文献.......................................................................................................................................21


Ⅲ


1绪论
各个行业的社会生产过程中，都离不开测试测量仪器的应用，理论上，使用传统硬件仪器的地方都可以使用虚拟仪器来代替，在传统测试测量仪器仪表使用比较频繁的机械制造业、电子和微电子等行业，虚拟仪器的技术已经得到广泛应用，技术很成熟，现成产品很多。虚拟仪器技术应用的新开发软件不断涌现，使该技术的应用更加广泛。
1.1温度检测的意义
温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全进行，从而提高企业的生产效率。
1.2常见温度检测方法
温度的检测方法有多种，常用的有电阻式、热电偶式、PN结型、辐射型及石英谐振型等，它们都是基于温度变化引起其物理参数(如电阻值，热电势等的变化的原理随着测量技术的不断发展，出现了适用于高温、强磁场干扰等恶劣环境的光纤温度传感器，下面简单对其中一部分予以介绍：（1）电阻温度传感器
这种传感器以电阻作为温度敏感元件，根据敏感材料不同又可分成热电阻式和热敏电阻式热电阻式一般用金属材料制成，如铂、铜、镍等热敏电阻是以半导体材料制成的陶瓷器件，如锰、镍、钴等金属的氧化物与其它化合物按不同配比烧结而成。（2）热电偶温度传感器
热电偶测温是基于“热电动势效应”所谓热电动势效应是指A、B两种不同的导体组成闭合回路,若两结点温度不同则在回路中产生电动势，形成热电流A、B两导体的结点(热端温度为T，而另一端（冷段）温度为To则热电动势为E(T,To=(T-To(lnNa/Nbk/e其中k为波尔兹曼常数，e为电子电荷，Na，Nb为与材料有关的常数，测量E(T，To的大小便能确定被测温度T。
（3）PN结型及集成电路式温度传感器
半导体PN结测温是近几年来发展起来的一种新型测温手段，众所周知,PN结的反向

1


电流随温度呈指数规律变化，而当正向电流不变时，其正向压降随温度近似线性变化，现代的PN结温度传感器都是利用正向压降进行测温。（4）光纤温度传感器
这是70年代发展起来的新型传感器，它是将光源的光经光纤送入调制区,在调制区内被测参数(温度与进入调制区的光相互作用使光的光学性质(如强度、波长、频率等发生变化而成为被调制的信号光，再经光纤送入光检测器及解调器而获得被测参数，此种方法也适于其它参数的测量。根据传感原理不同，光纤温度传感器可分成功能型和传输型功能型传感器中光纤既是传光的介质又是温度敏感元件，因此结构巧妙、简洁，但既满足传输要求又满足敏感要求的光纤制作难度大，所以只在有特殊要求的场合使用。传输型传感器中光纤只起传光的作用，对温度的敏感作用由其它元件来实现，因此结构较前者复杂，但可通过分别选择性能优良的光纤和敏感元件而达到较高的性能。
1.3本论文研究的内容
本课题的研究内容是基于LABVIEW的温度检测分析系统的实现。针对目前温度分析系统的发展现状和研制情况，本设计主要完成对温度的采集、监测、分析、显示。不但能实现温度的智能化监测，而且能为事后分析鉴定提供可靠的理论依据。
本文首先讨论了本设计的产生和应用背景，介绍了虚拟仪器的基本内容以及虚拟仪器的产生和发展，并介绍了LabVIEW的相关内容，接着讨论了系统的主要功能及总体结构，即系统采集显示数据，以及相关分析函数。
1.4本章小结
本章主要分析了温度检测的意义，并对传统方法利用各种传感器来检测温度做了简单介绍，提出自己系统设计研究的内容和整体思路及要实现的效果。

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2虚拟仪器的基本理论
2.1虚拟仪器的概念
虚拟仪器（virtualinstrument）的概念是美国NI公司（NationalInstrument）提出来的。所谓虚拟仪器就是基于计算机技术而发展起来的仪器测量技术，是计算机技术和仪器技术紧密结合的产物。他将计算机作为仪器的硬件平台，借助计算机强大的数据处理能力，将仪器的专业功能和操作面板在计算机界面实现。在计算机上形成与仪器基本相同的系统，更方便实现修改测试仪器。LabVIEW(aboratoryvirtualinstrumentengineeringworkbench即实验室虚拟仪器工作平台也是美国NI公司推出的，它集合了简单易用的图形式开发环境与灵活的G语言，所见即所得的可视化技术为建立人机界面提供了一种简易的编程环境。
2.2虚拟仪器和传统仪器的比较
虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称作“软件仪器”。它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头和软件还可检测特定系统的参数，如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种数据；它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训即可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统，而且可以和控制设备构成自动控制系统。
在仪器计量系统方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压电流表是科研机关、企业研发实验室、大专院所的必备测量设备。随着计算机技术在测绘系统的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相应的计算机接口，因而配合数据采集及数据处理十分困难。而且，传统仪器体积相对庞大，多种数据测量时常感到捉襟见肘，手足无措。我们常见到硬件工程师的工作台上堆砌着纷乱的仪器，交错的线缆和繁多待测器件。然而在集成的虚拟测量系统中，我们见到的是整洁的桌面，条理的操作，不但使测量人员从繁复的仪器堆中解放出来，而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。其方便之极固不必多言，而设备成本的大幅降低却不可不提。一套完整的实验测量设备少则几万元，多则几十万元。在同等的性能条件下，相应的虚拟仪器价格要低二分之一甚至更多。虚拟仪器强大的功能和价格优势，使得它在仪器计量领域具有很强的生命力和十分广阔的前景。
在专用测量系统方面，虚拟仪器的发展空间更为广阔。环顾当今社会，信息技术的迅

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猛发展，各行各业无不转向智能化、自动化、集成化。无所不在的计算机应用为虚拟仪器的推广提供了良好的基础。虚拟仪器的概念就是用专用的软硬件配合计算机实现专有设备的功能，并使其自动化、智能化。因此，虚拟仪器适合于一切需要计算机辅助进行数据存储、数据处理、数据传输的计量场合。测量与处理、结果与分析相脱节的面貌将大为改观。数据的拾取、存储、处理、分析一条龙操作，既有条不紊又迅捷快速。推而广之，一切计量系统，只要技术上可行都可用虚拟仪器代替，由此可见虚拟仪器应用空间是多么的宽广。
2.3虚拟仪器的结构
虚拟仪器通常是由计算机、模块化功能硬件和应用软件这三部分构成。1．虚拟仪器的硬件构成
计算机是虚拟仪器的核心,主要完成数据处理和结果的显示。硬件主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。虚拟仪器根据其模块化功能硬件不同,有多种构成方式：
第一，基于数据采集卡的虚拟仪器，是以信号调理电路、数据采集卡(DAQ及PC机为仪器硬件平台，采用PCI或ISA计算机总线，将DAQ直接插入PC机的相应标准的总线扩展插槽。因此，这种虚拟仪器又叫PCI-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器。
第二，基于串行总线仪器的虚拟仪器，是由Serial标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台，包括符合RS-232/RS422标准的PLC和单片机系统。
第三，基于通用接口总线GPIB接口的虚拟仪器，是以GPIB接口仪器、GPIB接口卡及PC机为仪器硬件平台，GPIB仪器具有独立的仪器操作界面，可以脱离计算机使用，也可以通过标准GPIB电缆连接计算机实施程序控制。
第四，基于VXI仪器的虚拟仪器，是以VXI(VMEbusextensionforinstrume-ntation标准总线仪器模块及PC机为仪器硬件平台，由主机箱、控制器和仪器模块构成。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器，可根据测试功能的不同要求来选用。
第五，基于PXI仪器的虚拟仪器，它是以PXI(PCIextensionforinstrumentation标准总线仪器模块及PC机为仪器硬件平台，PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加多板同步触发总线和参考时钟技术规范和要求形成。标准的PXI模块化仪器系统有8个插槽，还可与CompactPCI交互操作，可与GPIB或VXI集成，组成大规模、多用途系统。
第六，基于现场总线设备的虚拟仪器，是以Fieldbus标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台。
无论上述哪种形式的虚拟仪器，都是通过应用软件将仪器的模块化功能硬件与各类计算机相结合的，其中基于GPIB、VXI、PXI的方案主要适合构成大型高精度集成测试系统；PCI-DAQ/PCI、串行口方案主要适合构成普及型的廉价测试系统；现场总线方案主要适合构成大规模的网络测试系统。如测试任务需要，也可将上述几种方案结合构成混合测试系统。

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2．虚拟仪器的软件构成
虚拟仪器最核心的技术是软件，使原来需要硬件实现的功能软件化，以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。虚拟仪器软件的本质是进行数据处理。虚拟仪器软件的数据处理过程可以分为两种：一是自下而上的数据采集、处理到最终显示；一是自上而下的用户交互、指令操作到仪器控制。因此，可以把虚拟仪器软件划分为3个层次：虚拟输入/输出层、虚拟仪器驱动层和虚拟仪器应用软件层。软件层次对外定义单一的调用接口，各个软件层次之间通过接口进行数据传送。采用单一接口的好处是对外隐藏了软件层次的内部细节，无论采用什么实现方法，做什么样的修改，只要接口不变就不会影响软件的其他部分。
第一，虚拟输入/输出层。是为虚拟仪器驱动层提供信息传递的底层软件，是实现开放、灵活的虚拟仪器的基础。虚拟输入/输出层的功能是直接对仪器进行控制，完成数据读写。由于仪器硬件的种类繁多，为了保证硬件的“即插即用”虚拟输入/输出层需要提供独立于硬件的I/O接口。
第二，虚拟仪器驱动层。是连接虚拟仪器应用软件与虚拟输入/输出的纽带和桥梁,其功能是为虚拟仪器应用软件层提供抽象的仪器操作集。对于虚拟仪器应用软件来说，对仪器的操作是通过调用虚拟仪器驱动提供的单一接口来实现的，而虚拟仪器驱动又是调用虚拟输入/输出所提供的单一接口来实现的。
第三，虚拟仪器应用软件层。直接面对操作用户，提供了快捷、友好的测控操作界面，以及图形、图表等数据显示方式。它只对虚拟仪器驱动进行调用，本身不进行任何数据处理。对于虚拟仪器应用软件的开发者来说，在不了解仪器内部操作与实现的情况下，也可以进行虚拟仪器应用软件的设计和开发。
在软件层次化的基础上，就可以把各层封装为不同的模块组件。构造虚拟仪器的过程就是将各组件组合在一起，当功能发生改变和更新仪器硬件时，只要调用、添加或重组各模块组件见，就能构造出新的虚拟仪器，将仪器使用的主动权真正交给了用户，虚拟仪器的灵活性也就得到了充分的体现。
2.4虚拟仪器的分类
虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型：第一类，PC总线——插卡型虚拟仪器
这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言VisualC++,VisualBasic,Labview/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。

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第二类，并行口式虚拟仪器
最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。
第三类，GPIB总线方式的虚拟仪器
GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。
第四类，VXI总线方式虚拟仪器
VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过十多年的发展，VXI系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器无法比拟的优势。然而，组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造价比较高。
第五类，PXI总线方式虚拟仪器
PXI总线方式是PCI总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。PXI的高度可扩展性。PXI具有8个扩展槽，而台式PCI系统只有3-4个扩展槽，通过使用PCI—PCI桥接器，可扩展到256个扩展槽，台式PC的性能价格比和PCI总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。
2.5本章小结
在本章主要引出虚拟仪器及其相关知识，重点探讨了虚拟仪器的结构、概念和分类，并对先进的虚拟仪器和传统仪器做了比较，下一章我们将进入到本温度采集系统的软件设计部分。

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3温度检测系统的软件设计
3.1LabVIEW概述

作为基于图形化编程语言的开发环境，LabVIEW自然、直观、简洁的程序开发方式大
大降低了学习难度。开发者可以通过各种交互式的控件、话框、菜单、及函数模块进行编程。所需做的只是将这些VI模块拖拉到程序框图中，并定义它在应用程序中的功能。最后将这些控件或VI模块连接起来即可完成仪器设计。
3.1.1LabVIEW的特点

LabVIEW的主要特点可以概括如下：
多数工程师索熟悉的数据流程式的语言编写程序，被誉为“工程师和科学家的语言”。内置的程序编译器，使运行速度加快。
灵活的程序调试手段，可以在源代码中设置断点，单步运行，在数据流上设置探针，
加亮执行。其中最最具特色的是“加亮执行”和“设置探针”，前者用于跟踪程序运行过程中的数据流，后者用于在程序运行过程中在线显示数据值。
LabVIEW提供了从底层VXI、GPIB、串口及数据采集板的控制子程序到大量的仪器驱
动程序，从基本的功能函数到高级分析库，涵盖了仪器设计中几乎所需要的函数。支持多种系统平台，平台之间的程序可以直接进行移植。
提供CLF（calllibraryfunction）功能和CNI(codeinterfacenode功能，可以直接调
用其他软件平台编译的模块。支持TCP/IP、DDE等功能。
此外，LabVIEW带有附加的软件包，如磁盘管理。自动测试、控制与仿真、信号处理、图形获得与处理、数值分析工具等。
图形化的仪器编程环境，它使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，使用大
3.1.2LabVIEW的发展历程

LabVIEW从1986发明至今，已推出了数个不同版本，可以支持多个目前流行的操作
系统，LabVIEW的主要发展历程如下：
1983年4月，LabVIEW开发系统在美国德克萨斯州奥斯汀研制成功，主要是为仪器系
统的开发者提供一套快捷地建立、检测和修改仪器系统的图形软件系统；1986年5月，NI公司推出了LabVIEWbeta测试版；
1986年10月，NI公司正式发布了LabVIEW1.0formacintosh版本，该版本是解释型

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和单色的，一问世引起了仪器工业的变革；
1990年1月，LabVIEW2.0版本问世，此为编译型版本，并增加了彩色的性能，它提
供了图形编译功能，是的LabVIEW中的VI（虚拟仪器）运行速度可以与编程C语言的运行速度相媲美；
1992年8月，支持sunsolaris工作站和PC的LabVIEW版本面世；
1993年1月LabVIEW3.0版本开发完成，同时给用户提供一个应用系统生成器
（applicationbuilder）,它使得LabVIEW的VI变成一个可以独立运行的程序；1998年2月，LabVIEW5.0版本问世，改版本是LabVIEW历史上又一个里程碑。该版
本为多核设备预先设置了多线程功能，还做了包括可程序设计的控制面板、用户定义控制、应运程序发行等重大改进；
2003年，LabVIEW7express和LabVIEW7系列开始推向市场，在LabVIEW7系列中，
引入了新的数据类型——动态数据类型（dynamicdatatype），并增加了LabVIEWPDA和LabVIEWFPGA等各种不同的功能模块；
2005年，LabVIEW8版本问世，改版本具有分布式、智能化的优异特性；
2006你去，20周年纪念版LabVIEW8.20面世，LabVIEW8.2.1是其中文版本，也是
LabVIEW诸多版本中的唯一中文版；
2007年8月，LabVIEW8.5版本面世，它是国内目前广泛应用的版本；
2008年8月LabVIEW8.5版本发布，它是NI目前正式推出专用于测试、控制和嵌入式
系统开发的LabVIEW图形化系统设计平台的最新版本。它提供了支持多核处理器、现场可编程门阵列编程等新技术。

图3-1LabVIEW前面板
3.1.3LabVIEW的结构
利用LabVIEW开发测试系统软件，涉及两个主要部分：前面板和流程图（又称程序框图）。

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前面板是指一些图形化的测试界面，如图3-1所示，即测试程序开发完成后，用户运流程图是指测试程序的内部运行结构，是测试系统结构、数据处理的流程。如图3-2
行时所展现的各种测试交互接口，包括菜单、参数设置、结果显示等。
所示。测试程序绝大部分工作是在流程图中完成的。开发完成的测试程序在运行时流程图式不可见的，它和文本式开发平台（如VC++）中的*.h、*.cpp等文件的作用是一样的。只是LabVIEW流程图的开发时图形化的，更简单、高效、直观。

图3-2LabVIEW流程图
3.2LabVIEW的应用领域

LabVIEW的诸多优点，使其在包括航天、航空、通信、汽车。半导体和生物医学等众
多领域得到了广泛应用。从仪器控制、数据采集到测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，不同领域的科学家和工程师都在借助LabVIEW解决研究和工作中出现的各种应用课题。
1.应用于自动化测试和测量平台
LabVIEW在测定和测量中的应用任务如下表3-1所示。
表3-1LabVIEW在测试和测量中的应用及任务
应用
制造测试
电子设计验证与定性数据记录结构/机械测试RF和通信测试便携式现场测试台式测试

任务
测试制造系统，提升处理能力和可升级性
验证常见的测量任务（如参数值、电气特征）的设计记录测量值（温度、压力、电流、速度、应力、位移等）测试设计结构和机械（噪声、震动操作平稳性）测试无线通讯功能
创建自定义的便携式测试系统
通过台式机上的虚拟仪器进行测量和实时分析
9
硬件在环（HIL）测试实现插置模式，在硬件平台上执行控制和分析代码


2.应用于工业测量和控制普通
LabVIEW在工业测量和控制平台中的应用及任务如表3-2所示。
表3-2LabVIEW在工业测量和控制中的应用及任务
应用
机器自动化机器状态监控分布式监控和控制电源监控
集成式测试和控制硬件在线测试
任务
解决机器自动化中声音、震动监控等应用难题对机器状态进行监控和测试创建分布式监控和控制应用执行电源测量和电源质量测量
开发测试和控制相结合的应用，如机电测试、环境测试创建模块化、性价比高的软硬件测试平台
3.应用于设计、原型建模和发布
LabVIEW可用于搞笑的设计仿真、应用、仿真数据与真实测量之间的比较。将LabVIEW和测量工具集成与附加的设计和仿真工具中，在设计过程中就可以将真实的测试工具与仿真模型进行比较，从而发现设计中的缺陷、减少重复设计、提高产品质量。通常的应用有嵌入式系统设计测试、控制设计、数字滤波器设计、电子电路设计、机械设计、算法设计等。
4.应用于院校实验室
LabVIEW在测控领域掀起革新的同时，也增强和提高了院校实验室的研究。在实验室中，LabVIEW将复杂的数据采集工作变得简单，便于研究人员集中时间和精力用于实验操作、数据分析和结论总结，而不是将大量时间用于搭建实验室设备。LabVIEW在教学和实验室中的应用领域包括测量、电路设计和仿真、控制、机械、电子、信号和图像处理、无线通信和嵌入式系统等。
3.3本章小结
本章主要探讨了虚拟软件LabVIEW的相关信息，包括LabVIEW的发展历史、应用领LabVIEW相对于其它软件的优越性、LabVIEW的前后面板。下一章我将讨论程序框图及系统前面板的介绍

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4系统VI程序设计
VI层次结构图中以VI图表代表各个VI，清楚地显示出了分层式的金字塔结构，便于用户浏览结构的作用。如图4-1所示。

图4-1系统的VI层次结构图
4.1创建子VI
1．子VI的概念
子VI即LabVIEW的子程序，是层次化和模块化VI的关键组件，它能使VI易于调试和维护。子VI是由其他VI调用的独立的VI，即子VI用在顶层VI框图中。在VI中可使用的子VI数目不受限制。使用子VI是一种有效地编程技术，因为它允许子VI代码在不同场合重复使用，而且在一个子VI中还可以调用另一个子VI，这也是G语言的分层特性。2．创建虚拟温度发生器子VI
本设计采用模拟的温度发生器产生随机温度数值，见图4-2，用随机数0-1产生的数值，经过简单的数学运算生成所需采集的温度数值，且温度值的范围控制在40-50摄氏度。

图4-2模拟温度发生器

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4.2VI设计
VI程序的前面板是一个交互式的用户界面，相当于真实物理测试仪器的仪器面板。主界面包括温度检测和数据分析两部分，如图4-3和4-4所示。其中温度检测面板中包括瞬时温度显示、上下限数值设定、温度曲线显示、摄氏华氏转换、结束采集按钮以及报警。数据分析面板包含波形图的分析显示、相关数据值显示、自相关函数的波形显示以及关闭系统按钮。

图4-3虚拟温度采集检测

图4-4数据分析面板

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点击工具栏运行键，弹出对话框设置采集温度上下限，图4-5，设置完上下限值，点击确定，系统开始采集数据。图4-6.此时面板上显示出采集的温度曲线图，瞬时温度值，以及报警情况。
点击停止采集按钮，进入数据分析面板，并将分析结果以图形和数据的形式显示，见图4-7.在温度曲线显示器中显示出温度上下限，原始采集温度，以及拟合温度曲线。同时还在面板上显示出最大值、最小值、平均温度、采样频率等统计而得的数据。面板的下方还将显示出自相关函数图像，便以判断所采集的温度是否具有周期性。

图4-5设置上下限

图4-6温度采集
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图4-7数据分析
4.3本章小结
本章主要对系统的各个模块的程序框图做了简单介绍，以及每一个模块的主要功能，参数设置等一系列问题；同样对前面板也做了简要的概述。对里面的每一个参数所代表的意义、各个窗口显示出来的波形等简单的表述。


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5程序框图介绍
如果说前面板是仪器的操作面板，那么程序框图则相当于仪器内部的电子线路。虚拟仪器系统的关键所在就是程序框图的设计，合理的布局，恰当的函数运用可以是复杂的系统运行顺畅。
下面就先来介绍系统的基本整体流程图，如下图5-1所示：
温度曲线显
示
瞬时温度值
显示
上限数组
随机温度
大于上限
报警
小于上限
下限数组
转换至动态数据
曲线拟合统计单频测量
温度曲线
最大温差总采样数
最大值最小值
最大值时间最小值时间
平均温度
频率

图5-1系统流程图
5.1系统初始化
为前端数据输入，程序运行即弹出对话框，用于设置上下限值。为记录
总的运行时间设计。编程框图如图5-2所示
为清零设计，使得系统在下次启动时将上次的数据清零。其
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图5-2数据初始化
5.2温度采集
如图5-3所示，程序中
为虚拟温度发生器子VI（图4-2）。温度采集程序框图中温
度模拟发生子VI产生随机温度值，将该温度值与预先设定的上下限值比较，若大于上限小于下线则报警系统报警。并根据摄氏华氏设置，经过f=c*1.8+32转换在温度计中显示实时温度。

图5-3温度采集程序框图
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5.3数据分析
图5-3中，已采集到的单通道一维标量数组经过转换变为动态数据，经由单频测量和统计，输出采样频率、平均温度、最大值、最小值等数据。另经转换的数据经多项式阶数为5的曲线拟合后，输出拟合后的温度曲线。数据经一维自相关函数运算，根据其显示出来的数据判断是否所采集的温度具有周期性。
本设计中对于采集到的温度数据，进行了相关的时域分析和统计。编程图如5-4所示。

图5-4数据分析程序框图
下面便对其内部主要统计函数做相关介绍：1．相关性分析
假定一个样本x(t来自各态历经平稳随机过程，则其自相关函数Rxx(t(简记为Rx(τ是样本信号x(t与此样本记录在作时移τ后的信号x(t+τ作乘积后再积分平均的运算值，即
1T
（5-1）x(tx(td，0T
所用计算公式：Rxx(τlim
N/k/1
Rxx(k
（5-2）x(ix(ikk=0,±1,±2,„±(N-1，
i0
如果信号中有周期成分，其自相关函数在τ很大时都不衰减，并具有明显的周期性。

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因此可以利用自相关函数检测信号中有无周期成分。若其自相关函数图像显示具有对称性，则判定原信号具有周期性。2．曲线拟合
曲线拟合子分析实验数据时非常有用，它可以从大量的离散数据中抽象出内部规律。而为了充分利用这些数据，就要用到拟合。LabVIEW中包含了大量的曲线拟合函数以满足不同的拟合需要，其中不仅包括二维曲线拟合，还包括三维曲面拟合。
对数据进行二维曲线拟合时需要输入数据的坐标（Xi,Yi）即x数组和y数组。曲线拟合的目的就是找出Yi和Xi的函数关系式y=f(x。
本系统采用多项式拟合。多项式系数的元素为m+1，其中m是多现实阶数。本设计中采用多项式阶数为5，其当前模型可写为
Y=a0+a1*x+a2*x^2+a3*x^3+a4*x^4+a5*x^5，（5-3）3．统计
统计为LabVIEW中信号分析ExpressVI中的一个VI，利用概率统计的方法求算出本文中所需的最大值、最小值、采样总数、平均值等。
5.4本章小结
在本章主要对前一章的补充与细化，给出了整个系统的流程图，重点分析解读程序框图里的每一个模块及其意义，对数据分析里面的相关统计函数做了详细说明，例如相关函数、曲线拟合等等


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6结束语
6.1系统总结
可见，在LabVIEW图形化语言环境下设计的虚拟温度采集系统简单快捷，用户完全可根据实际环境温度的需要，调节不同功能的软件模块，改变设定的参数，就可以在同一台计算机中对采样信号进行非实时的在线和离线分析，便可以准确地判断当前温度是否超出规定的温度范围，从而对温度进行精确地监控。
本系统的特点可以归纳如下：
1．温度产生方便，通过一个随机数即可模拟产生，而且可以随意设置范围；2．整个系统界面清晰明了，各个功能模块分的很详细；
3．统计比较方便简单，可以方便快捷的统计出各种参数，如最高温度、最低温度发生时间等等；
4．可视化的界面，效果异常明显，可以很清楚的看见采集到的温度高于或低于设定的界限；
5．系统配有声音报警模块，当超出或低于设定的界限时可以立即发出警报；6．系统控制方便，可以随时开始采集，随时停止。
6.2未来展望
虽然本文针对温度采集和分析系统做了一定的研究工作，并取得了一些研究成果，但仍有一些问题值得进一步探讨。在未来的工作中要努力完善该温度监测系统，如：添加记录功能，使其能够记录保存历史数据；增加数据分析内容；增加报警时的处理系统等。并完成多通道多输入的实时采集，以适应现代生产需要，同时可以将无线通信技术和温度采集系统结合，从而可以实现数据的远程传输和远程控制。

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致谢
感谢我的论文指导老师，他循循善诱，学识渊博，责任心强，感谢他在毕业设计期间给我的帮助和关怀！他的教导与帮助使我顺利的完成了毕业设计以及相关的论文写作，也使我学习到了宝贵的经验，在这里对他表示衷心的感谢。在此谨向尊敬的老师们致以由衷的感谢和崇高的敬意！
感谢所有给予我关心和帮助的同学与朋友们！在众多好友的大力帮助与关怀下我才能顺利完成毕业设计及论文，在此表示衷心的感谢！
感谢我的父母对我学习和生活的支持，他们不仅仅给了我生命，更教会我很多为人处事的道理！
感谢各位老师在百忙之中抽出宝贵时间来审阅本论文，恳请批评指正！在论文完成之际，再次深深感谢所有支持、鼓励和帮助过我的老师和同学们。
谢谢你们！
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参考文献
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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/2bacccf9524de518964b7d97.html

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