LabVIEW图形化环境下虚拟电压表的设计

LabVIEW图形化环境下虚拟电压 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 的设计 LabVIEW图形化环境下虚拟电压表的设计 第21卷 第2期 哈尔滨师范大学自然科学Vo1.21,No.22006 NATURALSCIENCESJOURNALOFHARBINNORMALUNIVERSrI'Y LabVIEW图形化环境下虚拟电压表的设计 初秀娟 (绥化学院) 【摘要】虚拟仪器与传统仪器不同,传统仪器是由生产厂家定义制造的,具有固定 的外观和功能;虚拟仪器通过软件将计算机段件资源与仪器硬件有机地融合为一体,从而 把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量,控制大大缩小能力结合在一起,了仪器 硬件的成本和体积,并通过软件实现对数据的显示,存储以及 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理.本文描述了虚拟 仪器软件平台LabVIEW的特点,重点对基于LabVIEW的虚拟电压表的设计和实现进行 了讨论. 关键词:LabVIEW;虚拟仪器;传统仪器;电压表 0引言 现代计算机技术和信息技术的迅猛发展,引起 了测量仪器和测试技术的巨大变革.人们曾为测量 仪器从模拟化,数字化到智能化的进步而欣喜,也为 自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞,当今虚拟 仪器技术的出现又使得测量仪器步人了高科技的殿 堂.它充分利用计算机系统强大的数据处理和显示 能力,利用软件完成数据的采集,控制,数据分析和 处理以及测试结果的显示等,通过软,硬件的配合实 现传统仪器的各种功能,真正实现了"软件即仪器" 的概念,用户可以方便地对仪器进行维护和扩展. 电压是电路中常用的电信号,通过电压测量,利 用基本公式可以导出其它的参数.因此,电压测量是 其他许多电参数和非电参数量测量的基础,测量电 压相当普及的一种测量仪表就是电压表.但常用的 是模拟电压表,其根据检波方式的不同,有峰值电压 表,均值电压表和平均值电压表,它们都各自做成独 立的仪表,这样,使用模拟电压表进行交流电压测量 时,必须根据测量要求选择仪表.另外,多数电压表 收稿日期:?05—03一II 的表头是按正弦交流有效值刻度的,测量非正弦波 时,必须经过换算才能得到正确的测量结果,这对一 般用户,尤其对学生做实验整理数据来说是很麻烦 的—件事. 而采用虚拟电压表,可将表征交流电压特征的 峰值,平均值和有效值集中在一块面板上显示,测量 时可根据波形在面板上选择仪表,用户可通过面板 指示值对测量结果进行分析比较,大大简化了测量 步骤. 1开发环境的选择 虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种:一 种是基于传统的文本语言的软件开发环境,常用的 有【abWindows/CVI,.VisualBASIDC=VC++等; 一 种是基于图形化语言的软件开发环境,常用的有 LabVIEW和lipVEE.其中LabVIEW图形化软件开 发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代 替常规的文本语言编程,界面友好,操作简便,可大 大缩短系统开发周期,深受专业人员的青睐.所以, 虚拟电压表的设计平台采用NI公司的LabVIEW6i 第2期LabVIEW图形化环境下虚拟电压表的设计67 进行.采用LabVIEW编程设计的虚拟电压表,显示 出的波形比传统电压表更清晰,而且在图形用户界 面上,可随意调整输入波形和输h~pktl,,方便用 户进行比对,使虚拟电压表的设计开发具有现实意 义和实用价值. 2设计过程 2.1传统电压表 传统电压表一般由阻抗变阻器,放大器,检波器 和表头四大部分组成.按对波形响应的输出量分为 峰值电压表,均值电压表和有效值电压表.它们的工 作原理类似,只是检波电路参数有所不同.其中峰值 电压表采用二级管峰值检波器,表头偏转正比于被 测电压(任意波形)的峰值;均值电压表一般都采用 二极管全波或桥式整流电路作为检波器,表头偏转 正比于被测电压的平均值;有效值电压表则经常采 用两种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 进行变换,即模拟计算电路来实现测量. 因此,对不同的测量对象必须选用不同的测量仪表. 另外,传统仪器大都具有固定的装置,有外壳, 操作面板,信号输人输出接线端子,还有开关,旋钮 等.测试结果由指针式仪表,数字仪表,图表或打印 等几种形式输出.因此,传统仪器的面板和功能只能 由仪器厂家来定义,制造,用户无法改变.如用户选 择了均值检波电压表,那么电压表不管波形如何,测 量的都是平均值,而且该类电压表只适合测量高频 交流电压,我们是无法改变的.如果要求测量有效 值,一是利用波形因数进行换算,另一种方法则是换 用有效值检波的电压表.显然,无论哪种方法,都是 比较腑颐的. 2.2虚拟电压表 虚拟仪器(VirtualInstrument)是基于计算机和 标准总线技术的模块化系统,通常它是由控制模块, 仪器模块和软件组成,由软件编程来实现仪器的功 能.在虚拟仪器中,计算机显示器是惟一的交互界 面,物理的开关,按键,旋钮以及数码管等显示器件 均由与实物外观相似的图形控件来代替,操作人员 通过鼠标或键盘操作虚拟仪器面板上的旋钮,开关, 按键等,设置各种参数,根据自己的需要来定义仪器 的功能.在虚拟电压表的设计中,考虑到仪器主要用 于教学和实验,使用对象是学生,我们将上述三种检 波方式的仪器合为—体,既简化了面板和操作,又便 于直接对比. 2.3虚拟电压表的设计 根据使用的目的,本电压表主要用于电路分析 和模拟电子技术等实验课教学的测量仪器,主要是 让学生掌握电压的测量和电压表对正弦波形和非正 弦波形的不同响应.因此,我们确定虚拟电压表应具 有电源开关控制,波形选择,峰值,有效值和平均值 三种结果显示,且输人信号的大小可调节等功能. (1)基本框架结构 虚拟电压表由硬件设备与接口,设备驱动软件 和虚拟仪器面板组成.其中硬件设备与接口包括仪 器接口设备和计算机,设备驱动软件是直接控制各 种硬件接口的驱动程序,虚拟仪器通过底层设备驱 动软件与真实的仪器系统进行通讯;并以虚拟仪器 面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操 作相对应的各种控键.由于设备驱动软件在一般情 况下都是由硬件设备或接口板的厂家提供,为简单 起见,我们用软件虚拟了一个信号发生器,此信号发 生器可产生正弦波,方波和三角波,根据需要,可调 节面板上的控键,改变信号的频率与幅度,然后检测 电压表的运行情况.因此,在LabVIEW图形语言环 境下设计的虚拟电压表主要为三个部分,第一部分 是虚拟电压表面板的设计;第二部分是虚拟电压表 流程图的设计;第三部分是虚拟信号源的设计. (2)面板的设计 前面板用于设置输人数值和观察输出量,用于 模拟真实电压表的前面板.由于虚拟面板直接面向 用户,是虚拟电压表控制软件的核心.设计这部分 时,主要考虑界面美观,操作简洁,用户能通过面板 上的各种按钮,开关等控键来控制虚拟电压表进行 测量工作. 根据传统电压表面板控键的功能,利用Lab- VIEW中的控制模板,分别在设计面板E放人模拟实 际电压表控键的数据输入控键,显示器,数据输出控 件,开关,选择器.显示器用于显示输人的信号波形; 数据输人控键主要用于输入被测信号的信号频率, 采样频率,采样数,振幅和相位;数据输出控键则用 于输出被测信号经过处理后得到的峰值,平均值和 有效值及标准频率的数据显示. 打开LabVIEW前面板编辑窗口,点击鼠标右 键,显示控制模板,选择Graph>>WaveformGraph. 作为电压表的显示器.在显示器模板上点击鼠标右 键,对其进行属性设置,如根据示波器的频率与幅度 值的变化,利用工具模板中的文字工具,对显示器横 (时间),纵(幅度)坐标的刻度重新设置.用Graph控 键设计的示波器是完全同步的,波形稳定. 选择Control>>Numeric>>Digitalcontrol,作 为电压表参数设置的输入和测试结果的数据显示. 选择Control>>ClassControls>>Numeric>> 哈尔滨师范大学自然科学2OO5钷 Venicalslider,放置对输人波形选择开关. "电源开头"控键选择Boolean>>PushButton, 当按下开关时,虚拟电压表开始运行,同时电源开关 的指示灯亮.同样,当弹起开关时,虚拟电压表停止 运行.前面板如图1所示. 图1虚拟电压表的前面板 (3)流程图的设计 前面 每—个前面板都对应着一个流程图程序. 板的设计完成后,可进行流程图程序的设计. 打开I_abVIEW设计环境中的Windows>> ShowDiagram,进人流程图编辑窗口,与前面板各控 键对应的端口图标自动出现在流程图编辑窗口中. 利用IohVIEW中的功能模板,根据虚拟示波器前面 板各控件的作用与联系,虚拟示波器运作后数据流 的控制,分别在流程图设计面板中放置各个功能模 块,合理摆放后,用连线工具依次连接,以实现虚拟 示波器的功能.数据流的编辑主要是对端口图标的 连接,用连线工具进行连线时,如果端口闪烁, 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 相连的数据类型匹配,否则不能连接. 1)波形发生与显示 由于虚拟电压表主要用于演示,直接利用了 LabVIEW软件产生仿真信号.在此设计中,设计了正 弦波,方波和三角波三种波形,在程序设计框图中, 使用—个case(选择)语句来对三种波形进行选择. Case语句中,每一个数字(1,0,2)代表一种波形,和 前面板的控键的三种状态相对应(至于case语句的 制作,只需将三个图表中的一个,例如正弦波发生程 序,用case框起来,然后在上面的空白处协商相应的 数字,例如1,然后点击箭头,可以进行设置第二个图 表,如果要添加一个case的话,可以点击鼠标右键, 直接添加即可. 另外,在模拟状态下,信号频率以Hz或者每秒 周期数为单位.但是在数字系统中,通常使用数字频 率,它是信号频率和采样频率的比值,被称为标准频 率.所以,在框图程序中,应当在信号频率和采样频 率之间加载一个除法器. 在波形发生程序按照规定的参数产生波形后, 如果直接将波形输人波形显示控件,那将是错误的. 因为波形显示控键,并不像数据显示控件一样只需 要—个或一组数据,波形能否按规定显示出来,取决 于输入的几组不同的具有决定性的数据,例如周期, 相位等.所以在这个设计中,我们需要将轴起始坐 标,周期,波形捆绑成—个数组同时输人到波形显示 控键中. 2)数据处理部分 数据处理部分的作用,就是将产生出的信号通 过不同形式的检波,计算,得出规定的不同的结果. 在此设计中同时显示交流有效值,峰值和平均值. 对于—个纯粹的交流电压,正半周期信号和负 半周期信号对称,平均值等于零,所以,一般我们 不直接测量平均值.在设计时,按Functions>>Nu— meric>>Absolute取交流电压的绝对值,然后求平 均值,即全波平均值. 交流电压中的最大值,即为峰值.可以把数据进 行比较求出最大值,需要使用到WaveformMinMax 来进行处理框图. 交流电压有效值的公式为 广_二??一 = /』oTu(,)dt.V』 3)开关部分 用—个while条件语句设计整个框图程序,当模 拟电源开关为…1'时,即虚拟电压表工作,条件语句 中的程序则开始运行,当模拟开关为"0"时,即关,条 件语句中的程序则停止运行,虚拟电压表不工作. 4结束语 可见,在LabVIEW图形化语言环境下设计的虚 拟仪器简单快捷,用户完全可根据测试功能的需要, 调用不同功能的软件模块,组建自己的仪器,这对测 量者,尤其是在高等院校实验室是非常方便的.我们 可在同一台计算机中,根据不同的教学层次,设计不 同档次的仪器来为教学服务,如可针对不同的教学 目的,可分别对硬件驱动程序部分,虚拟面板部分, 信号的后期处理部分进行部分或完善的设计,信号 的后期处理程序还可以设计成一个独立的功能模 块,能够对采样信号进行非实时的再现和离线分析, 既满足了学生的要求,又避免了设备的重复购置. 参考文献 l刘君华等.基于LabVlEW的虚拟仪器设计.电子工业出版社 2赵会兵.虚拟仪器技术规范与系统集成.北京:清华大学和北方交 第2期I.abVIEW图形化环境下虚拟电压表? 通大学出版社 3林正盛虚拟仪器技术及其应用.微型机与应用[J].1997,(8):7— 8 4杨乐平等.I~VIEW程序设计与应用.北京:电子工业出版社 5汪敏生等译.(美国M公司),I.abV1EW基础教程.电子工业出版社 DEsIGNOF咖nC唧OIJSVOL?E,】IER ChuXiujuan (SuihuaCollege) Thefictitiousinstrumentisdifferentfromthetraditionalinstrument,thetraditionalinstrumentisdefinedand madebythemanufacturer,havingregularappearanceandfunction.ThefictitiousinstnmaentmergesthereSOLii~es ofthecomputerhardwareandinstrumenthardwareassanorganicwholeorganic~ythroughthesoftware,thusCOIl- biningcomputerstrongcomputingability,measurementoftheinstrumenthardware,controlabilitytogether,have loweredthecostandsizeofthehardwareoftheinstumentgreatly,andrealizedthedisplayandstorageofthedata andanalysedandprocessedthedatathroughthesoftware.Thistexthasdescribedthecharacteristicoffictitiousin. stmmentsoftwareplatformLabVIEW,andrealizeddiscussingthedesighbasedOIlfictitiousvoltmeterofLabVIEW especially. Keywords:LabVIEW;Fictitiousinstrument;Traditionalinstrument;Voltmeter (责任编辑:柳湘云)