【文章內(nèi)容簡介】 路模塊通常由各種插卡式或外置卡信號調(diào)理電路板、數(shù)據(jù)采集卡 DAQ（ Data Acquisition） ，也可以是帶計算機(jī)接口的測量儀器。應(yīng)用 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 5 軟件 LabVIEW 開發(fā)的虛擬面板上有與真實(shí)儀器相同功能的虛擬開關(guān)、按鍵和旋鈕等。用戶通 過友好的圖形界面來操作儀器，從而完成對測量信號的采集、分析、判斷、顯示和數(shù)據(jù)存儲等。 LabVIEW 的介紹及其特點(diǎn) LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是美國國家儀器公司 NI 開發(fā)應(yīng)用于工業(yè)測試的集成開發(fā)環(huán)境，也是工業(yè)上廣泛使用的基于圖形化編程語言 G（ G Language）開發(fā)的一種編程軟件。它是一種強(qiáng)有力的虛擬儀器開發(fā)工具，主要用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域。它最先被應(yīng)用于蘋果機(jī)上，隨 著 計算機(jī)操作系統(tǒng)軟件的發(fā)展，逐漸發(fā)展到可在多種操作平臺上運(yùn)行，如： Windows、 Sun SPARC stations、 Apple Macintosh puter、 HPUX workstations 等。利用 LabVIEW可生成 32 位的編譯程序，使用戶的數(shù)據(jù)采集、測試和測量能得以高速運(yùn)行。 LabVIEW 是一個完全的、開放式的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)應(yīng)用軟件，利用它組建儀器測試系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以大大簡化程序的設(shè)計。 LabVIEW 與其它編程語言不同的是，編程語言是基于文本語言的程序代碼（ Code） ，而 LabVIEW 則是使用圖形化程序設(shè)計語言 G（ Graphic） ，用框圖代替了傳統(tǒng)的程序代碼。 LabVIEW 所運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過程和思維過程非常的相似。主要特點(diǎn)為： 第一，使用圖形化編程方式，在流程圖中創(chuàng)建源程序。 LabVIEW 所運(yùn)用的圖標(biāo)與工程師們使用的大部分圖標(biāo)一致，這使得工程師們也能輕松地編程，而不需要專業(yè)的軟件人員。第二，有程序調(diào)試功能，繼承傳統(tǒng)編程語言的結(jié)構(gòu)化和模塊化的優(yōu)點(diǎn)，擁有數(shù)據(jù)采集、儀器控制、分析、網(wǎng)絡(luò)、 ActiveX 等 集成庫提供 DLL 庫接口、 CIN 節(jié)點(diǎn)以及大量的儀器、網(wǎng)絡(luò)通信 VIs 與其它應(yīng)用程序或外部設(shè)備進(jìn)行連接，提供大量的函數(shù)庫及附加工具；第三，運(yùn)用層次化結(jié)構(gòu)，程序流程明確清晰；第四，模塊化的程序設(shè)計語言，用戶可以把一個 VI（ virtual instrument 虛擬儀器）程序創(chuàng)建成自己的一個圖標(biāo) /接口（即 VI 子程序） ，然后被其它 VI 程序所調(diào)用，而且其被調(diào)用的階數(shù)是無限制的。 最后， LabVIEW 還使用并行工作方式， 作為一個多任務(wù)的軟件系統(tǒng)，當(dāng) LabVIEW 創(chuàng)建具有同步的程序塊時，就可交互地 運(yùn)行并行 VIs 程序。一個 VI 程序由三部分組成： （ 1）前面板（ Panel） ：前面板是 VI 的交互式用戶接口，相當(dāng)于真實(shí)物理儀器的操作面板，由具備各種輸入、輸出功能的控件組成，實(shí)現(xiàn)用戶與程序的交互。 （ 2）程序流程圖（ Block Diagram） ：相當(dāng)于儀器的電路結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)流的方式實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的處理。 VI 從數(shù)據(jù)流框圖程序中接收指令，框圖程序是一種解決編程問題的圖形化方法，實(shí)際上是 VI 的程序代碼。 （ 3）圖標(biāo)連接端口（ Connector） ：相當(dāng)于儀器中的某個集成電路，是對子程序（ subVIs）的調(diào)用形式，是 VI 程序的可選部分。 VI 圖標(biāo)連接端口的功能端口就像一個圖形化參數(shù)列表，可在 VI 與 SubVI 之間傳遞數(shù)據(jù)。一個 VI 既可以作為上層獨(dú)立程序，也可以作為其他程序（或子程序）的子程序。當(dāng)一個 VI 作為子程序時，稱作 SubVI。 其設(shè)計的基本結(jié)構(gòu)有五點(diǎn)： （ 1）層次化結(jié)構(gòu) 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 6 LabVIEW 是模塊化程序設(shè)計語言， 用戶可以把一個 VI 程序創(chuàng)建成自己的一個圖標(biāo) /接口 （即 VI 子程序） ，然后被其他 VI 程序所調(diào)用。用這種方法可設(shè)計出一個有層次關(guān)系的 VIs 或者子 VIs，而且調(diào)用階數(shù)是無限制的。 （ 2）并行工作 LabVIEW 是一個多任務(wù)的軟件系統(tǒng)，當(dāng)創(chuàng)建具有同步工作的程序模塊時，就可交互的運(yùn)行并行 VIs 程序。 （ 3）常規(guī)語法結(jié)構(gòu)： While Loops， For Loops， Case 結(jié)構(gòu)，順序結(jié)構(gòu)等。 （ 4）基于文本的公式結(jié)（ Formula Node） 公式結(jié)是一種用于書寫數(shù)學(xué)公式的文本編輯框。 （ 5） CIN 節(jié)點(diǎn)（ code interface node）。 LabVIEW 的開發(fā)環(huán)境 程序開發(fā)環(huán)境是編程人員與程序代碼之間的橋梁， LabVIEW 的開發(fā)環(huán)境提供了軟件環(huán)境的自定義功能，主要包括系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境，編程窗口環(huán)境， VI 服務(wù)器和 Web 服務(wù)器四大部分。 LabVIEW 具備 Windows 平臺下應(yīng)用軟件的共性，如快捷鍵、窗口風(fēng)格、操作方式等。也有與其獨(dú)特應(yīng)用方式有關(guān)的自有的配置選項(xiàng)。 LabVIEW 的熟練者可以通過設(shè)置編程環(huán)境來使工作更便捷。操作人員可以從“ Tool198。Options”菜單中調(diào)出軟件環(huán)境對話框，如圖 11 所示，根據(jù)自己的操作習(xí)慣和編程風(fēng)格來配置編程環(huán)境。 圖 11 LabVIEW 軟件環(huán)境界面設(shè)置 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 7 LabVIEW 的編程需要通過與程序設(shè)計，編碼及調(diào)試等過程相關(guān)選項(xiàng)的配置。主要內(nèi)容如下八點(diǎn)： （ 1） 前面板（ Front Panel） 此選項(xiàng)頁包含前面板顯示相關(guān)選項(xiàng)的設(shè)置，主要是控件的默認(rèn)屬性，包括標(biāo)簽、動畫效果及樣式等。通過控件的右鍵快捷菜單，可以分別設(shè)置控件屬性。控件是程序面板的基本組成元素，一般選擇“新式”和“經(jīng)典”兩種控件，控件的樣式不隨操作系統(tǒng)改變。 “系統(tǒng)”直接調(diào)用操作系統(tǒng)的控件，風(fēng)格與 Windows 應(yīng)用程序相似。 圖 12 前面板 Front Panel （ 2）程序流程圖（ Block Diagram） 此選項(xiàng)頁包含程序框圖的相關(guān)設(shè)置，主要是程序流程圖編寫的默認(rèn)屬性。重要的配置內(nèi)容有：將控件標(biāo)題作為子 VI 的提示框；從程序流程圖中刪除或復(fù)制前面板接線端；在新 VI 中啟用自動錯誤處理和啟用自動錯誤處理對話框；啟用自動連線和自動連線路徑選擇；在循環(huán)中自動插入反饋節(jié)點(diǎn)；以可擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)形式放置子 VI；啟用放置結(jié)構(gòu)的自動擴(kuò) 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 8 展功能 。 圖 13 程序流程圖 Block Diagram （ 3）對齊網(wǎng)格（ Alignment Grid） 此先項(xiàng)頁用來設(shè)定前面板和程序流程圖上的網(wǎng)格，使對象在放置、移動或調(diào)整大小時與網(wǎng)格對齊，主要的配置內(nèi)容有：啟用前面板網(wǎng)格對齊；縮放新對象以匹配網(wǎng)格大??；對齊網(wǎng)格繪制式樣。 （ 4）控件和函數(shù)選板（ Control / Functions Palettes） 在前面板或背板上右擊，會彈出控件或函數(shù)選板。用戶可以設(shè)置選板的顯示模式和加載方式。 該選項(xiàng)頁可以設(shè)置的配置項(xiàng)主要有以下幾種： 格式 （ Format） ； 導(dǎo)航按鈕 （ Navigation Buttons） ；加載選板（ Palatte Loading） ；排序選板項(xiàng)（ Sort palette items） 。 （ 5）共享變量引擎 此選項(xiàng)頁在“時間服務(wù)器搜索順序” 中列出作為時間服務(wù)器的計算機(jī)。任何運(yùn)行時間同步服務(wù)的計算機(jī)都可作為時間服務(wù)器使用，主時間服務(wù)器是列表中的第一臺計算機(jī)。用戶 可以查找、添加或刪除作為時間服務(wù)器的計算機(jī)，還可以設(shè)置“休眠時間 /秒” （ Sleep time / Seconds）選項(xiàng)，即時間服務(wù)器計算機(jī)在兩個同步的間隔等待的秒數(shù)。 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 9 （ 6）菜單快捷方式（ Menu Shortcuts） 該頁用于設(shè)置 VI 菜單項(xiàng)的鍵盤快捷方式，一般自定義都是 Ctrl+Shift+*的快捷鍵。單項(xiàng)（ Menu Items and Shortcuts）列表顯示了菜單項(xiàng)對應(yīng)的快捷鍵。選擇某個菜單項(xiàng)后，用戶可以在快捷方式和組合鍵，設(shè)置該菜單項(xiàng)的快捷方式。 （ 7）修訂歷史（ Revision History） 該頁用于設(shè)置修訂歷史的添加規(guī)則，與 VI 屬性不同的是，這里主要是選擇通用的添加注釋的方法及顯示的格式。主要有：每次保存 VI 時添加注釋；關(guān)閉 VI 時提示輸入注釋；保存 VI 時提示。輸入注釋 ；記錄由 LabVIEW 生成的注釋 ；在標(biāo)題欄中顯示修訂號 ；用于 VI 修訂歷史的名稱。 （ 8）調(diào)試（ Debugging） 此選項(xiàng)頁用來對 LabVIEW 提供的調(diào)試工具進(jìn)行設(shè)置，選項(xiàng)包括：高亮顯示執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流 ； 高亮顯示執(zhí)行過程中的自動探測 值 ；默認(rèn)在錯誤列表對話框中顯示警告 ； 啟動時提示調(diào)查內(nèi)部錯誤。 VI 的屬性設(shè)置是程序編寫的一部分， 功能主要是幫助編程人員管理 VI 程序及控制 VI 運(yùn)行的狀態(tài)和顯示方式。從菜單項(xiàng)“ File198。VI Properties”可以調(diào)出 VI 屬性設(shè)置的對話框。 通過設(shè)置基本屬性，編程人員可以更有效地管理 VI 程序。 在編寫大型軟件時，LabVIEW 一般通過目錄結(jié)構(gòu)管理文件，通過設(shè)定 VI 搜索路徑，可使 LabVIEW 在確定的范圍內(nèi)操作 VI。 以后的版本提供了安 全選項(xiàng)，用于共享變量的管理。當(dāng)多臺計算機(jī)協(xié)同工作時，為了安全起見需要設(shè)立域，訪問時要求使用密碼登錄。安全設(shè)置主要包括登錄方式、用戶名、密碼管理、域管理。 通過設(shè)置 VI 服務(wù)器（ VI Server） ，用戶可以將本機(jī)上的 VI 發(fā)布，這樣其他的用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問該 VI，權(quán)限為只讀。 VI 服務(wù)器為 C/S 模式，一般在工作組中設(shè)立一個 VI 服務(wù)器，其他計算機(jī)可以訪問獲取信息。 與 VI 服務(wù)器不同， Web 服務(wù)器主要針對非工作組成員。它允許用戶通過瀏覽器訪問和使用 VI，是將程序提供給用戶測試的好方式。 基于 Labview 的風(fēng)力發(fā)電數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計 10 二、設(shè)計思路 數(shù)據(jù)的采集 數(shù)據(jù)采集 (Data Acquisition，簡稱 DAQ)就是將被測對象的各種參量（物理量、化學(xué)量、生物量等）通過各種傳感器件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)信號調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E送到計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和記錄的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常由傳感器、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)及外設(shè)等部分組成。其中傳感器是將被測量（通常為非電量）轉(zhuǎn)換成電信號的信號轉(zhuǎn)換元件，由于傳感器所產(chǎn)生的電信號一般不可能直接輸入至 PC，必須進(jìn)行調(diào)理才能被數(shù)據(jù)采集設(shè)備精確、可靠 地采集。信號調(diào)理就是將傳感器所輸出的電信號進(jìn)行放大、隔離、濾波等，以便數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。 圖 21 風(fēng)速采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖 軟件功能的實(shí)現(xiàn) 外面的信號成功的導(dǎo)入到計算機(jī)當(dāng)中后，接下來就要就行軟件的連接了，由于要使外界采集來的電壓，風(fēng)速真實(shí)的顯示在觀察者面前，所以在進(jìn)行 LabView 的軟件編程時，就需要將外界時時變化的溫度與一個顯示控件相