【導(dǎo)讀】采集、傳送、處理。隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬儀器率先由美國于。20世紀80年代末研制成功，它是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)監(jiān)測與處理。本設(shè)計為多通道壓力監(jiān)測系統(tǒng)，用來監(jiān)測來自各處不同的壓力變化情況。路壓力的實時監(jiān)測、波形顯示。具體為應(yīng)用LabVIEW圖形化編程軟件和LabJackU12數(shù)。對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，利用EXCEL工具箱實現(xiàn)報表輸出。本系統(tǒng)包括三個基本硬件部分：壓力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡，PC機。并對信號進行分析對超限信號起到報警功能。

　　

【正文】 0 年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。PC 機出現(xiàn)以后，儀器級別的計算機化成為可能，甚至在Microsoft 公司的 Windows 誕生之前，NI 公司已經(jīng)在 Macintosh 計算機上推出了大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）21 以前的版本。對虛擬儀器和 LabVIEW 長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權(quán)威 [11]。普通的 PC 有一些不可避免的弱點。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計算機測試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個重要發(fā)展方向是制定了 VXI 標準，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標準的 VXI 機箱，再與計算機相連，就組成了一個測試系統(tǒng)。VXI 儀器價格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的 PXI 標準儀器。虛擬儀器研究的另一個問題是各種標準儀器的互連及與計算機的連接。目前使用較多的是 IEEE488 或 GPIB 協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的 32 位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多種版本。虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢，但它并不否定傳統(tǒng)儀器的作用，它們相互交叉又相互補充，相得益彰。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領(lǐng)域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。在中低檔測試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。專家們指出，在這個計算機和網(wǎng)絡(luò)時代，利用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進行改造，已是大勢所趨，而虛擬儀器系統(tǒng)正是計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器技術(shù)進行融合的產(chǎn)物，因此，在 21 世紀，虛擬儀器將大行其道，日漸受寵，將會引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命。總之，由于 LabVIEW 能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時簡便，深受用戶青睞。與傳統(tǒng)的編程語言比較，LabVIEW 圖形編程方式能夠節(jié)省 85％以上的程序開發(fā)時間，其運行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有 RS232 接口的儀器、VXI 總線儀器以及 GPIB 儀器通過計算機，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計算機進行統(tǒng)一管理和操作 [12]。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢（如表 51 所示）。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領(lǐng)域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。在中低檔測試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作 [9]。大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）22，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。由此導(dǎo)致許多識讀和操作錯誤。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。這樣，在每個分面板上就可以實現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡潔化，從而提高操作的正確性和便捷性。同時，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標準元件和加工工藝的限制，由編程來實現(xiàn)，設(shè)計者可以根據(jù)用戶的要求和操作需要來設(shè)計儀器面板 [13]。，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。，不是事先由廠家定義的。，不需購買新儀器。、靈活，與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。 PC 為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用 PC 機 CPU 的強大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、速度大為提高，實現(xiàn)自動化、智能化、多任務(wù)測量。，測試結(jié)果的表達方式更加豐富多樣。，降低系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，縮短技術(shù)更新周期。表51 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器 傳統(tǒng)儀器開發(fā)維護費用低 開發(fā)維護費用高技術(shù)更新周期短（～1 年） 技術(shù)更新周期短（5～10 年）軟件是關(guān)鍵 硬件是關(guān)鍵價格低 價格昂貴開放、靈活與計算機同步，可重復(fù)用和重配置 固定可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器 只可連有限的設(shè)備自動化、智能化、多功能、遠距離傳輸 功能單一，操作不便近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器。這是一種新型的基于Web 技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理。在當(dāng)前流行的 C/S/D 網(wǎng)絡(luò)模式下，利用嵌入式技術(shù)（包括數(shù)據(jù)庫嵌入大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）23和網(wǎng)絡(luò)模塊的嵌入）可以充分利用有效資源，提高測試效率。第六章 軟件設(shè)計本程序主要完成對數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)值顯示，保存等功能。 程序主界面本次程序的主界面是對傳感器輸出測量進行多通道顯示監(jiān)測實驗面板，其面板上有四個壓力波形顯示，可進行 4 通道的壓力監(jiān)測。AK4 型壓力傳感器輸出的 420mA接入 250 歐姆電阻轉(zhuǎn)換為 15V 電壓信號，送入 LabJack U12 數(shù)據(jù)采集卡將模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并輸入到 PC 機。因為學(xué)校實驗室的儀器限制沒有 AK4 壓力傳感器，因此我使用直流電源提供所需的 15V 電壓通過 LabJack U12 送入 PC 機。系統(tǒng)對被測量物體的實時監(jiān)測系統(tǒng)，其主要對傳感器的輸出電壓進行測量，并顯示出測量值隨時間的變化曲線。此實驗臺的控制部分包括其控制測量的退出按鈕，報表生成按鈕 SAVE TO DISK。圖 61 為前面板截圖。圖 61 前面板截圖圖 62 和 63 為后面板截圖，連接各元件時要注意線路的準確性，以免因為小失誤而無法運行整個程序。大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）24圖 62 后面板 1大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）25圖 63 后面板 2 程序各部分設(shè)計 存盤程序的后面板界面下圖為存儲生成 EXCEL 表格的后面板設(shè)計部分，輸出格式為 ,輸出字符為浮點型 8 位。大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）26圖 64 存儲后面板 Labjack 信號采集下圖為 Labjack 的原件圖標。圖 65LabjackLabjack 采集即時幫助：Labview 除了擁有強大的圖形化編程優(yōu)勢以外，還有一個特點就是這個即時幫助系統(tǒng)，當(dāng)使用人不清楚器件用處時可選擇工具欄中的幫助查看即時幫助。大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）27圖 66 幫助顯示 信號采集的通道設(shè)置此設(shè)計為 4 通道 ChannelA ChannelB ChannelC ChannelD 分別為 4 個信號接收系統(tǒng)當(dāng)輸入信號為符合值是為真，信號創(chuàng)建數(shù)組，如果為假不輸入信號。圖 67 四通道大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）28因為 4 個通道對應(yīng) 4 個波形顯示窗口因此設(shè)計 4 個連接。圖 68 為四個數(shù)組索引與求均值的圖形設(shè)計連接截圖。圖 68 四個連接 壓力監(jiān)測功能的實現(xiàn)圖 69 四個通道選擇分別對應(yīng) Labjack 的 AI0 AI1 AI2 AI3 口，做出不同的選擇，所選的借口不同。下排采樣率選擇根據(jù)所收集的信號為 05V 通過放大后為 010V，AK4 型壓力傳感器的測量范圍為 0100MP，因此設(shè)定采樣率為 256HZ，采樣點為 32 個。此設(shè)計有上限報警功能，可在如圖 68 設(shè)置壓力上限，此次試驗壓力上限設(shè)置為30MP，通過 Labjack 的 AI0 口輸出的信號采集顯示為 兆帕，超過上限的 30MP,因此設(shè)定的越線報警功能開啟綠燈閃亮。其他接口并無信號輸入，但是根據(jù) Labjack的性質(zhì)，不接信號的電壓為 ，通過萬用表得到驗證。圖 69 帶有壓力上限的單通道輸入前面板圖 610 和 611 為信號通過 AI1 AI3 口輸出的顯示：大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）29圖 610 帶有壓力上限的雙通道輸入前面板上限設(shè)置為 70MP，輸入的電壓為 5V，沒有超過上限，顯示出的壓力為 51MP。綠燈沒有閃亮。圖 611 輸入壓力值不超過輸入壓力上限當(dāng)按右下角的 SAVE TO DISK 鈕時，系統(tǒng)存盤，將所測得的數(shù)據(jù)保存到 EXEL 表格中。因為所設(shè)的采樣點為 32，因此所保存的數(shù)據(jù)位 32 個。圖 612 中 A 為時間，BCDE分別為 4 個通道。圖 612 生成 EXCEL 報表截圖大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）30總 結(jié)本文詳細闡述了虛擬儀器的概念、特點、分類、組成、發(fā)展前景與方向及軟件開發(fā)環(huán)境。并設(shè)計了多通道壓力監(jiān)測系統(tǒng)，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集技術(shù)，數(shù)字信號處理技術(shù)進行了研究，完成了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，軟件編制調(diào)試和實驗系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集分析處理，數(shù)據(jù)儲存等功能。在設(shè)計中出現(xiàn)了各種各樣的問題。從選擇題目的時候我對多通道壓力這一名詞的陌生到現(xiàn)在可以清楚解釋，從不知 Labview 的使用到現(xiàn)在嫻熟運用其編程，從不明白采集卡 Labjack 的螺絲作用，到固定導(dǎo)線。這段時間我的收獲真的很多。學(xué)習(xí)的過程是痛苦的，是坎坷的，然而結(jié)果卻是快樂喜悅的。快速入題。拿到畢設(shè)題目后要盡快把自己的藍圖勾畫出來，不能走一步算一步，必須把整體把握好。而我的這次畢設(shè)，都過了很長時間才知道自己要做什么。頻繁與導(dǎo)師討論。有問題多問導(dǎo)師，不能自己悶頭做，方向偏了仍不知道，多把自己的想法和思路告訴老師。軟件的學(xué)習(xí)。一定要邊做邊學(xué)軟件，千萬不能在做畢設(shè)期間，拿著本軟件教程從第一頁開始看，這樣效率最低了，最好是根據(jù)已有論文資料中提到的軟件用途，有針對性的學(xué)。包括畢設(shè)前期讀文獻資料，也不能悶頭讀，要與畢設(shè)緊密聯(lián)系起來，最好是邊做邊讀，有針對性的讀。不能脫離實際。做的畢設(shè)要有意義，不能浮在上面，要讓自己滿意。越來越緊的狀態(tài)，尤其是最后的那幾天。畢設(shè)越到最后階段，越要有毅力和狀態(tài)，不能前緊后松，覺得前面做了不少，后面可以放松了。論文提交的前幾天，要不厭其煩的檢查論文，包括內(nèi)容，格式等。本次畢設(shè)，論文已經(jīng)打印了，竟然發(fā)現(xiàn)有幾頁沒有兩端對齊，又去重新打印。最好是一項一項的檢查：圖、表、字體、行距、對齊。整體上一項一項檢查，確保萬無一失。大學(xué)的生活就要結(jié)束了，5 年之中有好多感慨，現(xiàn)在回想起來馬上就要走出校園面對社會，心里好不是滋味。有好多留戀，親愛的同學(xué)，室友，親愛的老師，這段時間使我們在一起創(chuàng)造出這 5 年的輝煌，也許在這 5 年里我沒有過輝煌，但我知道，我感覺到跟我最親愛的朋友們在一起也是我心靈精神上的輝煌。大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）31謝 辭隨著本次畢業(yè)論文的定稿，五年的大學(xué)本科生活也即將畫上句號?；厥孜迥昵?，初入校園之情景仍歷歷在目，到如今只恍如隔日，不免感慨光陰易逝、韶華難追。然而這四年帶給我的美好記憶以及在四年里給予我無數(shù)幫助和關(guān)懷的師長和同學(xué)是我永遠不會遺忘的。在此，我向你們致以最為真摯的謝意！ 首先，我要感謝在本科畢業(yè)設(shè)計期間的指導(dǎo)老師——丁彥闖老師。感謝于老師的不僅僅在畢設(shè)期間給予我許多指導(dǎo)與關(guān)照，提出了許多建議和意見，給了我很大的啟發(fā)和幫助。而且他待人和藹，學(xué)識淵博，認真處事、嚴謹治學(xué)的態(tài)度讓我留下了深刻的印象。同時還要感謝一同做畢設(shè)的王西寧，薛邦巍兩位同學(xué)的大力幫助與付出，他們的能力與才華讓我深表佩服；也感謝實驗室的王偉、郭金影學(xué)長對我的耐心指導(dǎo)和幫助?？梢哉f，沒有你們就沒有我的這篇論文，也沒有我在大學(xué)最后一年的開心時光與美好經(jīng)歷。感謝教研室老師的指導(dǎo)和幫助，教研室等老師為我提供了良好的研究條件，謹向各位同仁表示誠摯的敬意和謝忱。正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本文的順利完成。謝謝你們。大連交通大學(xué) 2020 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）32參考文獻[1] 中國科技文摘[J].北京：中國科技大學(xué)出版社，.[2] [M].北京:電子工業(yè)出版社，2020. [3] [M].電子技術(shù)應(yīng)用,2020.[4] Labview Funtion and VI Reference ,January 2020.[5] G Programming Reference ,January 2020.[6] 張兆東. 傳感器動態(tài)特性虛擬實驗研究[M]中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2020.[7] LABJACK 使用說明書,2020[8] 牛天蘭,陳建權(quán),丁彥闖, Labjack U12 的列車轉(zhuǎn)向架振動測試,大連交通大學(xué)第 7期儀表技術(shù),2020.[9] 丁彥闖, LABVIEW 的虛擬震動測試儀的研制[J].大連：大連鐵道學(xué)院，2020.[10] 沈保山,姬長英,郭玉, LabVIEW ,2020.[11] 江偉,2020.[12] 賈海朋,張正平, LabJack U12 和 LabVIEW 學(xué)院, 儀表技術(shù)與傳感器,2020 年第 10 期.