基于labview的监控系统设计

基于labview的监控系统设计内容摘要：

作 顺序结构 在 LABVIEW 中 ,得用数据流机制 可以实现很多顺序执行功能 .但是只有数据流控制的顺序执行机制是不够的 ,在某些情况下 ,需要更强的顺序执行控制结构 .Suquence 就是为了满足这一需求而引入的 .下面以平铺顺序结构来对顺序结构作简单的介绍 . 平铺顺序结构 平铺顺序结构电初建立只有一帧 ,需要在边框上弹出快捷菜单中选取择 Add Frame After, 将 这 一 帧 的 后 面 添 加 一 个 空 白 帧 , 平 铺 顺 序 结 构 在FunctionsExecution Contorl 和 FunctionsAll Functionsstructures 子模板上都能找到 ,其结构如图 211所示 . 图 (211)平铺的顺序结构 下面以一个不铺结构的例子来对其进行说明 ,如图 312 所示 : 图 (212)平铺顺序结构示例 该程序通过平铺顺序结构 ,来对二个 Tick count 实现顺序连接 ,连接的间隔时间通过 Time Delay 来控制 .最后由一个减法器来计算二个 Tick count 之差的绝对值 ,再除以 100,最后通过一个十进制数字输显示器将计算的值显示到前面板上 . 15 公式节点 作为一门比较完善的图形化编程语言 ,LABVIEW 的程序描述能力已经足够强大 .然而仅仅如此还不够 ,因为一些复杂的算法完全依赖图形代码来实现会过于繁琐 .为此 ,LABVIEW 中还包含了以文本编程形式实现程序逻辑的公式节点(Formula Node). 公式节点位于 FunctionsAll Functionsstructures子模板上 ,新添加的公式节点如图 213 所示 : （ 公式节点图 213） 下面以公式节点对中间变量进行处理的例子来对公式节点进行简要的介绍 ,如图 214所示 ,Y是一个计算过程中的中间变量 ,也作为输出端子引出公式节点 ,但是 Y并不与外界代码连接 ,因为这个中间变量的值并不受的重视 . 图 (214) 公式节点对中间变量处理示例 图形显示 16 第三章 图形显示 3． 1 概述 图形显示对于虚拟仪器面板设计是一个重要的内容。 LabVIEW 为此提供了丰富的功能。 在前面几章我们已经接触了这个问题，现在较系统地介绍一下。 我们不从图形的实现方法上去讨论问题 ,那是计算机图形学的课题。 但我们需要从用户的可能的需求角度探求一下，如果你需要做虚拟仪器方面的开发，那么可能遇到些什么图形问题。 LabVIEW 在这方面所做的工作是非常值得借鉴的。 在 LabVIEW 的图形显示功能中 Graph 和 Chart 是两个基本的概念。 一般说来Chart 是将数据源（例如采集得到的数据）在某一坐标系中，实时、逐点地显示出来，它可以反映被测物理量的变化趋势，例如显示一个实时变化的波形或曲线，传统的模拟示波器、波形记录仪就是这样。 而 Graph 则是对已采集数据进行事后处理的结果。 它先将被采集数据存放在一个数组之中，然后根据需要组织成所需的图形显示出来。 它的缺点是没有实时显示，但是它的表现形式要丰富得多。 例如采集了一个波形后，经处理可以显示出其频谱图。 现在，数字示波器也可以具备类似 Graph 的显示功能。 LabVIEW 的 Graph 子模板中有许多可供 选用的控件，其中常用的见下表： Chart Graph Waveform（波形） * * XY * Intensity（强度图） * * Digital（数字图） * 3D Surface（三维曲面） * 3D Parametric（三维参变量） * 3D Curve（三维曲线） * 由表中可以看出， Chart 方式尽管能实时、直接地显示结果，但其表现形式有限，而 Graph 方式表现形式要远为丰富，但这是以牺牲实时为代价的。 在LabVIEW 6i版本中还包含有极坐标等 其他图形（ Plot），本章不讨论。 17 3． 2 Graph 控件 各种图形都提供了相应的控件，以 Graph 为例介绍。 图 3－１所示为它的控件。 所有这些控件都包含在图形快速菜单的 Visible Items 选项下。 曲线图例可用来设置曲线的各种属性，包括线型（实线、虚线、点划线等）、线粗细、颜色以及数据点的形状等。 图形模板可用来对曲线进行操作，包括移动、对感兴趣的区域放大和缩小等。 光标图例可用来设置光标、移动光标，帮助你用光标直接从曲线上读取感兴趣的数据。 刻度图例用来设置坐标刻度的数据格式、类型（普通坐标或对数 坐标），坐标轴名称以及刻度栅格的颜色等。 图 31 Graph 的图形控件 曲线图例 刻度图例 (Scale Legend) 图形模板 (Graph Palette) 光标图例 (Cursor Legend) 标签 (Label) 说明 (Caption) 图形显示 18 3． 3 Chart 的独有控件 Chart 的数据并没有事先存在一个数组中，它是实时显示的，为了能够看到先前的数据， Chart 控件内部含有一个显示缓冲器，其中保留了一些历史数据。 这个缓冲器按照先进先出的原则管理，其最大容量是 1024 个数据点。  滚动条 (Scrollbar) 它直接对应于显示缓冲器，通过它可以前后观察缓冲器内任何位置的数据。  数据显示 (Digital Display) 选中它，可以在图形右上角出现一个数字 显示器，这样可以在画出曲线的同时显示当前最新的一个数据值。  刷新模式 (Update Mode) Chart 提供了三种画面的刷新模式，分别是 ：  Strip Chart Mode（条 状 图）：它与纸带式图表记录仪类似。 曲线从左到右连续绘制，当新的数据点到达右部边界时，先前的数据点逐次左移。  Scope Chart Mode（示波器模式）：它与示波器类似。 曲线从左到右连续绘制，当新的数据点到达右部边界时，清屏刷新，从左边开始新的绘制。 它的速度较快。  Sweep Chart Mode（扫描模式）：与示波器模式的不同 在于当新的数据点到达右部边界时，不清屏，而是在最左边出现一条垂直扫描线，以它为分界线，将原有曲线逐点向右推，同时在左边画出新的数据点。 如此循环下去。  堆叠式图区（ Stack Plots） 在相同的纵坐标下，由于各种测量信号的差异，将几条曲线显示在同一个图区有困难时，可以组织出一种纵坐标相同，而有各自横坐标的堆叠式图区。 打开 \LabVIEW\Examples\Graphs\ 目录的 ，那里提供了有关 Chart 的各种形态的例子，以及堆叠式图区的例子 19 练习 3－ 1 Chart 和 Graph 的比较 ： 目的：创建一个 VI，用 Chart 和 Graph 分别显示 40 个随机数产生的曲线，比较程序的差别。 前面板及流程图如下 图 3－ 2 Chart 和 Graph 的比较 显示的运行结果是一样的。 但实现方法和过程不同。 在流程图中可以看出，Chart 产生在循环内，每得到一个数据点，就立刻显示一个。 而 Graph 在循环之外， 40 个数都产生之后，跳出循环，然后一次显示出整个数据曲线。 从运行过程可以清楚地看到这一点。 值得注意的还有 For 循环执行 40 次，产生的 40 个数据 存储在一个数组中，这个数组创建于 For 循环的边界上（使用自动索引功能）。 在 For 循环结束之后，该数组就将被传送到外面的 Graph。 仔细看流程图，穿过循环边界的连线在内、外两侧粗细不同，内侧表示浮点数，外侧表示数组。 练习 3－ 1 结束 图形显示 20 XY 图形控件（ XY Graph） 波形图（ Waveform Graph）有一个特征，其 X是测量点序号、时间间隔等，Y是测量数据值。 但是它并不适合描述一般的 Y值随 X值变化曲线。 适合于这种情况的控件是 XY Graph。 我们通过一个构成利萨育图形的例子来看一下它的使用。 我 们知道如果控制 XY 方向的两个数组分别按正弦规律变化（假设其幅值、频率都相同），如果它们的相位相同，则利萨育图形是一条 45 度的斜线，当它们之间相位差 90 度时为圆，其他相位差是椭圆。 练习 3－ 2 利用 XY Graph 构成利萨育图形。 图 3－ 3 利用 XY Graph 构成利萨育图形 面板和框图如图 3－ 3所示。 面板上除了一个 XY Graph 外，还有一个相位差输入控件。 在框图中使用了两个 Sine ，第一个所有输入参数（包括频率、幅值、相位等）都使用缺省值，所以其 初始相位为０。 第二个将其初始相位作为一个控件引到面板上。 它们的输出是包括 t0、 dt 和 Y 值的簇，但是对于 XY Graph 只需要其中的 Y 数组，因此使用波形函数中的 Get Waveform Components 函数分别提取出各自的 Y 数组，然后再将他们捆绑在一起，连接到 21 XY Graph 就可以了。 当相位置为 45 度时，运行程序，得到如图所示的椭圆。 练习 3－ 2 结束 3． 5 强度图形控件（ Intensity Graph） 强度图形控件提供了一种在二维平面上表现三维数据的方法。 例如可以用屏幕色彩的亮度来反映一个二维 数组元素值的大小。 图 3－ 3就是这样的一个例子。 注意图中的 x、 y轴刻度对应的是数组行、列的序号。 图 3－ 3 用强度图形表现一个二维数组及其元素值的大小 数字波形图控件（ Digital Waveform Graph） 该控件的例子见图 3－ 5。 面板上有一个输入控制，共输入了 7个十进制数，还有一个二进制显示对象，显示了这些十进制数对应的二进制数，最右边是一个Digital Waveform Graph。 注意这个图中数据应当从纵方向读出，在横坐标上的刻度是数据的序号（ 0 到 6），其中最后一 个数的序号是 6，纵坐标从下向上读是11111111，第一个数的序号是 0，其值从上向下读是 00000001，而第二个数（序号１）是 00000010。 图形显示 22 图 3－ 5 数字波形图控件的例图 该程序的框图中值得注意的问题有以下几点：  十进制数可以直接送给 Digital Waveform Graph，不必事先转化为二进制数。  在送给 Digital Waveform Graph 之前，需要经过一个捆绑（ bundle 函数）。  捆绑的顺序是 x0、 deltx 、输入数据，最后是 Number of Ports。 这里的 Number of Ports 将反映二进制的位数或字长，为 1 时是 8位，为 2时变为 16 位，余类推。 23 第四章 数 据 采 集 数据采集是 LABVIEW 的核心技术之一。 LABVIEW 提供了与 NI 公司的数据采集硬件相配合的丰富的软件资源，使得它能够方便地将现实世界中各种物理量数据采集到计算机中，从而为计算机在测量领域发挥强大的功能奠定了基础。 本章主要介绍 LABVIEW 的数据采集功能。 4． 1 数据采集基础 数据采集系统的构成 要将数据采集到计算机里，并对共进行全 理的组织，需要建一个完整的数据采集（ Data AcQuisition,DAQ） 系统。 它包括：传感器和变换器、信号调理设备、数据采集卡、驱动程序、硬件配置管理软件、应用软件、计算机等。 使用不同的传感器和变换器可以测量各种不同的物理量，并将它们转化成最信号；信号调节设备可对采集到的电信号进行加工，使它们适合数据采集卡等设备的需求；计算机通过数据采集卡等获得测量数据；软件则控制着整个测量系统，它告诉采集设备什么时候从那个通道获取数据，同时还要对原始数据进行分析处理，并将最后结果表示成容易理解的方式，例如图表、文件 等。 传感器和变换器的种类繁多，客观存在们直接与各种物理量打交道，并将这些物理量转换为 DAQ 系统可以采集的电信号。 在设计自动化测量系统前，必须要对侍测对象和测量需求作出详细的分析，从而正确选择合适的传达室感器和变换器。 信号调量设备对传感器和变换器送来的信号采取放大、滤波、隔离等措施，将它们转化成采集设备容易读取的信号。 如果实际的信号符合数据采集卡等采集设备的要求，则信号调理模块可以省略。 采集设备将信号传达室送到计算机中，比较常见的是插入式数据采集卡，它可以直接插到台式机的 PCI 插槽上；还有基于 PXI 规范 的采集设备，它内部可以插入多个数据采集卡，相当于扩展了计算机的 PCI 插槽；另外还有通过各种其他总线与计算机相连的外置式 DAQ。