第
25
卷第
4
期
2 006
年
12
月
计
算 技 术 与 自 动 化
Computing Technology and Automation
Dec. 2 0 0 6
文章编号
:1003 - 6199 ( 2006) 04 - 0100 - 05
LabVIEW
在智½虚拟仪器仿真中的应用
李
,
史½红
坤
(
曲阜师范大学
(
日照校区
)
电气信息与自动化学院
,
山东 日照
276826)
摘 要
:
利用
LabV IEW
提供的虚拟仪器开发系统集成环境
,
将智½仪器同电工实验结合起来
,
成功地
教学中通过引入基于
LabV IEW
虚拟仪器的教学
,
可以充分利用计算机来实现和扩展传统仪器的功½
,
促进
虚拟仪器在教学 、
实验和工程领域的推广 。
关键词
:
虚拟仪器
; LabV IEW ;
电工实验
中图分类号
:
文献标识码
:A
实现了虚拟实验室教学系统的滤波器部分
,
该项应用发挥了虚拟仪器在分析 、
测量等方面的优势 。在大学
The Appl ication of LabVIEW in Intell igent
Virtual Instrument Simulating
L I Kun ,SHI Li
2
hong
Abstract :Wit
h t he help of virtual instrument integrated developing environment provided by t he software of LabV IEW t he
intelligent instrument are combined wit h electrician experiments. Hence t he part of filter in electrician experiments of virtual labo
2
tecting. Importing t he teaching of virtual instrument based on LabV IEW in campus can realize and improve t he functions of tradi
2
tional instruments ,also can extend t he application of virtual instrument in teaching , experiment and engineering area.
Key words :virtual
instrument ; labV IEW ; electrician experiment ;
ratory teaching system is simulated successfully. This application exerts t he advantage of virtual instruments on analyzing and de
2
1
引 言
在电子类课程中
,
实验是重要的教学手段之
一
,
学生通过实验
,
可以加深对所学知识的理解 。
½是
,
由于近年来学生人数在不断增加
,
实验室设
备和规模½难以满足需要
,
学生很少有机会反复熟
悉常用仪表的½用
,
更不½为设计性实验提供条
件
,
这对培养学生的创新精神
,
加强实践动手½力
½十分不利
,
而且学校的财力也难以支付大量实验
室常规设备的更新 。虚拟仪器的出现很½的解决
了这个问题 。所谓虚拟仪器技术
,
就是用户在通用
计算机平台上
,
根据测试任务的需要
,
来定义和设
计仪器的测试功½ 。
“½件就是仪器”
反映了虚拟
收稿日期
:2006 - 09 - 20
)
½者简介
:
李
( 1965
—
,
男
,
高级工程师
,
研究方向
:
计算机应用 、
坤
½络与分布式监控系统
( E - mail :beijx
-
1330 @eyou. com)
。
仪器技术的本质特征 。
LabV IEW ( Laboratory Vir
2
t ual Inst rument Engineering Workbench ,
实验室虚
拟仪器工程平台
)
是美½
N I
公司
)
推出的一种基
于
G
语言
( Grap hics Language ,
图½化编程语言
)
的
虚拟仪器½件开发工具
,
带有大量的内½功½
,
½
够完成仿真 、
数据采集 、
仪器控制 、
测量分析和数据
显示等任务
,
是目前应用最广 、
发展最快 、
功½最强
的图½化½件开发集成环境 。通过优化代码
,
可将
控制
;
图标
/
接线端口用于把
LabV IEW
程序定义
Vol
1
25 ,No
1
4
程序的执行速度提高到与编译
C
语言程序相½的
程度 。一个
LabV IEW
程序分为
3
部分
:
前面板 、
框图程序 、
/
接线端口 。前面板用于模拟真实
图标
仪器的前面板
;
框图程序则是利用图½语言对前面
板上的控件对象
(
分为控制量和指示量两种
)
进行
第
25
卷第
4
期
李
坤等
:LabV IEW
在智½虚拟仪器仿真中的应用
101
成一个子程序
,
从而实现模块化编程 。
这个½数被做成公式节点½为子
V I
嵌入到程序之
中
,
文件名 为
:formula. vi ,
它 ½ 于 安 装 目 ½ 下 的
f unction
目½中
,
它的图标如图
2
所示
,
框图程序如
图
3
所示 。
2
电工实验中的滤波器实验
2
1
1
实验原理
U
2
=
D =
(
1
)
图
1
电路是利用电感
L
对高频信号阻抗
大、
电容
C
对高频信号阻抗小的特点
,
可滤去非正
弦输入电压
v
1
中的高次谐波½电阻
R
上的输出电
压
v
2
接近于基波的½通滤波器 。
其输入输出½数为
:
1
1
ω
j C +
R
图
1
½通滤波器电路
ω
j C +
也可表示为
: U
2
ω
+ j L
R
θ
= U
1
×
D
∠
,
其中
R
,
图
2
½通滤波器图标
1
1
U
1
θ
=-
( R -
ω
2
L CR )
2
+ (
ω
)
2
L
ω
L
)
rct n
(
2
R -
ω
L CR
图
3
½通滤波器框图程序
(
2
)
图
4
所示为利用
L
和
C
并联谐振电路
,
在
理想条件下
,
对谐振频率下的信号阻抗无限大的特
点
,
滤去频率为谐振频率的谐波信号的谐振滤波
器。
谐振滤波器输入输出½数为
:
U
2
=
R
率波谐振 。
对于实验室中的自制电感
L =
157mH ,
μ
μ
C =
39 F
时对
ω
=
400 Hz
谐振
;
½
C =
4
.
423 F
时对
ω
=
1200 Hz
谐振 。
这个½数被做成公式节点½为子
V I
嵌入到
程序之中
,
文件名为
:formulaParallel. vi ,
它½于安
装目½下的
f unction
目½中
,
它的图标如图
5
所
示
,
框图程序如图
6
所示 。
(3)
图
7
电路是由一个运算放大器 、
两个电容
和三个电阻构成的有源滤波器
,
它不用电感元件
,
并且一般情况下滤波效果½ 。
有源滤波器的传递½数为
:
1
U
1
+ R
1
ω
j C +
ω
j L
θ
也可表示为
: U
2
= U
1
+ D
∠
R (
1
-
ω
2
L C)
其中
D =
,
2
2
2
[ R (
1
-
ω
L C) ] + (
ω
)
L
ω
L
θ
= -
rct n
[
]
2
R (
1
-
ω
L C)
½
1
/
ω
=
ω
C
时
,
电路阻抗无穷大
,
对指定频
L
102
计算技术与自动化
2006
年
12
月
U
2
=
U
1
-
1
R
1
C
1
s
频特性是输出电压和输入电压最大值之比与其频
率关系的特性
,
如图
8
所示
,
f
0
称为中心频率
,
该
幅频特性可以用实验方法测定
,
即在有源滤波器的
输入端加一定幅度的电压信号
,
改变其频率
,
测得
在不同频率下的输出电压值
,
就½绘出此有源滤波
器的幅频特性曲线 。
C
1
+ C
2
R
1
+ R
2
2
s +
s +
C
1
C
2
R
3
C
1
C
2
R
1
R
2
R
3
图
4
谐振滤波器电路
图
5
谐振滤波器图标
衡量滤波器½坏常用幅频特性 。滤波器的幅
图
6
谐振滤波器框图程序
产生
400 Hz
和
1200 Hz
的两个正弦波的叠加波½ 。
由于频率很高
,Sine WaveForm. vi
的采样点数需要
进行相应的设½
,
本系统采用
10
6
。电阻和电容均
乘以相应的倍率再进入运算
,
在
“无源滤波器”
和
“有源滤波器”
状态下
,
阻容值不连入输入端 。而幅
值和电阻电容值通过选择
,
存入
“实验数据”
簇中 。
( 2)
在选择
“½通滤波器” “谐振滤波器”
或者
时
电阻值和电容值½会连接到相应的公式节点输入
端上 。经过节点运算
,
或者说经过模拟的滤波器
,
滤出波½的情况将显示在示波器中 。选
“½通滤波
器”
时框图程序如图
10
所示
,
选
“谐振滤波器”
时框
图程序与图
10
类似
,
只是其中的
formula. vi
换成
了
formulaParallel. vi
。
( 3)
选择
“有源滤波器”
的情况略有不同 。由于
输入波½为
400 Hz
方波
,
为很多不同频率的正弦
波叠加而成
,
不½像前两个滤波器那样由公式节点
计算
,
需要引入
LabV IEW
提供的数字滤波器 。该
实验的框图程序如图
11
所示 。
图
7
有源滤波器电路
图
8
有源带通滤波器幅频特性曲线
2
1
2
实验的实现
( 1 )
在无滤波器的情况下
,
如图
9
所示 。系统
第
25
卷第
4
期
李
坤等
:LabV IEW
在智½虚拟仪器仿真中的应用
103
图
9
滤波器实验框图程序
的滤波器为数字滤波器 。
它的功½是把输入序列通
过一定的运算编程输出序列
,
同时起到滤波的½
用 。
h ( n ) , n =
0
,
1
,
2
……是滤波器的冲击响
设
应
,
一个线性时不变因果
(
所谓因果性是指系统的
输出仅取决于过去和现在的输入
)
滤波器若对所
有的
n
≥
N ( N
为有限正整数
) ,
有
h ( n ) =
0
,
则称
其为有限冲击响应滤波器
( FI R ) ,
否则称之为无限
冲击响应滤波器
( I I R )
。
LabV IEW
提供的数字滤
波器½用方便
,
只需根据需要设定各参数即可 。本
系统中½用
F IR
滤波器 。在对相½信息有要求
时
,
通常½用
F IR
滤波器 。因为
F IR
滤波器的相
频相应总是线性的
,
可以防止时域数据发生畸变 。
系统中½用的
Digital F IR Filter. vi
在进行滤波的
同时还可以输出幅频响应和相频响应 。将该滤波
器设 定 为 中 心 频 率 为
400 Hz
的 带 通 滤 波 器
,
½
400 Hz
方 波 通 过 该 滤 波 器 时
,
可 以 得 到 较 ½ 的
400 Hz
正弦波
,
并且输出幅频特性曲线 。由于与前
面的实验测量对象不同
,
示 波 器 控 件 的
Xscale.
Maximum
属性需要进行相应的调节 。
实验结束以后为了½学生可以将实验数据拷
贝带出实验室
,
数据的保存就成了客户端不可缺少
的程序 。该框图程序如图
12
所示 。
首先
,
把客户端发给服务器的数据流分解
,
再
图
11
有源滤波器实验框图程序
图
10
½通滤波器实验框图程序
如果滤波器的输入输出½是离散的时间信号
,
那么该滤波器的冲击响应也必然是离散的
,
称这样
重新组合成存入文件的数据格式 。该功½由
Fil
2
terCreateRxSt ring. vi
完成
,
它½于安装目½下的
f unction
目½中
,
它的图标如图
13
所示 。
2
1
3
数据的保存
104
计算技术与自动化
2006
年
12
月
该子
V I
的功½与服务器数据流处理的程序
大致相同
,
只是组成存入文件字符串时有所不同 。
它把数据分为两行
,
第一行为姓名 、
学号
,
第二行为
实验数据 。每个数据项之间加入
tab
空格
,
数据的
精度控制为
3
½浮点型
,
每行结束添加回½换行
符 。这样规定数据格式的½处是最后生成的
. t xt
文件可以被
Excel
以电子表格的½式打开
,
便于分
类管理 。生成文件字符串后
,
通过
Write Charac
2
ters To File. vi
写入文件
:
滤波器实验数据
. t xt
。为
½该文件的所在目½不随着客户端程序所在½½
的改变而无法找到
,
在保存之前
,
先指定客户端运
行所在的½前目½
,
也就是说该文件的目½必须是
相对目 ½ 。取 得 ½ 前 目 ½ 功 ½ 由
Get CurrentDi
2
rectory. vi
实现
,
它的框图程序如图
14
所示 。
实验设备资金的投入 。并且在一台计算机上可以
实现诸如示波器 、
½数发生器 、
电压表 、
频谱分析仪
等仪器的功½
,
节约了仪器成本
,
虚拟仪器基于½
件的½系结构大大节省了开发和维护的费用 。在
大学教学中通过引入基于
LabV IEW
虚拟仪器的
教学
,
便于开放式管理
,
扩大教学规模
,
也可以促进
虚拟仪器在教学 、
实验和工程领域的推广 。
图
12
数据保存的框图程序
图
13
FilterCreateRxString. vi
图标
图
14
取得½前目½的框图程序
在这个框图程序中½用了
LabV IEW
提供的
调用库½数节点
( Call Library Function Node. vi ) ,
利用这个节点
,
可以在
LabV IEW
中实现
DLL
和
API
½数的调用 。
实现取得½前目½调用的是
kernel32. dll
中的
long G
etCurrentDirectoryA () ;
½数
,
需要在框图程序中
创建调用库½数节点
,
添加
length
和
buffer
两个参数
,
½该½数变为
long GetCurrentDirectoryA (long length ,
CStr buffer) ;
。该½数返回值为½前目½的字符串
,
在
其后添加滤波器实验数据
. txt ,
并把这个字符串½化
为文件路径
,
这样实验数据的文件的所在目½就变为
相对路径了。指定了文件路径和文件内容
,
把存储类
型设为
append
”最后通过
Write Characters T File. vi
“
,
o
将实验数据写入到文件中。
参考文献
3
结束语
在虚拟仪器的基础上开发虚拟仪器实验室
,
与
传统的实验室相比
,
虚拟仪器实验室可以大大减少
[1 ]
Integrating t he Internet into Your Measurement System : Na
2
tional Instruments Corporation , 2003.
[2 ]
LabV IEW User Manual : National Instruments Corporation ,
2003.
[3 ]
侯½屏
,
王
|
,
叶½鑫
,LabV IEW7. 1
编程与虚拟仪器设计
[ M ] .
北京
:
清华大学出版社
,2005.
[4 ]
袁媛
,
李绍稳
,
汪伟伟
,
房文娟
,
基于
LabV IEW
的虚拟仪器技
术研究与应用
[J ] .
农业½络信息
,2005 ,6 - 10.
[5]
马文华
,
虚拟仪器 ——
— 高校实验室设备的发展方向
[J ] .
仪器
仪表用户
,2005 ,3 - 4.
[6 ]
郭天石
,
基于
LabV IEW
的虚拟信号合成图示仪
[J ] .
四川理
工学院学报
, 2006 ,42 - 45.
京公网安备 11010802033920号
Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
评论