基于 Labview 的传感器仿真实验设计虚拟仪器课程设计.docx

沈阳工程学院
课程设计任务书

课程设计题目：基于 Labview 的传感器仿真实验设

计

系 别 自动控制工程系 班级 测控本 101
学生姓名 学号

指导教师 职称 助工
课程设计进行地点： F 座 430 任 务 下 达 时 间： 13 年 3 月4 日
起止日期： 13 年 3 月4 日起——至 13 年 3 月 8 日止

教 研 室 主 任


年 月 日批准

沈阳工程学院

课程设计题目：基于 Labview 的传感器仿真实

验设计

系 别 自控系 班级 测本 101

学生姓名 学号

指导教师 职称 助工

课程设计进行地点： F430

任 务 下 达 时 间： 13 年 3 月4 日
起止日期： 13 年 3 月4 日起——至 13 年 3 月 8 日止

教 研 室主 任 年 月 日批准

基于 Labview 的传感器仿真实验设计课程设计成绩评定表

系(部)： 自控系 班级： 学生姓名：

指 导 教 师 评 审 意 见

评价
内容
调研
论证
工作
能力
态度
工作
量
说明
书的
质量

指 导

评价
内容
查阅
文献
工作
量
说明
书的
质量

具 体 要 求
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案 和日程安排。
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能 够独立完成设计工作，
按期圆满完成规定的设计任务， 工作量饱满， 难度 适宜。
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字 通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表
完备，书写工整规范。
分
指导教师评审成绩
(加权分合计乘以 12)
教 师 签 名：
评 阅 教 师 评 审

具 体 要 求

查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力

工作量饱满，难度适中。
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字 通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表
完备，书写工整规范。

权重

0.1

0.2

0.2

0.5

意 见

权重

0.2

0.5

0.3


5

5

5

5
评

4

4

4

4
分

3

3

3

3

加权分合计
年

5

5

5
评

4

4

4
分

3

3

3


加权 分
2

2

2

2

月 日

加权 分
2

2

2

评阅教师评审成绩
(加权分合计乘以 8)
评 阅 教 师 签 名：

课 程 设 计 总 评 成 绩

分

加权分合计

年 月 日

分

1.设计主要内容及要求；
设计基于 Labview 的传感器仿真实验
要求： 1)掌握 NI-DAQ 使用方法
2)了解传感器实验的基本步骤。 3)虚拟仪器仿真传感器实验过程，其中的实验结果可以用 DAQ 采集
外部信号发生器的值。
2.对设计论文撰写内容、格式、字数的要求；
(1) .课程设计论文是体现和总结课程设计成果的载体， 一般不应少于 3000 字。
(2) .学生应撰写的内容为： 中文摘要和关键词、 目录、 正文、 参考文献等。 课程设计论文的结构及各部分内容要求可参照《沈阳工程学院毕业设计(论文) 撰写规范》执行。应做到文理通顺，内容正确完整，书写工整，装订整齐。
(3) .论文要求打印， 打印时按 《沈阳工程学院毕业设计 (论文) 撰写规范》 的要求进行打印。
(4) . 课程设计论文装订顺序为：封面、任务书、成绩评审意见表、中文 摘要和关键词、目录、正文、参考文献。
3.时间进度安排；
顺序 阶段日期 计 划 完 成 内 容 备注
1 3 月 4 日 教师讲解题目，学生查阅相关资料
2 3 月 5 日 进行方案论证，确定程序流程，熟悉
NI-DAQ 使用方法
3 3 月 6 日 程序设计
4 3 月 7 日 调试程序
5 3 月 8 日 撰写论文，成果验收

中文摘要

虚拟仪器是基于计算机的仪器，是一个按照仪器需求组织的数据采集系 统。 Labview 是一种图形化的编程语言和开发环境，是标准的数据采集和仪器控 制软件。 利用虚拟仪器和 Labview 软件可对电位器进行数据采集、 分析， 从而进 行标度。 用户利用 Labview 编程就好像在“绘制”程序流程图。 正式由于 Labview 面向的是广大普通工程师而非编程专家， 因而其已成为目前应用最广、发展最快、 功能最强、最流行的虚拟仪器开发平台。
本课程设计所使用的为 DAQ 助手， 利用 DAQ 产生重量信号， 在对其进行写入 和读取，最后制成十组数据的表格，然后再制成 XY 图显示出来。
本次课程设计是基于 Labview8.5 这一软件所设计的。根据常用信号源的基 本要求设计合理的数学模型，并通过虚拟仪器和数据采集卡共同作用输入信号。

关键词：虚拟仪器、 DAQ 助手、数据、表格、 XY 图

目录
基于 Labview 的传感器仿真实验设计课程设计成绩评定表 II
中文摘要 IV
1 设计任务描述 1
1.1 设计题目：基于 labview 的传感器仿真实验设计 1
1.2 设计要求 1
1.2.1 设计目的 1
1.2.2 基本要求 1
1.2.3 发挥部分 1
2.设计思路 2
3.主程序流程图 3
4 各部分程序设计及框图 4
4.1 重量部分的程序 4
4.2 电压部分的程序 6
4.3 XY 图像 8
5.工作过程分析 9
5.1 重量与电压数值的采集 9
5.2 重量数值的写入与读取 10
5.3 电压数值的写入与读取 10
5.4 XY 图 11
6.主要元器件介绍 12
6.1 NI-DAQ 采集卡 12
6.2 格式化写入文件 13
6.3 读取文本文件 15
7.小结 17
致谢 18
参考文献 19
附录 程序框图 20

1 设计任务描述

1.1 设计题目：基于 labview 的传感器仿真实验设计

1.2 设计要求

1.2.1 设计目的

能够熟悉利用 Labview 软件， 并用此软件编写程序框图和构造前面板。 使设 计的面板更直观，漂亮。达到虚拟仪器的功能。
1.2.2 基本要求

要求： 1)掌握 NI-DAQ 使用方法
2)了解传感器实验的基本步骤。
3)虚拟仪器仿真传感器实验过程，其中的实验结果可以用 DAQ 采集 外部信号发生器的值。

1.2.3 发挥部分

1)将转速作为 X 轴，电压作为 Y 轴，绘制XY 曲线。

2.设计思路

本题目的设计要求是使用 DAQ 作为采集信号模拟为电机的转速，再通过应 变片转换为电信号显示出来， 最后绘制成以转速作为 X 轴， 电压作为 Y 轴的曲线 图，并对其进行误差分析。
首先是将 DAQ 作为输入信号输入到电脑中， 然后再通过数组记录下来一组 的数据，共有 100 个数，再通过求取平均数来取得第一个数,再将第一个数写入 记事本中，再将其读出来，写在文本中。其它的三组数组也是同理，共有十组数 据。
因为本次实验中没有办法将电机的转速输入到电脑中所以就将 DAQ 中输 入的电压当做电机的转速， 自己创建一个公式将电机的转速和电压联系起来， 我 所写入的是电压为电机的转速的五倍， 但是实验会存在误差， 所以在本实验中人 为的添加了随机误差。
然后将电压写入文本中， 然后再读出来， 创建一个数组。 因为文本文件为 txt 格式，为字符串格式。需将写入电子表格再读出来，最后以转速为 X 轴，电 压为 Y 轴，画出曲线图。

3.主程序流程图

DAQ 速度输入

通过转速与电压
的关系显示出电
压值
写入文本中

电压值
从文本中读
出

写入文本

从文本中读出
创建一个包 含十个数据 的数组

创建电压的数
组
创建 XY 图

4 各部分程序设计及框图

4.1 速度部分的程序

首先我们需要用 DAQ 来模拟转速值， 将其写入表格共 100 个数值。 但因为 产生的数值为 100 个且数值在不断地变化中， 但是我们需要一个数值。 所以我们 需要把这一百个数值相加， 再除以 100 就能得到了平均数值。 再将平均值写入文 本中，再将其从文本中读取出来，最终得到数值。
因为共有十组数据， 以上只是完成了一组数据的写入与读取。 在本程序中 需要测量十组数据，所以需要一个条件结构，分别放入这十组数据，从1 到 10。 并且可以通过在条件结构处添加的数值输入控件来调节所选择的数组。便可进行 数据的写入与存储。
在后面板上有一个速度存储开关， 用于控制文本的读取， 如果开关打开则 可以读取，如果开关未打开，则不能读取，以此来控制读取的数组。
速度部分的程序框图如下图所示：

4.1.1 速度部分的后面板

4.1.2 速度部分的前面板

4.2 电压部分的程序

本课程设计的目的是为了仿真传感器的实验，电机的转速与电压的关系。 因为本次实验中没有办法将电机的转速输入到电脑中所以就将 DAQ 中输入的电 压当做电机的转速， 自己创建一个公式将电机的转速和电压联系起来， 我所写入 的是电压为电机转速的五倍， 但是实验会存在误差， 所以在本实验中人为的添加 了随机误差，再把所测量出的十组电压写入一个数组中。
电压部分的程序框图如下图所示：在后面板上有一个电机转速开关，用于控 制文本的读取，如果开关打开则可以读取，如果开关未打开，则不能读取，以此 来控制读取的数组。

4.2.1 电压部分的后面板

4.3 XY 图像

但是因为所写入和读出的方式都是文本， 即为 txt 的格式， 这种格式 无法绘制成 XY 图。所以需要将转速和电压的数组分别写入电子表格中，然后再 读取出来，最后绘制成的图像就是以转速为 X 轴，以电压为 Y 轴的XY 图。
绘制的 XY 图如下图所示：

4.3.1 XY 图后面板

4.3.2 XY 图前面板

5.工作过程分析

5.1 重量与电压数值的采集

一切准备就绪后， 点运行按钮， 程序开始运行。 这时可以通过调节数 组选择开关来选择向哪个数组中添加数值。然后可以调节数组选择开关将十组数 据都采集下来。
结果如图所示：

5.2 转速数值的写入与读取

当数组由一个变化到另一个时，转速的数值被记录下来，当十组数据都 被记录下来时打开电压存储开关和转速存储开关，此时数据将被写入文本中。

5.3 电压数值的写入与读取

然后电压和转速的数值将被读出来，再将这十组数据运用创建数组将这 十组数据创建成一个数组。

5.4 XY 图

但是因为是写入文本所以读出的为字符串格式， 不能用于创建 XY 图， 所 以必须将其转化成数字的形式。 将这十组数据写入电子表格， 再读取出来则可用 于 XY 图的 X 轴和 Y 轴。

6.主要元器件介绍

6.1 NI-DAQ 采集卡

可利用编程语言驱动程序函数，从而驱动数据采集卡，设计者只需正确设置 输入参数， 就可实现数据采集的任务， 而不需要编写代码程序。 一个典型的数据 采集卡的功能有模拟输入、模拟输出、数字 I/O、计数器/定时器等，这些功能分 别由相应的单元电路来实现。
模拟输入是采集卡最基本的功能。 它一般由多路开关、 放大器、 采集/保持电 路，以及 A/D 转换器来实现，通过这些部分，一个模拟信号就可以转化为数字 信号。 A/D 转换器的性能和参数直接影响着模拟输入的质量， 要根据实际需要的 精度来来选择合适的 A/D 转换器。模拟输出通常是为系统提供输出或控制信号。 数模转换器的建立时间、 转换率、 分辨率等因素都会影响模拟输出信号。 建立时 间和转换率决定了输出信号幅值改变的快慢。建立时间短、转换率高的 D/A 转 换器可以提供一个较高频率的信号。应该实际需要选择 D/A 转换器的参数指标。
数据采集(DAQ)是通过 DAQ 卡采集数据和输出数据。通常一块 DAQ 卡能 实现多种功能，其中包括模数转换(A/D)、数模转换(D/A)、数字输入输出(DI/O) 和计算器/定时器功能。

图 6.1 数据采集卡各接口介绍

串

6.2 格式化写入文件

将字符串、 数值、 路径或布尔数据格式化为文本并并写入一个文件。 该函数不可 用于 LLB 中的文件。

格式字符串 指定如何转换输入参数。默认状态将匹配输入参数的数据类 型。右键单击函数， 从快捷菜单中选择编辑格式字符串，可编辑格式字符
。

该输入端最多支持 255 个字符。
输入文件可以是引用句柄或绝对文件路径。 如果是引用句柄， 节点将打开
引用句柄指定的文件。如指定的文件不存在，函数将创建该文件。默认状 态将显示文件对话框并提示用户选择文件。
如指定空路径或相对路径，函数将返回错误。
错误输入表明 VI 或函数运行前发生的错误。默认值为无错误。如错误发 生在 VI 或函数运行之前， VI 或函数将把错误输入值传递至错误输出。如 在 VI 或函数运行前没有发生错误， VI 或函数将正常运行。如在 VI 或函 数运行时发生错误， VI 或函数将正常运行并在错误输出中设置自身的错 误状态。 简易错误处理器或通用错误处理器 VI 可用于显示错误代码的说 明信息。错误输入和错误输出用于检查错误并通过将一个节点的错误输出 与另一个节点的错误输入连线指定执行顺序。
状态的值为 TRUE (叉)时表示在 VI 或函数运行前已发生错误， 值为 FALSE (勾)时表示警告或无错误。默认值为 FALSE。
代码是错误或警告代码。默认值为 0。如状态的值为 TRUE， 代码 将为非零错误代码。如状态的值为 FALSE， 代码将为 0 或警告代 码。
源表示错误或警告的源，大多数情况下表示出现错误或警告的VI 或函数名。默认值为空字符串。

输入 1..n 指定要转换的输入参数。输入可以是字符串路径、枚举型、时 间标识或任意数值数据类型。函数不能用于数组和簇。
输出文件引用句柄是VI 读取的文件的引用句柄。根据对文件的不同操作，
可将该输入端连线至其它文件函数。 如文件被文件路径引用或通过文件对 话框被选定，默认状态下将关闭文件。如 输入文件为引用句柄， LabVIEW

将假定文件仍在使用，直至它被关闭。

错误输出包含错误信息。如错误输入表明在VI 或函数运行前已发生错误， 错误输出将包含相同的错误信息。否则，表明 VI 或函数中出现的错误状 态。 右键单击错误输出的前面板显示控件， 从快捷菜单中选择解释错误可 获取更多关于该错误的信息。
状态的值为 TRUE (叉)时表示错误，的值为 FALSE (勾)时表示 警告或无错误。
代码是错误或警告代码。如状态的值为TRUE， 代码将为非零错误 代码。如状态的值为FALSE， 代码将为 0 或警告代码。

源表示错误或警告的源， 大多数情况下表示出现错误或警告的 VI 或函数名。

6.3 读取文本文件

从一个字节流文件中读取指定数目的字符或行。该函数不可用于 LLB 中的文件。

对话框窗口(打开现有文件) 是在文件对话框的文件或目录列表以及文 件夹上方显示的信息。
文件(使用对话框) 可以是引用句柄或绝对文件路径。如果是路径，函 数将打开路径指定的文件。如指定的文件不存在，函数将创建该文件。
默认状态将显示文件对话框并提示用户选择文件。

如指定空或相对路径，亦或文件不存在，函数将返回错误。
计数是函数读取的字符数或行数的最大值。如提前到达文件结尾，函数 实际读取的字符数和行数将小于最大值。如 计数<0，函数将读取整个文 件。如勾选快捷菜单上的读取行，将只读取一行；如取消勾选该菜单项，
将读取整个文件。
如连线至计数的文件大小的数据类型不是 32 位整数， LabVIEW 将
把数据类型强制转换为 32 位整数。VI 将不会读取指定数量的数据。 如将 – 1 连线至计数且要读取的文件太大， 无法表示为 32 位整数，

LabVIEW 将返回错误。
错误输入表明VI 或函数运行前发生的错误。默认值为无错误。如错误发 生在 VI 或函数运行之前， VI 或函数将把错误输入值传递至错误输出。 如 在 VI 或函数运行前没有发生错误， VI 或函数将正常运行。如在 VI 或函 数运行时发生错误， VI 或函数将正常运行并在错误输出中设置自身的错 误状态。 简易错误处理器或通用错误处理器VI 可用于显示错误代码的说 明信息。 错误输入和错误输出用于检查错误并通过将一个节点的 错误输
出与另一个节点的错误输入连线指定执行顺序。
状态的值为 TRUE (叉)时表示在 VI 或函数运行前已发生错误， 值为 FALSE (勾)时表示警告或无错误。默认值为 FALSE。
代码是错误或警告代码。默认值为 0。如状态的值为TRUE， 代码 将为非零错误代码。如状态的值为 FALSE， 代码将为 0 或警告代 码。
源表示错误或警告的源， 大多数情况下表示出现错误或警告的VI 或函数名。默认值为空字符串。
引用句柄输出是函数读取的文件的引用句柄。根据对文件的不同操作， 可将该输入端连线至其它文件函数。如文件被文件路径引用或通过文件

对话框被选定，默认状态下将关闭文件。如 文件是引用句柄或连线引用 句柄输出至其它函数，则LabVIEW 认为文件仍在使用，直至它被关闭。
文本是从文件读取的文本。默认状态下，该字符串中包含从文件第一行
读取的字符。如连线计数接线端，则参数为字符串数组，包含从文件读 取的行。如右键单击函数并取消勾选快捷菜单的 读取行，则参数为字符
串，其中包含从文件读取的字符。
取消如取消对话框则值为TRUE。

错误输出包含错误信息。如错误输入表明在 VI 或函数运行前已发生错误， 错误输出将包含相同的错误信息。否则，表明VI 或函数中出现的错误状 态。右键单击错误输出的前面板显示控件，从快捷菜单中选择 解释错误 可获取更多关于该错误的信息。
状态的值为TRUE (叉)时表示错误，的值为FALSE (勾)时表示 警告或无错误。
代码是错误或警告代码。如状态的值为 TRUE， 代码将为非零错
误代码。如状态的值为FALSE， 代码将为 0 或警告代码。

源表示错误或警告的源，大多数情况下表示出现错误或警告的 VI 或函数名。

7.小结

为期一周的虚拟仪器的课程设计结束了， 在这一周的时间里我对虚拟仪 器的软件 labview 掌握的更加的熟练， 并对 DAQ 的知识也有所掌握。 并且完成了 所设计题目的要求。
在开始拿到题目时确实有些摸不到头脑，但在询问了老师每个模块的应 该怎样做， 并且查阅了一些资料后开始有了自己的想法。 每个部分逐个设计， 看 看是否能实现所需要的功能， 然后再把每个模块拼接起来设计， 最后形成整个程 序框图。
在设计每个模块时都有问题困扰，但是我在自己思考以后询问了老师问 题的原因， 并且在老师的帮助下完成了本次的设计。 当我的程序完成时的那种兴 奋感是无法表达的， 这次设计是对我能力的一种肯定。 并且通过了自己的设计可 以达到模仿传感器实验的目的，这让我感受到了现在科学技术水平的突越。
但是在本次课程设计中也存在着不足，比如说有些问题自己没有想好就 去问老师， 在老师的指导下自己恍然大悟。 所以在以后的课程设计中自己一定要 先想好问题的所在再问他人。
在本次课程设计中对我帮助最大的是雷老师， 是老师的耐心教导才使我能够 完成本次的课程设计， 非常感谢老师及我的同学对我的帮助。 本次的课程设计虽 然结束了， 但是努力学习并没有结束。 我也收获了很多， 也学会了团队精神的重 要性， 个人的能力是有限的， 团结才能有力量， 我们都尽自己所能来完成这次课 程设计。 这是对我们所学的课本知识的测验， 也是对是否能快速吸收新的知识的 一种考验。

致谢

在这次虚拟仪器课程设计中我学到了很多知识， 锻炼了自己的能力， 感谢我 的指导老师雷老师在此次课程设计中给予我的指导， 也感谢我的组员对我的热心 帮助。
在这次课程设计中中， 雷老师在虚拟仪器课程设计实践经验给我们许许多多 的帮助， 在我们面对问题时对我们的耐心指导， 对我们不会的问题进行了耐心的 知道，非常感谢老师对我的帮助。
在此我还要感谢的是我们组的所有成员， 在我们组中每一个成员都细心的研 究与相互探讨， 在不懂的时候我们都耐心的探讨和查阅资料， 直到解决问题为止。 在我们的相互研究与探讨中我们增长了知识学到了不少的东西， 在我们的相互帮 助中我们才能顺利完成我们的课程设计任务所以我要感谢他们。
这次课程设计不仅让我开阔了视野， 拓宽了思路， 增长了学识， 而且为我今 后的工作和学习打下了牢固的基础。
最后，我要再次感谢我们的指导老师雷老师，谢谢您对我们的帮助和支持。
祝您在今后的工作生活中一帆风顺，事事顺心。

参考文献

【1】侯国屏，王坤，叶齐鑫。 Labview7. 1 编程与虚拟仪器设计，清华大学出版 社
【2】刘君华 . 基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计. 电子工业出版社,2003 【3】邓岩，王磊磊．测试技术与仪器应用．机械工业出版社， 2004 【4】杨乐平，李海涛，杨磊． LabVIEW 课程设计与应用．电子工业出版社， 2005 【5】雷勇．虚拟仪器设计与实践．电子工业出版社， 2005

附录 程序框图