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基于LabVIEW的虚拟仪器人机界面模式设计
[导读] Lebview现在已经越来越广泛地应用于测量、控制、教学、科研等领域，它采用图形化编程方式，内置大量功能，能够很方便地完成数据采集分析显示、仪器控制、测量测试、工业过程仿真及控制等多种操作，并具有良好的可扩展性。
Lebview现在已经越来越广泛地应用于测量、控制、教学、科研等领域，它采用图形化编程方式，内置大量功能，能够很方便地完成分析显示、仪器控制、测量测试、工业过程仿真及控制等多种操作，并具有良好的可扩展性。
在应用Lebview进行实际项目开发时往往要求程序能够实现多功能集成化，这时程序界面的统一化、便于操作等要求就十分重要。本文以虚拟的开发过程为例，对使用LabVIEW开发时模式的设计与实现进行了研究。
2 虚拟信号发生器的系统要求及分析
2.1 系统要求
虚拟信号发生器的总体设计要求如下'1、实现多功能信号发生，能够产生常用波形(正弦波、三角波、方波、齿锯波等)、用户自定义函数波形、加噪波形等。2、可进行参数调节、并完成波形的数字存储功能。3、要求良好的人机交互界面，易于操作。
2.2 设计分析
在Lebview中实现单一功能的信号发生较为简单，只需在前面板放置相应的控件进行波形参数设置、波形显示及数据存储路径选择，然后在框图程序窗口选择合适的功能节点，并完成各节点及端点的逻辑连接即可达到要求。
按照系统设计要求，程序不但需要实现多种功能，同时还应该具有能让用户便捷地进行操作的特点，而简单地将多个子功能程序放在一起并不能满足要求。
我们针对&便于操作、良好的人机交互界面&这个系统要求进行了综合分析，设计了三种具有不同特点的人机界面模式：整体界面模式、弹出式界面模式、动态调用界面模式。
3 虚拟信号发生器的人机界面设计
3.1整体界面模式设计
整体界面模式的特点：所有功能模块的参数设置及实现均在同一界面下，不同的功能对应不同的功能按钮。当按下某一按钮时，将实现相应的功能操作。
3.1.1 前面板设计
在前面板设计中，我们将公共参数放在一组，以免出现重复控件;将各子功能的特征参数分在不同的组中，以方便用户操作。波形的显示由一个graph控件完成，数据存储也共用同一功能区。用互锁按钮实现各子功能之间的切换。该模式下的前面板如图1所示。
图1 整体界面模式的前面板
3.1.2 框图程序设计要点
我们选用了选择结构来完成整体界面模式的实现：将常用信号模块、用户函数信号模块、加噪信号模块分别作为选择结构的三个分支。当按下所需功能按钮时，执行所选的子框图程序，完成相应操作。这里需要注意的是各子功能按钮应该设置为互锁关系，即在任一时刻只允许有一个按钮被按下。当另一按钮被按下时，原先在按下状态的按钮将自动弹起。
我们将各子功能按钮放入一个数组中，则该数组内容对应各按钮的开关状态。然后设置一个while循环结构，利用循环结构的移位寄存器比较本次循环中的按钮数组内容和上次循环中的按钮数组内容，若相等，则说明没有按下其他按钮;若不等，说明有另外的按钮按下，此时需要将按钮数组的内容重写：原来按下的按钮逻辑值应该改为&false&,而新按下的按钮逻辑值应变为&true&.可将当前按钮状态内容与前一次的按钮状态内容进行异或运算来实现这两步功能。更新后的按钮状态通过局部变量对原按钮数组内容进行重写完成。互锁逻辑的框图程序如图2所示。
图2 互锁逻辑框图程序
整体界面模式的优点在于所有子功能模块均在同一界面下，整体可视性、可操作性较好。但当子模块类型较多时，将出现界面过于臃肿而不易操作、编程过于繁杂的问题，此时我们可以通过Tab控件进行功能模块的分类，以达到简化前面板界面的目的。
3.2 弹出式界面模式
弹出式界面模式的特点：在主程序面板按下子功能按钮时，将弹出相应功能的子程序面板，子面板运行完毕后将返回主面板。
3.2.1 前面板设计
我们将各子功能模块做成多个子程序，为调用方便与主程序放置在同一路径下。主程序的前面板只需实现相应功能的调用按钮配置。当需要使用某项功能时，按下对应的按钮即可将子程序界面调出，执行完毕后关闭子程序则可退回主程序界面，进行其他功能的调用。虚拟信号发生器运行过程中的弹出式界面如图3所示(调用&常用波形发生&子功能程序)。
图3 弹出式界面模式下的前面板架构
3.2.2 框图程序设计要点
利用LabVIEW的事件驱动功能可以较容易地实现弹出式界面的设计要求，因此我们选择事件结构来实现虚拟信号发生器的弹出式界面的程序设计。
在主程序的事件结构中，为每个功能按钮的事件发生指定相应子功能程序的调用。这样，每次当某一功能按钮按下时，LabVIEW会自动通知程序所发生的事件，然后按照为这个事件指定的程序代码对事件进行响应。主程序的框图设计如图4所示。
图4 弹出式界面模式的主框图程序
弹出式界面模式的优点在于界面及程序结构清晰，所有子模块单独编程，由主程序按需调用，这样可以大大减少编程的复杂程度。
3.3 动态调用模式
动态调用模式的特点：子功能程序仅在被调用时动态加载入内存，调用结束后即释放。
3.3.1前面板设计
我们将程序界面分为左右两个区域：左边区域设置各功能按钮，可按需调用子功能;右边区域由子面板控件subpanel构成，在子功能被调用时显示和运行相应界面及功能。图5所示的是程序调用&函数信号发生&子功能程序时的界面情况。
图5 动态调用模式的前面板
3.3.2 框图程序设计要点
为了方便调用子功能程序，将主程序和各子功能程序保存在同一路径下。
主程序运行时，当需要调用某一子功能程序时，首先应该知道该子程序的整体路径：可以先使用cur-renl VI'S Poih函数和Stdp
Path函数获取主程序的路径，将此路径与需要调用的子程序名合成子程序的整体路径。然后由loodondRun函数将已知路径的子程序加载并启动，最后在subponel控件对应的调用节点中使用Insert
VI方法将子程序的面板插入子面板控件中。
不同子功能程序的选择要求由选择结构实现。
动态调用界面模式的优点在于子模块单独编程，结构清楚，编程的复杂程度低;程序动态加载，占用内存少，加载速度快。
我们基于虚拟信号发生器的设计对LabVIEW编程中常用的三种人机界面模式：整体界面模式、弹出式界面模式、动态调用界面模式进行了详细的分析和研究，在实际项目开发中可以根据具体情况直接选用这些模式进行界面设计，也将它们综合使用，以达到更高的设计要求。
另外需要指出的是，每种模式的实现方法也是灵活多变的，比如2.1中涉及到的互锁按钮也可以用枚举(Enum)控件实现相同的功能。而互锁逻辑的实现也能使用事件结构结合设置控件属性节点的方法实现：当某一功能按钮(如&常用波形&按钮)按下时，执行相应程序代码：将自身的逻辑值置为lrue,
同时使其他功能按钮的值为false.
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基于LabVIEW的电网综合参数测控系统设计
基于LabVIEW的电网综合参数测控系统设计
1引言 　　虚拟仪器是计算机技术和数字信号处理(Digital SignalProcessor，简称DSP)技术发展的产物，具有功能开放，设计灵活，对网络支持良好，价位低廉等优势，近几年已获得飞速发展和广泛应用。作为一种通用的图形化编程语言，其实质是充分利用最新的计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。 　　虚拟仪器由用户白行设计、自定义，并结合一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能，以满足自己的特殊需求。这里通过对电网综合参数测控系统的软件设计，介绍了软件设计中采用LabVIEW的方法和步骤。 2 LabVIEW的软件开发步骤 2.1创建前面板 　　从控件面板上选择所需的各种控件，将其按规律放置在前面板的容器上，组织好彼此的相对位置，使得前面板变得美观漂亮，设置好各控件的属性和显示方式。 2.2创建数据流程图 　　从函数面板上选择所需的函数图标，依据要实现的功能，用线将它们有序地连接起来，以创建完整的数据流程图。 2.3函数调试分析 　　采用各种方式进行程序调试，修改数据流程图，直至满足要求。 　　(1)软件的登陆设置 利用顺序结构控制登陆成功后才能显示界面，在用户登陆子VI属性设置成软件运行时就启动，弹出登陆界面，输入口令正确进入系统。 　　(2)菜单设置 LabVIEW窗自身具有定制菜单的功能。在VI前面板主菜单中选择&编辑-运行时菜单&，弹出菜单编辑对话框，如图1所示。用户根据要求在对话框中设置系统管理、通讯等主菜单，在界面左半部选择菜单类型为用户项，菜单项名称分别写入对应的菜单设置名称，用同样方法设置主菜单下的子菜单。在后面板中，用几个菜单设计图标相连，并分别写入主菜单和子菜单的名称，以完成相应菜单的定制功能，如图2所示。 菜单的响应程序依靠编辑设置一个事件结构来完成，编辑事件对话框中的事件源本VI对应的事件设置成菜单选择(用户)，选择项只留下项标识符(Item Tag)一项，在事件结构内放上对应事件，将项标识符与条件结构相连，用以选择相应的指令，如图3所示。 在自定义菜单中，根据需要创建菜单项，待完成菜单定制后，对每个子菜单设计对应的SUBVI，并且每个子VI都有自己的用户界面。新建一个文件夹，把设计过程中需要保存的东西都保存在这个文件夹下。 　　编写菜单响应程序。利用LabVIEW提供的菜单选择节点获取所选菜单项，然后在一个条件结构中编写与菜单选项对应的功能程序。在VI运行时，条件结构根据菜单选择节点返回的菜单执行相应的功能程序。 3工具栏 　　在该软件界面上，工具栏上的按钮在LabVIEW控件中找不到，这就需要自定义控件。剪切相应的图标放入画图工具中，用剪切工具把图片选中下来，按ctrl+c将其复制到剪贴板上，若要其效果更好，可用PHOTOSHOP之类的软件进行修饰。编辑控件。把确定按钮放在LabVIEW前面板上，右击选择&高级-自定义&，点击后进入编辑状态，点击工具栏中 按钮，使其变成 ，对着最大的外形框右击，选择从剪贴板导入图片，这样即可把先前准备好的图片制作成控件。 4数据库 　　在添加用户与添加设备子VI中，需要用到数据库。这里应用Microsoft Access数据库，它是一种关系型数据库，按关系数据模型组织数据库。 　　LabVIEW开发环境的本身并不具备数据库访问功能。利用NI公司的附加工具包LabVIEW SQL Toolkit进行数据库访问，这种工具包价格比较昂贵，不适合应用。因此利用了由美国NI公司开发的一个免费、多数据库、跨平台的LabVIEW数据库访问工具即LabSQL工具包来实现数据库访问。 　　在LabVIEW安装目录重的user.lib文件夹中新建一个LabSQL文件夹，将下载的LabSQL放到这个文件夹下，再次运行时，LabVIEW的功能模块就会自动加载LabSQL。LabSQL与数据库之间通过ODBC连接，用户需要在ODBC中指定数据源名称和驱动程序。因此，在使用LabSQL之前，首先要在Windows操作系统的ODBC数据源中创建一个DSN，LabSQL与数据库之间的连接就是建立在DSN的基础之上。 　　在Windows操作系统的控制面板中，依次点击性能与维护&管理工具&数据源，弹出图4的ODBC数据源管理器。单击&系统DSN&选项卡中的&添加(D)&&按钮，在随后弹出的图5所示&创建新数据源&界面的驱动程序列表中选择&Microsoft Access Driver(*.mdb)&，并单击&完成&按钮，在随后出现的图6所示对话框中&数据源名(N)&一栏中创建DSN的名称，并单击&选择&按钮，选择需要访问的数据库，按&确定&按钮结束。完成上述设置后就可以进行数据库的操作，其基本步骤如图7所示。首先利用ADO Connection Create.vi创建一个Connection对象，然后利用ADO Connection Open.vi建立与数据库的连接，要连接的数据库由字符串ConnectionString控制在前面板控件中输入。在程序框图中使用Format Into Strings生成SQL命令，将它连接到ADO Connection Execute.vi即可执行。利用ADO Recordset Creat.vi创建一个Recordset对象，然后利用ADO Recordset Open.vi打开Recordset对象，并同时利用SQL查询命令，以获得数据库表中的全部或部分记录。通过功能选择按钮来选择和控制对数据库的操作。利用ADO Recordset Close.vi和ADO Connection Close.vi关闭与数据库之间的连接，利用ADO Connection Destroy.vi删除Connection对象。将其用于设计中，即在设计界面点击&添加&按钮，出现图8所示的用户注册对话框。 在整点数据等子VI 中，要在同一个界面切换显示测试图象，运用选项卡控件来实现这种功能，如图9所示。图10给出最终建立的界面。 5结语 　　在确定计算机和仪器等硬件资源的情况下，对应不同的应用程序有不同的虚拟仪器。通过软件实现虚拟仪器的部分或全部功能，这就是设计虚拟仪器的核心思想。采用面向对象的设计方法，利用可视化图形编程环境，建立图形化用户接口是仪器实现自动化和智能化的关键。
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　　　随着科技的飞速发展，各行各业对温湿度测试与控制的要求也越来越高。传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境信息。在这种模式下，不仅效率低下，而且还会造成人力资源的浪费。
　　　课题针对这一问题，利用虚拟仪器技术实现了一种新型智能化的温湿度监测报警系统。系统硬件电路的设计采用数字温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101进行环境温湿度数据的采集；数据传输采用串行方式，使用AT89S51单片机完成环境数据向PC上位机的传送，然后，在LabVIEW开发环境下，用LabVIEW这一图形化设计语言来完成数据滤波、数据融合等数据优化处理，并实现数据记录、数据回读及越限报警等功能。从而实现了基于虚拟仪器技术的环境度监测报警系统的设计。测试表明，设计开发的馆藏室温湿度监测系统，可实现精确地温湿度监测与报警，且智能化的系统设计达到了节省人力和提高效率的目的。
关键词：虚拟仪器馆藏室温湿度LabVIEW监测系统
第一章绪论 1
馆藏室温湿度监测系统概述 1
温湿度监测系统的研究现状 1
虚拟仪器技术 2
虚拟仪器技术的兴起与发展 2
虚拟仪器技术简介 3
虚拟仪器技术的特点 4
研究内容与论文结构 5
研究内容 5
论文整体结构 5
第二章馆藏室温湿度监测系统的总体设计 6
馆藏室温湿度监测系统工作原理 6
馆藏室温湿度监测系统组成结构 7
馆藏室温湿度监测系统系统参数 8
馆藏室温湿度监测系统功能特点 9
第三章系统硬件的设计 11
馆藏室温湿度要求 11
硬件电路设计 11
温度监测电路的设计 11
DS18B20数字式温度传感器
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