基于虚拟仪器技术的仿真项目的实验与研究(附件)【字数：9718】
摘 要本课题是基于虚拟仪器技术的仿真项目的实验与研究，以LabVIEW开发平台为基础，设计温度监测报警、声卡信号采集、汽车仪表盘控制、电机转速测试、储水罐水位报警及交通灯等6个仿真项目。利用LabVIEW软件开发平台与Arduino单片机硬件，通过串口通信的方式，完成了温度数据实时采集，电机转速实时控制，利用电脑声卡完成声音的数据实时采集与分析，利用LabVIEW软件自带的图形控件，设计个性化软件界面，完成储水罐、汽车仪表盘、交通灯的动态仿真界面设计。通过对虚拟仪器技术的仿真项目的实验与研究，利用LabVIEW软件开发仿真程序，比传统的文本语言开发效率高，界面设计方便，易掌握。
目 录
第一章 绪论 1
1.1虚拟仪器介绍 1
1.2虚拟仪器技术的应用前景 1
1.3本文的工作重点 2
第二章 开发平台介绍 3
2.1 LabVIEW软件简介 3
2.1.1 LabVIEW开发环境 3
2.2 硬件简介 4
2.2.1Arduino单片机 4
2.2.2Ds18b20温度传感器 5
2.2.3声卡介绍 6
2.2.4霍尔传感器 6
第三章 虚拟仿真项目介绍及程序设计 8
3.1上下位机串口通信设计 8
3.1.1Arduino单片机串口通信设计 8
3.1.1LabVIEW软件串口通信设计 8
3.2温度采集系统设计 10
3.2.1设计流程 10
3.2.2程序设计 10
3.3声卡数据采集 12
3.3.1设计流程 12
3.3.2程序设计 12
3.4汽车仪表盘控制 14
3.4.1设计流程 14
3.4.2程序设计 15
3.5电机转速测试 16
3.5.1设计流程 16
3.5.2程序设计 17
3.6储水罐水位报警 18
3.6.1设计流程 18
3.6.2程序设计 19
3.7交通灯设计 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.7.1设计流程 19
3.7.2程序设计 20
第四章 程序主界面设计 22
4.1程序主界面前面板设计 22
4.2主界面程序框图设计 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
虚拟仪器技术是一门利用计算机技术，根据工程项目的要求，仿真搭建实验平台的新兴技术，涉及的领域广泛，例如：数学、物理、自动化、电子制造技术、计算机软硬件技术、测量与控制技术、信号处理等领域，协助开发人员进行快速、高效开发产品模型，节约开发的成本与时间；虚拟仪器(Virtual Instrumentation)是以计算机作为仪器的硬件本体，是目前仪器发展的一个重要方向，功能高度集成，可复用性更强。随着计算机功能的日益强大，计算机的各组成硬件的体积越来越小，使得搭载在计算机上的仪器，性能也比原有的仪器设备更加强大，更加灵活，操作更加简单。目前已经出现高度集成化的嵌入式系统仪器，应用于各种恶劣的环境，完成各种数据采集与分析；另一种仪器功能的实现方式，是将其功能，移植到计算机软件系统上，以计算机的各种通信接口，第三方数据采集硬件，依赖计算机软件操作系统实现传统仪器的各种功能。
区别于大多数的编程语言，由于LabVIEW软件的开发环境，可以通过生成编制代码，从而提供即时的句法和语义的反馈，降低了代码形成和测试所需的时间。
1.1虚拟仪器介绍
虚拟仪器的概念，由美国的一家仪器制造公司——美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）在1986年提出的，它是仪器发展过程中新发展起来的新一代仪器。其突出的特点是将仪器的操作面板由计算机软件界面代替，通过在计算机软件界面设置仪器参数，控制仪器的工作模式。
虚拟仪器技术的优势就是将软件硬件完美地结合起来，让开发者把研究的重点放在软件设计以及算法设计上，利用NI公司性能优良的硬件设备，这样可以高效地完成各种信号测试、测量、控制等任务；高效灵活的程序设计，性能稳定的模块化硬件，可以让工程师把更多的精力放在测试测量任务的方案制定上。
1.2虚拟仪器技术的应用前景
从当下高校的教育培养模式可以得知，教育工作者越来越重视学生的动手实践能力，大学中的各种实验、项目，学生参与其中，都可以有效的提高其课程掌握程度，也提高学生现场发现问题、分析问题、解决问题的能力。然而，随着各高校每年招生数量不断扩大，学生人数越来越多，学科实验项目和学生人数也逐年增多，基础实验设备的配套设施数量以及实验室的数量，远落后于学生的增长数量。传统的实验室，及其实验的仪器设备数量严重不足，而且落后、陈旧的实验仪器、设备很难满足学生的需求。由于成本太高，无法加快实验室建设速度，定期更换实验室仪器设备的做法也不现实。因此，虚拟仿真技术，作为一种有效的解决方案应运而生，在各大高校实验室己经获得了广泛的应用，并且成为高等教育实验发展的新方向。
在虚拟仪器系统中，利用计算机开发相对应的软件，代替传统仪器的面板操作，而且可以实现自动化仪器操作，代替传统的人工操作方法，实现仪器现有的功能，通过软硬件结合，形成普通仪器的基本功能，又有区别与一般仪器的可拓展性功能。结合数据库技术以及软件技术，可以搭建出一个虚拟仪器实验室。与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室成本低、可复用率高、便于开放式管理等优点。
1.3本文的工作重点
本文的工作重点是针对现实生活中常见到的应用，利用虚拟仪器技术将其在软件上仿真出来，例如：温度监测报警、声卡信号采集、汽车仪表盘控制、电机转速测试、储水罐水位报警及交通灯等。将这六个仿真项目在LabVIEW软件上仿真出来，运行后的效果与实际应用一样。
主要工作如下：
第一章是绪论，介绍本课题主要的研究内容与目的，以及本论文的工作与组织。
第二章是开发的软硬件介绍，介绍虚拟仿真软件的发展历程、编程方式，在开发仿真实验平台的优势，硬件的一些介绍、使用及参数说明。
目 录
第一章 绪论 1
1.1虚拟仪器介绍 1
1.2虚拟仪器技术的应用前景 1
1.3本文的工作重点 2
第二章 开发平台介绍 3
2.1 LabVIEW软件简介 3
2.1.1 LabVIEW开发环境 3
2.2 硬件简介 4
2.2.1Arduino单片机 4
2.2.2Ds18b20温度传感器 5
2.2.3声卡介绍 6
2.2.4霍尔传感器 6
第三章 虚拟仿真项目介绍及程序设计 8
3.1上下位机串口通信设计 8
3.1.1Arduino单片机串口通信设计 8
3.1.1LabVIEW软件串口通信设计 8
3.2温度采集系统设计 10
3.2.1设计流程 10
3.2.2程序设计 10
3.3声卡数据采集 12
3.3.1设计流程 12
3.3.2程序设计 12
3.4汽车仪表盘控制 14
3.4.1设计流程 14
3.4.2程序设计 15
3.5电机转速测试 16
3.5.1设计流程 16
3.5.2程序设计 17
3.6储水罐水位报警 18
3.6.1设计流程 18
3.6.2程序设计 19
3.7交通灯设计 19 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
3.7.1设计流程 19
3.7.2程序设计 20
第四章 程序主界面设计 22
4.1程序主界面前面板设计 22
4.2主界面程序框图设计 22
结束语 23
致 谢 24
参考文献 25
第一章 绪论
虚拟仪器技术是一门利用计算机技术，根据工程项目的要求，仿真搭建实验平台的新兴技术，涉及的领域广泛，例如：数学、物理、自动化、电子制造技术、计算机软硬件技术、测量与控制技术、信号处理等领域，协助开发人员进行快速、高效开发产品模型，节约开发的成本与时间；虚拟仪器(Virtual Instrumentation)是以计算机作为仪器的硬件本体，是目前仪器发展的一个重要方向，功能高度集成，可复用性更强。随着计算机功能的日益强大，计算机的各组成硬件的体积越来越小，使得搭载在计算机上的仪器，性能也比原有的仪器设备更加强大，更加灵活，操作更加简单。目前已经出现高度集成化的嵌入式系统仪器，应用于各种恶劣的环境，完成各种数据采集与分析；另一种仪器功能的实现方式，是将其功能，移植到计算机软件系统上，以计算机的各种通信接口，第三方数据采集硬件，依赖计算机软件操作系统实现传统仪器的各种功能。
区别于大多数的编程语言，由于LabVIEW软件的开发环境，可以通过生成编制代码，从而提供即时的句法和语义的反馈，降低了代码形成和测试所需的时间。
1.1虚拟仪器介绍
虚拟仪器的概念，由美国的一家仪器制造公司——美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）在1986年提出的，它是仪器发展过程中新发展起来的新一代仪器。其突出的特点是将仪器的操作面板由计算机软件界面代替，通过在计算机软件界面设置仪器参数，控制仪器的工作模式。
虚拟仪器技术的优势就是将软件硬件完美地结合起来，让开发者把研究的重点放在软件设计以及算法设计上，利用NI公司性能优良的硬件设备，这样可以高效地完成各种信号测试、测量、控制等任务；高效灵活的程序设计，性能稳定的模块化硬件，可以让工程师把更多的精力放在测试测量任务的方案制定上。
1.2虚拟仪器技术的应用前景
从当下高校的教育培养模式可以得知，教育工作者越来越重视学生的动手实践能力，大学中的各种实验、项目，学生参与其中，都可以有效的提高其课程掌握程度，也提高学生现场发现问题、分析问题、解决问题的能力。然而，随着各高校每年招生数量不断扩大，学生人数越来越多，学科实验项目和学生人数也逐年增多，基础实验设备的配套设施数量以及实验室的数量，远落后于学生的增长数量。传统的实验室，及其实验的仪器设备数量严重不足，而且落后、陈旧的实验仪器、设备很难满足学生的需求。由于成本太高，无法加快实验室建设速度，定期更换实验室仪器设备的做法也不现实。因此，虚拟仿真技术，作为一种有效的解决方案应运而生，在各大高校实验室己经获得了广泛的应用，并且成为高等教育实验发展的新方向。
在虚拟仪器系统中，利用计算机开发相对应的软件，代替传统仪器的面板操作，而且可以实现自动化仪器操作，代替传统的人工操作方法，实现仪器现有的功能，通过软硬件结合，形成普通仪器的基本功能，又有区别与一般仪器的可拓展性功能。结合数据库技术以及软件技术，可以搭建出一个虚拟仪器实验室。与传统的实验室相比，虚拟仪器实验室成本低、可复用率高、便于开放式管理等优点。
1.3本文的工作重点
本文的工作重点是针对现实生活中常见到的应用，利用虚拟仪器技术将其在软件上仿真出来，例如：温度监测报警、声卡信号采集、汽车仪表盘控制、电机转速测试、储水罐水位报警及交通灯等。将这六个仿真项目在LabVIEW软件上仿真出来，运行后的效果与实际应用一样。
主要工作如下：
第一章是绪论，介绍本课题主要的研究内容与目的，以及本论文的工作与组织。
第二章是开发的软硬件介绍，介绍虚拟仿真软件的发展历程、编程方式，在开发仿真实验平台的优势，硬件的一些介绍、使用及参数说明。
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