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智能化测控技术

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第一章 绪 论

1.1 国内外发展现状

在目前的测试领域中,越来越广泛地利用相关检测的方法进行滤波,利用相关滤波可以 方便地从复杂的待测信号(包括有用信号、随机噪声和谐波频率等成分等)中分离出某一 特定频率的信号,在数字技术迅速发展以后,相关滤波也经常利用 A/D 板对信号采样后, 在计算机中实现,成为数字滤波器的一种形式,本文设计了一种实现相关滤波的方法,这 是相关分析在测试技术中的一个典型应用。 Labview 是美国国家仪器公司推出一种基于 “图 形”方式的集成化程序开发环境,是目前国际上唯一的编译型图形化编程序言,在以 PZ 机为基础的测量和工控软件中,Labview 开发环境具有一系列优点,从流程图式的编程, 不需要先编译就存在语法检测和调试过程使用的数据指针,到其丰富的函数、数值、信号 处理和设备驱动等功能,应用 Labview 进行滤波器设计,效率高,操作简单,并能对误差 精度进行实时调整,把传统仪器利用 Labview 用软件的方法来实现,开发周期短,易于维 护和升级,可以设计出传统仪器所不能比拟的虚拟仪器, “软件就是仪器”——这就是虚 拟仪器技术的精髓。 传统仪器是由厂家设计并定义好功能的封闭式机构,每种仪器实现一种特定的功能。随 着计算机技术和传统仪器仪表技术的结合,在必要的数据采集硬件和计算机的帮助下,通 过软件实现仪器的全部功能的新式仪器——虚拟仪器出现了。虚拟仪器技术作为新兴的构 造仪器技术, 它可以部分实现甚至全部实现物理仪器功能。 与传统仪器相比具有许多优点: 对测试量的处理和计算可更复杂且处理速度更快,测试结果的表达方式更加丰富多样,可 以方便地存储和交换测试数据,价格低,技术更新快。它的最大特点就是把由仪器生产厂 家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能,满足多种多样的应用需求。

1.2 选题意义

数字滤波器是数字信号分析中的重要组成部分,它实现对信号的滤波、提取、增强信号 的游泳分量、削弱无用的分量。经典滤波器的特点是输入信号中的有用频率成分和希望滤 除的频率成分各占有不同的频带,通过一个合适的选频滤波器达到滤波目的。但如果信号 和干扰的频率相重叠,那么经典滤波器将无能为力,这时需要采用现代滤波器,如维纳滤 波器、卡尔曼滤波器、自适应滤波器等。从实现的网络结构或从单位脉冲响应分类,数字 滤波器可以分为无限脉冲相应滤波器和有限脉冲相应滤波器。与 IIR 相比,FIR 数字滤波器能够被设计成具有线性相位特性的滤波器。因此,它在要求具有线性相位的应用场合具 有广泛的应用。数字滤波器的设计方法很多,其中较为常用的是窗函数设计法和频率采样 设计法。本文介绍一种利用窗函数设计的虚拟滤波器。 Labview 为设计者提供了 FIR 和 IIR 滤波器 VI,使用起来非常方便,只需要输入相应的 指标参数即可,不需要进行复杂的函数设计和大量的运算。滤波器 VI 位于 Labview 流程 图面板的 Function>>Analyze>>Signal Processing>>Filters 上。基于 Labview 的 IIR 数 字滤波器的设计。 不同滤波器 VI 滤波时均有各自的特点,因此它们用途各异。在利用 Labview 实现滤波 功能时,选择合适的滤波器是关键,在选择滤波器时,可参照不同滤波器的特点,考虑滤 波的实际要求来选择合适的滤波器。

1.3 虚拟仪器系统组建方案

通过各种不同的接口总线,组建不同规模的自动测试系统。虚拟仪器系统按硬件构成 方式,可有以下几种组建方案: (1)GPIB 仪器通过 GPIB 接口卡与计算机组成 GPIB 系统。 (2)VXI 仪器与计算机组成 VXI 系统。 (3)PXI 仪器组成 PXI 系统。 (4)以 DAQ 和信号调理部分为硬件组成 PC-DAQ 测试系统。 (5)并行总线仪器组成并行总线系统。 (6)串行总线仪器组成串行总线系统。 (7)现场总线设备组成现场总线系统。

第二章 LabVIEW 简介

2.1 LabVIEW 概述

LabVIEW 是实验室虚拟仪器集成环境简称,是功能强大、复杂程序开发环境。包含图 形编程语言开发数据采集、信号分析、仪器控制领域的虚拟仪器应用程序。 LabVIEW 是由美国国家仪器(NI)公司研制开发的一个功能大而又灵活的仪器和分析 软件应用开发工具。类似于 C 和 BASIC 开发环境,但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著 区别是:其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码,而 LabVIEW 使用的是图形化 编辑语言 G 编写程序,产生的程序是框图的形式。 与 C 和 BASIC 一样,LabVIEW 也是通用编程系统,有一完成任何编程任务庞大函数库。 LabVIEW 的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储,等 等。LabVIEW 也有传统的程序调试工具,如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序(子 VI)的结果、单步执行等等,便于程序的调试。 LabVIEW 程序称为“虚拟仪器”或简称为 VI。LabVIEW 不同于基于文本的编程语言(如 Fortran 和 C) ,它是一种图形编程语言——通常成为 G 编程语言,其编程过程就是通过图 形符号描述程序的行为。LabVIEW 使用的是科学家和工程师们所熟悉的术语,还使用了易 于识别的构造 G 语言的图形符号。即使具有很少变成经验的人也能学会使用 LabVIEW,并 能够发现和了解一些有用的基本编程原则。如果从前未编过程(或许有一些编程经验但已 忘了许多) ,在钻研 G 编程语言之前,需要复习一下编程方面的基本概念。 LabVIEW 系统由其应用执行文件和许多相关文件以及子目录组成。LabVIEW 使用文件 和目录来存储创建 VI 所必需的信息,部分重要的文件和目录如下: (1) LabVIEW 可执行程序:用于启动 LabVIEW。 (2) vi.lib 目录: 该目录包含 VI 库, 如数据采集、 仪器控制和分析 VI。 它必须与 LabVIEW 执行程序在同一目录下。不要改变 vi.lib 目录名称,因为 LabVIEW 启动时要查找该目录。 如果改变此名称,就不能使用众多的控件和库函数。 (3) Examples 目录:该目录包含许多 VI 示例,这些例子示范了 LabVIEW 的功能。 (4) user.lib 目录:用户创建的 VI 保存于该目录并将出现在 LabVIEW 的 Functions Palette(函数选项板)上。 (5) instr.lib 目录:如果希望用户仪器驱动程序库出现在 LabVIEW 的函数选项板上,应将其放置在该目录下。 (6) Learning 目录:该目录包含有用户使用时所需要的 VI 库。

2.2 LabVIEW 的操作模板

LabVIEW 具有多个图形化的操作模板,用于创建和运行程序。这些操作模板可以随意在 屏幕上移动,并可以放置在屏幕的任意位置。操纵模板共有三类,为工具(Tools)模板、 控制(Controls)模板和功能(Functions)模板。

一.工具模板 工具模板为编程者提供各种用于创建、修改和调试 VI 程序的工具。可在 Windows 菜 单下选 Show Tools Palette 以显示模板。从模板内选择任一工具后鼠标箭头就会变成该 工具相应形状。当从 Windows 菜单下选择 Show Help Window,把选定的任一工具光标放在 框图程序的子程序或图标上,就会显示帮助信息。 LabVIEW 的几种工具图标,从左往右且从上往下,依照顺序依次介绍这几种常用工具 的功能: (1) 操作工具:来操作前面板控制和显示。用它键入值时工具变标签形状。 (2) 选择工具:选择、移动或改变对象大小。用改变对象连框会变相应形状。 (3) 标签工具:输入标签文本或建自由标签。当建自由标签时会变相应形状。 (4) 连线工具:在框图程序上连接对象。 帮助窗口打开会显示其数据类型。 (5) 对象弹出菜单工具:用左鼠标键可以弹出对象的弹出式菜单。 (6) 漫游工具:使用该工具就可以不需要使用滚动条而在窗口中漫游。 (7) 断点工具:使用该工具在 VI 的框图对象上设置断点。 (8) 探针工具:在框图程序内数据流线上设置探针。通过窗口看数据流变化。

 

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