1、2022-5-25山东科技大学第八章第八章 现代检测技术的发展现代检测技术的发展2022-5-25山东科技大学第八章第八章 现代检测技术的发展现代检测技术的发展v 第一节 现场总线技术v 第二节 虚拟仪器技术2022-5-25山东科技大学第一节 现代总线技术v一、现场总线技术发展的背景一、现场总线技术发展的背景v 事实上，现场总线的产生和发展，与计算机在工业控制领域的应用密切相关。本世纪70年代中期，计算机技术、控制技术及通讯技术相继得到长足发展，于是出现了基于3C（计算机、通讯、控制）技术的集散控制系统（DCS）。集散控制系统实质上是利用计算机技术对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制
2、的一种新型控制技术。它是由计算机技术、信号处理技术、测量控制技术、通信技术和人机接口技术相互发展、渗透而产生的。典型的集散控制系统基本结构如图8-1所示。2022-5-25山东科技大学监控计算机操作站过程控制站过程控制站工业对象1工业对象2420mA420mALAN2022-5-25山东科技大学v 然而DCS的缺点也是十分明显的。首先它是一种数字-模拟混合系统，DCS的现场仪表（变送器和执行器）仍然使用传统的模拟仪表，以DC420mA传递信号，通完控制站，随着测点的增加，所需控制电缆数势必随之增长；另外，大量测控信息必须通过控制站才能实现控制和管理，并没有实现真正意义上的集散控制，也就是说，没
3、有将控制回路完全下放到生产现场的变送器或执行器上，只是实现可控制站的相对分散；三是价格贵，大中型DCS系统动辄上百万美元，使广大中小企业望而却步。2022-5-25山东科技大学v 20世纪80年代，随着通信网络技术、微型计算机上技术的发展，通用或专用的微处理器开始逐步进入测量与控制仪表，使之具有数字计算和数字通信能力。逐步放弃常规的420mA模拟信号传输标准，采用一定的媒体作为通信线路，按照公开、规范的通信协议，在位于现场的多个设备之间，以及现场设备与远程监控计算机之间，实现全数字传输和信息交换，形成各种适应实际需要的控制系统成为一种趋势，现场总线控制系统FCS正是在这种背景下产生的。其基本结
4、构如图所示8-2所示。图中现场总线的节点式现场设备或现场仪表，如传感器、变送器、调节器、调节阀、步进电机、记录仪、条形阅读器等。2022-5-25山东科技大学2022-5-25山东科技大学v二、现场总线的定义二、现场总线的定义v 现场总线是一种工业数据总线，它是自动化领域中计算机通信体系最低层的低成本网络。根据国际电工委员会（IEC）的标准和现场总线基金会（FF）的定义，“现场总线是连接智能现场设备和自动化测试系统的数字式、双向传输多分支结构的通信网络”。v 现场总线技术的基本内容包括：以串行通信方式取代传统的420mA的模拟信号；一条现场总线可为众多的可寻址现场设备实现多点链接支持低层的现场
5、智能设备与高层的系统利用公用传输介质交换信息；现场总线技术的核心是它的通信协议，这些协议必须根据国际标准化组织ISO的计算机网络开放系统互连的OSI参考模型来制定。2022-5-25山东科技大学三、现场总线的特性三、现场总线的特性v（1）开放性。开放是指相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。现场总线标准时公开的、一致的，对用户是透明的。不同厂家的设备或网络之间可以实现信息交换，用户可以根据自己的需要，使用来自不同厂家的产品，组成大小调整的、开放的互连系统。v（2）互可操作性与互换性。互可操作性是指互连的设备之间、系统之间可以相互通信或操作；而互换性则意味着不同厂家生产的性能类似的设
6、备可以相互替换。v（3）设备智能化。全数字化通信的前提是设备具有数字信号处理能力，以微处理器为基础的现场总线设备，不仅能满足这一要求，而且能够实现各种功能，如滤波、标度变换、报警、修正补偿、状态诊断以及自动控制等。v（4）彻底分散。现场总线构成一种全分布式控制系统，从根本上改变了集中与分散相结合的DCS机构。2022-5-25山东科技大学v（5）现场环境适应性。支持双绞线、同轴电缆、光缆、电力线和无线传输媒体；能实现两线制供电等，适应各种现场环境。v（6）系统可靠性。现场总线采用数字传送，避免了420mA模拟量传输所带来的问题。v（7）易于安装与维护。在FCS中，不同用途或地点的系统组合可分别
7、进行测试和快速集成；增加现场设备只是简单地安装一个连接器到网络电缆上，而不是铺设新的电缆以及在控制设备上增加新的电路板。v四、现场总线的通讯标准四、现场总线的通讯标准v 目前较流行的现场总线通讯标准（或称通讯协议模式）主要有以下5种：CAN（控制局域网络）,LonWorks（局部操作网络）,PROFIBUS（过程现场总线）,HART（可寻址远程传感器高速公路）,FF（基金会现场总线）等。2022-5-25山东科技大学（一）（一）CAN（控制器局域网络）（控制器局域网络） v 控制器局域网络CAN（Controller Area Nerwork）是由德国Bosch公司从20世纪80年代初为解决现
8、代汽车种众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。其发展目标是逐步用于其他工业领域控制的现场总线。它定义了网络互连模型的物理层、数据链路层和应用层，其中，物理层符合国际标准化组织ISO11898标准。 vCAN具有如下特性： v（1）CAN的通信速率为5Kbps(10km),1Mbps(40m),节点数为110个，传输介质为双绞线或光缆等。2022-5-25山东科技大学v（2）CAN采用点对点，一点对多点及全局广播等几种方式发送和接受数据。v（3）CAN采用循环冗余校验CRC（Cyclic Redundancy Check
9、）及其他检错措施，保证了极低的信息出错率。v（4）CAN采用非破坏性总线优先级仲裁技术。当两个节点同时向网络发送信息时，优先级低的节点主动停止发送数据，优先级高的节点可不受影响地继续发送信息。因此，按节点类型分成不同的优先级字节数为8个，可以满足不同的实时要求。v（5）CAN可实现全分布式多机系统，且无主、从机之分，每个节点均可主动发送报文，用此特点可以方便地构成多机备份系统。2022-5-25山东科技大学v（6）CAN节点具有自动关闭功能，当节点错误严重时，则自动切断与总线的联系，这样不影响总线的正常工作。v（7）CAN支持四类报文帧：数据帧、远程帧、出错帧、超载帧。它采用短帧结构，每帧有效
10、字节数为8个。这样，传输时间短，受干扰的概率低，具有较好的检错结果。 v（8）CAN采用多主竞争式结构，具有多主站运行和分散仲裁的串行总线和广播通信特点。信道访问方式为带优先级的CAMA/CD技术。采用位填充的不归零制信号编码方式，其数据传输速率为1Mbit/s，最大传输距离为1000m。以位仲裁方式（11位标示码）确定数据块的优先级。2022-5-25山东科技大学（二）（二）LonWorks(局部操作网络局部操作网络)v 局部操作网络LonWorks是美国Echelon公司研制的，其设计成本低，具有通信与操作功能，主要应用于工业自动化、机械设备控制，是低层次工业网络最有希望的一种网络。Lon
11、Works是集控制器和网络通信处理器为一体的芯片Neuron的串行总线，它是一种对等网络。v主要有如下特点： v（1）LonWorks通信速率为78Kbps(2700m)、1.25Mbps(130m),字节数是32000个,传输介质为双绞线、同轴电缆、光缆、电源线等。v（2）LonWorks采用LonTalk通信协议，该协议遵循国际标准化组织ISO定义的开放系统互连OSI（Open System Interconnection）全部7层模型。2022-5-25山东科技大学（3）LonWorks的核心是Neuron（神经元）芯片（MC143150和MC143120）,内含3个8位的CPU：第一个
12、CPU为介质访问控制处理器，实现LonTalk协议的第1层和第2层；第二个CPU为网络处理器，实现LonTalk协议的第3层和第6层；第三个CPU为应用处理器，实现LonTalk协议的第7层，执行用户代码及用户代码所调用的操作系统服务程序。v（4）Neuron芯片的编程语言为Neuron C，它是从ANSI C派生出来的。v（5）LonTalk协议提供5种基本类型的报文服务：确认、非确认、请求/响应、重复、非确认重复。v（6）LonTalk协议的介质访问控制子层对CSMA作了改进，采用一种新的称为Predictive P-Persistent的CSMA，根据总线负载随机调整时间槽n(163)，
13、在负载较轻时使介质访问延迟最小化，而在负载较重时使冲突的可能性最小化，从而使传输介质发挥它的最大传输容量。2022-5-25山东科技大学（三）（三）PROFIBUS(过程现场总线过程现场总线) v过程现场总线Profibus是德国1989年在DIN19245中公布的标准，2000年成为现场总线国际标准IEC61158 Type3。Profibus现场总线标准划分为Profibus-FMS，Profibus-DP和Profibus-PA三种不同协议类型。尽管这三个部分相互兼容，但它们应用的角度和针对的问题是不同的。v Profibus-FMS协议旨在解决车间级通用性任务，为用户提供强有力的通信服
14、务功能选择，实现中等传输速度的周期性和非周期性数据传输，可用于一般自动化； vProfibus-DP协议是专为现场级控制系统与分散I/O的高速通信而设计的，数据传输速率范围在9.6Kbps12Mbps之间，可用于大多数工业领域，适用于分散的外围设备；v Profibus-PA协议是为本质安全需要或总线供电的设备之间进行数据通信而设计的。 2022-5-25山东科技大学图8-3 Profibus现场总线网络结构管理级总循环时间1000ms单元级总循环时间100ms现场级总循环时间10ms管理级计算机CNCPC/VMEVME/PCPLCPCS现场设备I/O传感器变送器执行器Profibus-FMS
15、Profibus-PAProfibus-DP耦合器2022-5-25山东科技大学（四）（四）HART（可寻址远程传感器数据通路）（可寻址远程传感器数据通路）vHART是美国罗斯蒙特（Posemount）公司研制的。其协议可参照ISO/OSI模型的物理层、数据链路层和应用层。v它主要有如下特性： v（1）物理层：采用基于Bell 202通信标准的FSK技术，即在直流420mA模拟信号上叠加FSK数字信号，逻辑1为1200Hz,逻辑0为2200Hz，波特率为1200bit/s，调制信号为0.5mA或Up-p=0.25V(250负载)。用屏蔽双绞线单台设备距离为3000m，而多台设备互连距离为150
16、0m2022-5-25山东科技大学v（2）数据链路层：数据帧长度不固定，最长为25个字节。寻址为015，当地址为0时，由处于直流420mA与数字通信兼容状态；当地址为115时，则处于全数字通信状态。通信模式为“问答式”或“广播式”。v（3）应用层：应用层规定了三种命令：第一种式通用命令，适用于遵守HART协议的所有产品；第二种式普通命令，适用于遵守HART协议的大部分产品；第三种是特殊命令，适用于遵守HART协议的特殊产品。2022-5-25山东科技大学（五）（五）FF（现场总线基金会现场总线（现场总线基金会现场总线）v现场总线基金会（Fieldbus Foundation,FF）是国际公认的
17、唯一不附属于某企业的公正的非商业化的国际标准化组织。其宗旨是制订统一的现场总线国际标准，无需专利许可，可供任何人使用。它定义了网络互连模型中的物理层、数据链路层、应用层和用户层。 v主要特性如下： v（1）物理层：传输介质采用有线电缆、光纤、无线通信和双绞线。通过有线电缆传送信号定义了两种速率标准：H1和H2。H1为用于过程自动化的低速总线，波特率为31.25kbit/s，传输距离2001900m（取决于传输介质），总线供电，提供本质安全型；H2为用于制造自动化的高速总线，波特率为1.0(Mbit/s)/750m或2.5(Mbit/s)/500m。2022-5-25山东科技大学v（2）数据链路
18、层：DLL低层（介质访问）功能有：基本设备不能主动发起通信，只能接受查询；链路主设备在得到令牌时可以发起一次通信；每个网段的链路主设备中有一个活动调节器，发起周期和非周期通信。DLL高层数据传输功能：无连接数据传输；发行数据定向连接传输，请求/响应数据定向连接传输。v（3）应用层：定义了如何应用读、写、中断和操作信息及命令，同时也对网络进行控制，统计失败和检测新加入或退出网络的装置。v应用层由访问子层FAS和报文规范FMS组成。FAS提供3类服务：发布/索取、客户机/服务器和报文分发。FMS规定了访问应用进程AP和报文的格式及服务。v(4)用户层：获取传输信息并完成相应的任务。规定了标准的功能
19、模块，利用功能模块数据结构执行数据采集、处理、控制和输出，因而给用户带来极大的方便。2022-5-25山东科技大学v综上所述，现场总线的发展趋势为：在保证数据传输高可靠性的基础上，尽量简化网络协议；在保证较高性能价格比的基础上，不断增加网络的传输带宽，加大传输距离；网络结构由单一主从式向多主方式进化；并试图采用同一根传输电缆实现数据传送和向现场装置供电。因此，现场总线标准的统一是必然的。 2022-5-25山东科技大学第二节第二节 虚拟仪器技术虚拟仪器技术v随着计算机技术的不断发展，自动化测试仪器系统开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器（Virtual Instrument ,VI）就是其中最具
20、有代表性的一种。它是现代计算机技术、仪器技术及其他新技术完美结合的产物，是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着21世纪自动检测与电子测量仪器技术发展的一个重要方向。2022-5-25山东科技大学一、虚拟仪器的发展与特点一、虚拟仪器的发展与特点 v（一）虚拟仪器的发展v随着计算机技术、微电子技术和大规模集成电路技术的发展，电子测量仪器也随之不断地发展，大体可分为四代：模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。v第一代模拟仪器。其基本结构是电磁机械式结构，其测量结果是依靠指针显示。如指针式万用表、晶体管电压表等。v第二代数字化仪器。它是将模拟信号转换为数字信号，以
21、数字形式输出与显示最终结果。如数字万用表、数字频率计等。v第三代智能仪器。这种仪器内部设置微处理器，既可以进行自动检测，又具有一定的数据处理能力，其功能模块是硬件与固化的软件形式存在，对开发和应用不灵活。2022-5-25山东科技大学v第四代虚拟仪器。是基于计算机的软硬件测试平台，在必要的数据采集硬件（含信号调理电路、A/D转换器、数字I/O口、定时器、D/A转换器等）和通用计算机支持下，通过软件来实现仪器的部分或全部功能。虚拟仪器以计算机为核心，充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力，提供对测量数据的分析和显示功能。虚拟仪器完全采用新的检测理念、新的仪器结构、新的检测方法和新的开发手段，
22、其先进技术十分复合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，因而常被称做“软件仪器”。是电子测量技术与仪器领域中的一次技术飞跃。v（二）虚拟仪器的特点v虚拟仪器与传统仪器相比，具有以下优点：v （1）融合计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。2022-5-25山东科技大学v（2）利用了计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，增加了系统灵活性。通过软件技术和相应数值算法，可以实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理。同时，图形用户界面技术使虚拟仪器界面友好，人机交互方便。v（3）基于计算机的开放式标准体系结构。虚拟仪器的硬、软件都
23、具有开放性、可重复使用和互换性等特点。用户可以根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活，效率更高，缩短了组建时间。v（4）基于计算机网络技术和接口技术，比传统仪器更方便与其他仪器设备、网络等连接，易于构成自动检测系统，易于实现测量、控制过程的智能化、网络化，从而使检测系统更开放、更灵活。v （5）虚拟仪器基于计算机总线和模块化仪器总线技术，硬件实现了模块化、系列化，同时利用计算机及软件将多种检测功能集成于一体的方法不仅缩短了检测时间，而且提高了检测的精度。2022-5-25山东科技大学二、虚拟仪器的结构组成二、虚拟仪器的结构组成v虚拟仪器系统的结构体系主要由硬件和软件两部分
24、组成。其中硬件系统一般分为计算机硬件平台和采集与控制功能硬件两部分；软件系统则由VISA库、驱动程序和应用程序组成。其结构如图8-4所示。测控对象信号调理VISA库驱动程序分析与描述应用软件GPIB仪器VXI仪器PXI仪器DAQ仪器图8-4 虚拟仪器系统结构图2022-5-25山东科技大学 （一）虚拟仪器的硬件系统（一）虚拟仪器的硬件系统 v虚拟仪器的硬件系统一般由计算机硬件平台和采集与控制功能硬件两部分组成。v计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。计算机用于管理虚拟仪器的软、硬件资源，是虚拟仪器的硬件基础。v采集与控制功能硬件主要是完成被测
25、信号的放大、A/D转换和采集功能。具体测量仪器硬件模块是指各种传感器、信号调理电路、A/D转换器、D/A转换器、数据采集器等。其构成方式按照接口标准不同，可分为GPIB、VIX、PXI和DAQ四种。2022-5-25山东科技大学（二）虚拟仪器的软件系统（二）虚拟仪器的软件系统v虚拟仪器最核心的思想，就是利用计算机的软件和硬件资源，使本来需要硬件或电路实现的技术软件化和虚拟化，最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。基于软件在虚拟仪器系统中的重要作用，从低层到顶层，虚拟仪器的软件系统框架也包括三个部分：VISA库、仪器驱动程序、应用软件。vVISA虚拟仪器软件体系结构，实质就是标准I/O
26、函数库及其相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。它驻留于计算机系统中，执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器驱动程序的控制。 2022-5-25山东科技大学v仪器驱动程序的实质是为用户提供用于仪器操作较抽象的操作函数集。对于应用程序来说，它对仪器的操作是通过仪器驱动程序来实现的。仪器驱动程序对于仪器的操作与管理，又是通过I/O软件所提供的统一基础与格式的函数库的调用来实现的。虚拟仪器驱动程序是连接上层应用程序与底层I/O接口软件的纽带和桥梁。v应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观、友好的操作界面，以及丰富的数据分析与处理功能
27、，来完成自动测试任务。应用软件还包括通用数字处理软件。通用数字处理软件包括用于数字信号处理的各种功能函数，为用户进一步扩展虚拟仪器的功能提供了基础。 2022-5-25山东科技大学三、三、 虚拟仪器软件开发环境虚拟仪器软件开发环境LabVIEW简介简介v（一）（一）LabVIEW概述概述vLabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司(NATIONAL INSTRUMENTSTM,简称NI)的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。vL
28、abVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。2022-5-25山东科技大学v从LabVIEW研制开发的过程可以看到，虽然LabVIEW本身是一个功能比较完整
29、的软件开发环境，但它是为替代常规的BASIC或C语言而设计的，LabVIEW是编程语言而不仅仅是一个软件开发环境。作为编写应用程序的语言，除了编程方式不同外，LabVIEW具备语言的所有特性，因此又称之为G语言。vG语言是一种适合应用于任何编程任务，具有扩展函数库的通用编程语言。和BASIC或C语言一样，G语言定义了数据模型、结构类型和模块调用语法规则等编程语言的基本要素，在功能完整性和应用灵活性上不逊于任何高级语言，同时，G语言丰富的扩展函数库还为用户编程提供了极大的方便。 2022-5-25山东科技大学（二）（二）LabVIEW的运行机制的运行机制vG语言是LabVIEW的核心，G语言编写
30、的程序称为虚拟仪器VI（Virtual Instruments），因为它的界面和功能与真实仪器十分相像。一个VI由前面板（front panel）、和程序流程图（block diagram）组成。v前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，与真实物理仪器面板相似。这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制（control）和显示对象（indicator）。图8-5（a）所示是一个随机信号发生和显示的简单VI是它的前面板，上面有一个显示对象，以曲线的方式显示了所产生的一系列随机数。还有一个控制对象开关，可以启动和停止工作。显然，并非简单地画两个控件就可以
31、运行，在前面板后还有一个与之配套的流程图。2022-5-25山东科技大学2022-5-25山东科技大学v流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件的连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。图8-5（b）是与图8-5（a）对应的流程图。我们可以看到流程图中包括了前面板上的开关和随机数显示器的连线端子，还有一个随机数发生器的函数及程序的循环结构。随机数发生器通过连线将产生的随机信号送到显示控件，为了使它持续工作下去，设置了一个While Loop循环，由开关控制这一循环的结束。202
32、2-5-25山东科技大学（三）（三）LabVIEW应用应用v1、LabVIEW应用于测试与测量v LabVIEW已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB、VXI、PLC、串行设备和插卡式数据采集板可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过Internet、ActiveX、DDE和SQL等交互式通信方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试与测量任务变得简单易行。v 2、LabVIEW应用于过程控制和工业自动化vLabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计，为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。对于更复杂更专业的工业自动
33、化领域，在LabVIEW基础上发展起来的BridgeVIEW是更好的选择。2022-5-25山东科技大学v3、LabVIEW应用于实验室研究与自动化vLabVIEW为科学家和工程师提供了功能强大的高级数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域算法等众多科学领域，可满足各种计算和分析需要。即使在联合时域分析、小波和数字滤波器设计等高级或特殊分析场合，LabVIEW也为此提供了专门的附加软件包。vLabVIEW是一个具有高度灵活性的开发系统，用户可以根据自己的应用领域和开发要求选择LabVIEW系统配置。目前常用LabVIEW软件的版本有LabVIEW5.1、LabV
34、IEW6.0和LabVIEW8.0等。LabVIEW软件可以通过购买光盘、网络下载等方式获得。2022-5-25山东科技大学（四）LabVIEW虚拟仪器的创建方法v在LabVIEW中开发的程序都被称为VI（虚拟仪器），其扩展名默认为vi。所有的VI都包括前面板（Front）、框图（Block diagram），以及图标和连接器窗格（Icon and connector pane）三部分。vLabVIEW提供了三个模板来编辑虚拟仪器，即工具模板（Tools Palettes）、控制模板（Controls Palettes）和功能模板（Function Palettes）。工具模板提供用于图形操作
35、的各种工具，如移动、选取、设置卷标和断点、文字输入等。控制模板则提供所有用于前面板编辑的控制和显示对象的图标，以及一些特殊的图形。功能模板包含一些基本的功能函数，也包含一些已做好的子仪器。这些子仪器能实现一些基本的信号处理功能，具有普遍性。其中控制、功能模板都有预留端，用户可将自己制作的子仪器图标放入其中，便于日后调用。2022-5-25山东科技大学具体创建一个VI的步骤如下。v（1）从开始菜单中运行已安装的“National Instruements LabVIEW 8.2”,在计算机屏幕上将出现 “Getting Started”窗口。v（2）在“Getting Started”窗口左边的
36、“Files”控件里，树形控制用于选择新建文档类型。“Blank VI”用于建立一个新程序：“VI from Template”按类型列出LabVIEW系统提供的程序模板，用户可以以这些模板为基础，建立自己的程序。当选中一个模板VI时，“Front panel preview”和“Block diagram preview”子窗口给出其前面板和框图预览。建立一个新的LabVIEW程序。v（3）在前面板上放置设计要求的仪器图形。前面板上有交互式的输入和输出两类图形，分别称为Control(控制器)和Indicator（指示器）。Control包括开关、旋钮、按钮和其他各种输入设备；Indicat
37、or包括图形（Graph和Chart）、LED和其他显示输出对象。2022-5-25山东科技大学v（4）在框图窗口中放置编程需要的功能函数模块，并根据编程要求连接前面板控件、指示器在框图窗口中的相应图标和功能函数模块图标。在框图中对VI编程的主要工作就是从前面板上的输入控件获得用户输入信息，然后进行计算和处理，最后在输出控件中把处理结果反馈给用户。框图上的编程元素除了包括前面板上的Control和Indicator对应的连线端子（Terminal）外，还有函数、子VI、常量、结构和连线等。v（5）当框图程序编译通过后，在前面板调节各控件与指示器位置，并使界面美化。v（6）定义图标与连接器。完成
38、子程序流程框图的编程后，需要定义连接器，以便在子VI调用时方便连接端口。图标和连接器指定了数据流入/流出VI的路径。VI是分层次和模块化的，可将其作为顶层程序，也可将其作为其他程序的子程序。图标是子VI在程序图上的图形化表示，而连接器定义了子VI和主调程序之间的参数形式和接口。2022-5-25山东科技大学四、虚拟电子称系统设计应用举例四、虚拟电子称系统设计应用举例v 1.虚拟电子称系统组成虚拟电子称系统组成v本系统通过传感器得到反映重量信息的模拟电压信号后，经过调理电路滤波放大处理后，经VI采集卡送入电脑处理显示并保存，其程序流程图8-6所示。2022-5-25山东科技大学v理论上，传感器上
39、产生的信号不可避免地有一些干扰信号，而且采集卡采集数据时也有一定的误差，因此采集的数据与真实的数据多少会有一定的出入。采用多次测量求平均值的方法能够更好的接近真实值，可把它作为真实值。但实际应用中，尤其是在精度要求不高的情况下，没有必要进行这种大规模的资源浪费，因为现在的测量技术已经相当先进，误差完全能够控制在人们可以接受的范围内，也就是说采集一个数据就足够了。因此在本设计中，共采集两组数据：一组为数组，处理后取平均值作为真实值；另一组则为一个数据，当作测量值处理，然后再对其求误差。v本系统量程为5kg,相对误差0.01g。2022-5-25山东科技大学2.虚拟电子称程序设计虚拟电子称程序设计
40、v因程序较复杂，可用主子程序分块设计的方法。主程序有数据输入、数据处理、超重报警、判断保存4个子VI构成。v（1）主面板和主程序框图图8-7 主程序面板图2022-5-25山东科技大学图图8-8主程序框图主程序框图2022-5-25山东科技大学（2）数据输入子）数据输入子VIv经数据输入子VI得到从采集卡上传来的数据信息，送数据处理子VI处理后，输出实际重量，并计算误差值。然后送判断保存子VI进行判断保存，并将得出的结论送出进行显示。如果超出了电子秤的量程（kg）系统将发出嘟嘟的报警声，并且超重指示灯亮，以提示使用者。数据输入子VI的程序框图如图8-9所示。v从数据采集卡上输入数据到LabVI
41、EW仪器程序，输入的数据为一组采样数据和测量值。 2022-5-25山东科技大学图图8-9数据输入子数据输入子VI程序框图程序框图2022-5-25山东科技大学（3）数据处理子）数据处理子VIv 数据处理子VI的主要作用是将超过正常范围的数据用合理的数据代替，最后得出真实值，并与测量值比较，算出误差。产生正常超过范围数据的主要原因是由于传感器上产生的信号有一定的干扰，导致据采集卡采集的数据有误差。多取些数据，然后取平均值，则可最大限度上与真实值接近，因此可把它作为真实值显示。如果是超过正常范围，可以设置一个上限和一个下限，若在其区域内则合理，否则用均值代替，然后根据重量y（g）与电压x（v）的
42、关系y=25x转换电压。程序流程图如图8-10所示。其数据处理子程序框图如图8-11所示。2022-5-25山东科技大学图8-10数据处理子程序流程图图8-11 数据处理子程序方框图2022-5-25山东科技大学（4）判断保存子VIv判断保存子VI的主要作用是采集程序运行的当前时间，得出的结论，并将这些和实v际重量、测量重量、误差一起写入c:kg文件中。如果输入误差大于0.01，则判断为不符合要求，反之则合理。判断保存子VI的程序框图如图8-12所示。v主要函数说明如下：vGet date/time string:得到当前日期，并以字符串格式输出。vFormat into string:其作用为将输入的数字转换成字符。vWrite characters to file.vi:其作用为保存数据到c:kg.2022-5-25山东科技大学图图8-12 保存子保存子VI的程序框图的程序框图
