虛擬儀器技術論文范文

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第1篇

1．1傳感器

本設計采用的傳感器型號是Vaisala公司生產的氣象變送器WXT520，是一個輕巧的小型變送器，采用緊湊式包裝，可提供6種氣象參數。WXT520用于測量風速、風向、降水、氣壓、溫度和相對濕度。傳感器外殼的等級為IP65/IP66，適合于我國北方的惡劣天氣。WXT520采用32VDC，并使用可選擇的通信協議輸出串行數據:SDI－12、ASCII自動和輪詢。有4個串行接口可供選擇:RS－232、RS－485、RS－422和SDI－12;并配備了一個安裝用8針M12接頭和一個維護用4針M8接頭。

1．2主控系統

主控系統包括數據采集器與控制器，具體包括控制器、采集器、通訊模塊、供電電源和存儲模塊等部分。主控器通過嵌入式軟件與供電、采集、通訊、存儲等單元協調工作來完成。自動氣象站的核心是數據采集器，負責數據收集、傳輸、統計分析和數據存儲［4］。采集器電路主板包括主板和底板。主板是嵌入式工控主板，具有良好的擴展性，操作性、支持第三方控制器，包括時鐘管理、實時及周期間隔定時器、復位、關機、高級中斷及調試單元(DBGU)。通訊單元為西門子6GK7型工業以太網通訊單元，可以做到網絡統一，可與支持EtherNet/IP的設備連接，結合使用Ethernet功能使其具有傳感器監控器及控制值備份等現場實際應用功能，要想完成任務下達命令和數據上傳功能需要通過網絡來實現。通訊模塊起到關鍵作用，所以要求其具備以下功能:①支持國際標準通訊協議，如TCP/IP(6．0)、UDP或者PPP，具有標準RS232串口;②可以自動監測聯網狀態，短線1min內自動撥號重新連接，防止數據的丟失;③接口速率為可選的1200～9600kB/s范圍。存儲單元:因采集數據的頻率較短和跟蹤監測的時間范圍較長，因此采用存儲容量為閃迪256G固態硬盤，用于保證存儲容量及數據的安全性、穩定性和讀取速度，同時存儲單元可以記錄系統工作狀態。防雷單元:由于監測系統需要全天候連續工作，所以需要面對復雜天氣狀況，因此加裝防雷設備對于整個系統的安全性尤為關鍵，本系統采用的是雷太LY1－B系列電涌保護器(一級防雷器)。供電單元:由于本系統需要在田間進行監測，不宜采用城市供電，因此選用了太陽能電池進行供電，對電池的容量要求為在無光線的環境中可以連續供電10天。擴展單元:新型傳感器需要有相應的端口或接口與主控系統相連接，以滿足系統升級或新添設備需要。

2系統設計

農田氣象信息遠程監測系統的主控器選用的是Atmel公司的ARM9系列的AT91SAM9260處理器。該處理器可以采用Linux操作系統，通過嵌入式應用控制程序，實現農田環境多要素氣象數據的采集、處理及存儲的功能。被采集到的氣象要素基于TCP/IP協議的通訊網絡，采用無線GPRS方式，根據實際情況選擇最佳的組網方案，實現無線氣象數據傳輸，并基于LabVIEW開發農業氣象信息管理軟件，使氣象信息能夠被讀取。

2．1采集控制設計

采集系統可以實現采集并對采集到的氣象要素信號進行處理。采集系統內部設有存儲器，可以進行信息清除并對采集到的各氣象要素的數據進行存儲，有接口USB實現信息數據的備份功能。系統設有通訊接口RS232/RS485，可以通過該接口與GPRS/CDMA等通訊設備連接。該系統有時鐘校準功能，通過監控中心下達指令，對氣象站的時間進行校準。數據處理的方法需要設計采集數據的時間間隔。氣象數據的監測主要為定時掃描各傳感器的數據，通過通訊模塊將數據的電信號傳到主控系統中經既定程序(LabVIEW)計算;通過屏幕可以直接讀取實時數據，針對特定時間段的數據可以進行有目的的分析，如平均值，不同時間點的變化趨勢數據以及不同周、月份、年份的數據統計分析等［5］。收集數據默認為溫度、相對濕度、降雨量、風向、風速及氣壓;當增加傳感器時，在主控系統中重新設置就可以進行增加項目數據的收集。各氣象數據中氣溫、相對濕度、雨量、氣壓的數據傳感器每10s測定一次，根據氣象學上常規的統計方法，通過程序收集到1min內每10s的瞬時氣象數據。氣溫、相對濕度、雨量、氣壓在1min內會收集到6個數據，舍棄一個最高值和一個最低值，使用其余的4個測定數據來計算算術平均值，此值為監測系統最終在屏幕中實時顯示的瞬時數值。風向、風速的監測頻率為1次/min，系統計算每5min內5次測定值的算數平均值，此數據在LabVIEW程序界面中實時顯示。所有測定的數據在數據庫中均有保存，如統計部門需要對數據進行特殊分析，均可在數據庫中將數據導出。在數據庫中如有異常數據，一般以超過臨近時間點兩倍的數據值進行特殊標記，以便提醒管理員對相應數據進行核實和異常情況的分析。

2．2通訊設計

前端采集部分與后端監控中心系統通信采用無線GPRS通信方式，由于農田氣象站放置在室外，因此不適宜采用光纖傳輸，而采用GPRS無線能夠解決此問題［6］。GPRS采用的組網方式是公網固定IP的方式。GPRS擁有傳遞及時、通信信號好等優勢，在并組網時減少對原有網絡資源的浪費，節約了成本，并可以在室外復雜環境中實時進行監測，而且具有一定的安全性。室外自動氣象站與氣象信息管理系統需要建立點對點的網絡連接，在連接過程中需要以無線方式登陸到以太網絡來獲得網絡地址。要實現網絡服務器地址和端口映射在氣象管理系統中，需要氣象信息管理系統軟件采用其網絡子網地址，這樣在管理系統顯示軟件中就可以實現氣象數據的雙向通訊，進行有效的信息傳遞和收集［7－8］。圖2為基于GPRS無線通訊的氣象信息系統示意圖。

2．3軟件設計

氣象信息管理系統可以通過網絡來查看氣象信息。本研究天氣顯示采用的軟件是LabVIEW，此軟件是美國國家儀器公司推出的一門圖像化編程語言，同時也是著名的虛擬儀器開發平臺［9－10］。作為一門圖形化編程語言，LabVIEW秉承了其簡單易用的一貫作風，使用戶能夠快速編寫出強大的應用程序。本研究的LabVIEW編寫程序圖，如圖3所示。為了方便敘述，本文把風向、風速、溫度、濕度、雨量和氣壓多種氣象數據統稱為氣象信息值。氣象系統天氣前面板顯示圖，如圖4所示。通過該系統對哈爾濱市香坊區東北農業大學校內氣象信息值進行監測，與氣象臺預報數據作為參考進行對比，氣象信息值監測結果如表1所示。表1中實測的時間跨度是實驗當天早6:00至晚18:00。從數據中可以看出，實測日期當天監測到的溫度、濕度、雨量、風速和氣壓與參考值相比，具有良好的線性關系，系統可以準確計算出當天所監測氣象信息的平均值。此收集到的氣象數據只是一天中的部分數據，所以經過系統分析計算出來的數據只能代表所監測時間范圍內的氣象信息，與氣象臺的參考值有偏差。

3結論

第2篇

《虛擬儀器技術》課程是為大三、大四階段的通信工程專業的學生開設，該目標人群的特點是有一定的專業基礎知識和文本編程基礎。針對該類型的學生課程開設的目的有二：首先，學生能夠掌握虛擬儀器軟件開發環境，能夠進行軟件編程；其次，根據學生專業課程的特點，學生可以實現本專業課程的仿真實驗。例如，根據《信號與系統》課程的知識實現信號的FFT變換、根據《通信原理》課程中掌握的原理實現模擬信號的調制解調。在該過程中學生既掌握了虛擬儀器軟件編程的方法，也對過去學過的專業知識進行了復習并加深理解；最后，學生能夠結合數據采集裝置和相應傳感器來實現工程設備的開發。

2《虛擬儀器技術》課程的教學方式

該門課程的教學方式采取的是課堂講授、學生練習以及基于項目的動手實踐相結合的教學方式。

（1）通過課堂理論教學使學生熟悉虛擬儀器技術的概念、原理和應用，使學生了解虛擬儀器在實際應用中的重要地位及其發展與應用前景。

（2）通過LabVIEW軟件編程的練習和實踐，使學生掌握虛擬儀器軟件平臺的操作和使用規則，在培養學生解決問題的能力的同時也給學生掌握專業基礎知識提供了一個平臺。

（3）通過專業實際訓練使學生能夠進行具體實際工程的設計，培養學生的實際動手能力和獨立思考與綜合運用所學知識解決實際問題的能力。

3《虛擬儀器技術》課程體系設置

《虛擬儀器技術》課程體系的設置則是參考了國內外高校十幾年的教學實踐，并且根據本專業的特點和學生的具體情況，將該課程分為了LabVIEW軟件平臺學習的理論部分和虛擬儀器硬件平臺的實際訓練部分。

（1）理論教學部分：該部分的教學需要強調動手實踐的能力，但是授課過程中的理論知識仍為重點，作為圖形化編程語言LabVIEW的模塊化的設計很容易激發學生的學習興趣，但是習慣文本編程思維方式的學生將思路轉變也作為教學過程的難點。所以課堂的安排為：首先，教師講授相關內容，然后提出問題，學生根據問題動手解決，最后教師通過學生解決問題的思路進行總結并提出共性的問題。通過這樣問題解決式的教學方式，讓學生在課堂上通過不斷解決問題的過程體驗對新知識掌握的成功感。同時根據通信專業學生的專業特點，設計一些與本專業知識相關編程練習，如信號的FFT變換、對信號進行調制解調，使學生在掌握新知識的同時加深專業基礎知識。通過學習，學生對虛擬儀器技術產生了興趣，經常利用課后時間翻閱相關專業書籍，并且通過互聯網吸收相關知識，部分學生不僅能夠按照常規的方法解決問題，也能夠提出新思路解決問題，甚而完成超出學習范圍的編程練習。

（2）實際訓練部分：在理論教學授課部分，學生通過軟件程序設計以及仿真硬件能夠掌握LabVIEW的基本編程方法，但是如真正掌握完整的工程系統的構成必須結合真實的硬件I/O的實摘要：本文簡要介紹了虛擬儀器技術的概念及在通信工程專業開設《虛擬儀器技術》課程的意義，詳細闡述了該課程慣，從而提高學生英語知識的實際應用能力。

4預期效果

通過本校英語課堂采用多媒體教學的實際情況分析，筆者認為在高職院校使用多媒體技術教學雖然存在一些問題和難題，但是總體上來看，多媒體教學可以有效促進教師不斷探索英語教學的新思路，提高學生自主學習的興趣和能力。

5結語

第3篇

手機測試

挑戰：

中國的手機市場發展迅猛，世界各大手機廠商競相爭奪手機用戶。在如此激烈的競爭中，手機的功能日趨豐富，比如攝像頭、MP3、FM調頻收音機等等。同時，手機通訊協議也層出不窮，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。為了應對產品的不斷變化，工程師面臨著提高效率并縮短產品市場化時間的挑戰，他們需要一個靈活而強大的通用測試平臺。我們先來看一個通用測試平臺針對手機通訊協議的變化而表現出來的優勢。大家知道，2G的協議比如GSM和CDMA都已被成功地運用于市場了，而3G的協議比如WCDMA，CDMA2000等等是未來的必然趨勢。在從2G到3G的轉變中，面臨客戶群、設備置換、技術的成熟度風險等等問題。運營商希望能夠進行平滑的過渡，在不丟失已有手機用戶的情況下，首先升級交換網絡部分，這使得用戶可以使用過渡期的2.5G產品，然后等時機成熟時再升級無線網絡部分達到3G的標準。2G的測試儀器已經比較成熟，3G的測試產品正在加緊開發，2.5G的專用測試設備卻由于傳統儀器制造商考慮到研發成本和市場前景的問題而匱乏。

一家著名的手機制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)協議的2.5G手機產品，需要針對這一產品的測試方案。EDGE是一個專業協議，由于它的出現時間比較短，了解它的人也比較少，要在短期內構建一個EDGE測試系統是一個巨大的挑戰。為了在市場上與同行競爭，需要在一個月內能夠使用這套測試設備。

應用方案：

利用TestStand模塊化，兼容性強，可自定義的特點，根據生產測試的需要對其進行修改與完善，并結合LabVIEW，GPIB卡，以及相應的測試儀器，創建百分之百符合自己需要的CDMA基站測試系統。

使用的產品：

硬件上整個系統包含了一個PXI機箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔騰4處理器的嵌入式PC，預裝WindowsXP操作系統

NIPXI-5660

2.7GHzRF信號分析儀，9kHz到2.7GHz，20MHz實時帶寬，80dB真實動態范圍

NIPXI-5670

RF信號源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形發生，22MHz實時帶寬

NIPXI-5122

14位數字化儀，100MS/s實時采樣，2GS/s隨機間隔采樣，100MHz帶寬

NIPXI-4070

6位半數字萬用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信號分析儀，NIPXI-5670被用作射頻信號源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作數字萬用表。

軟件上使用了LabVIEW圖像化開發環境和NI-DAQmx驅動程序。