虛擬儀器技術(shù)論文范文

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第1篇

1．1傳感器

本設(shè)計(jì)采用的傳感器型號(hào)是Vaisala公司生產(chǎn)的氣象變送器WXT520，是一個(gè)輕巧的小型變送器，采用緊湊式包裝，可提供6種氣象參數(shù)。WXT520用于測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、降水、氣壓、溫度和相對(duì)濕度。傳感器外殼的等級(jí)為IP65/IP66，適合于我國(guó)北方的惡劣天氣。WXT520采用32VDC，并使用可選擇的通信協(xié)議輸出串行數(shù)據(jù):SDI－12、ASCII自動(dòng)和輪詢(xún)。有4個(gè)串行接口可供選擇:RS－232、RS－485、RS－422和SDI－12;并配備了一個(gè)安裝用8針M12接頭和一個(gè)維護(hù)用4針M8接頭。

1．2主控系統(tǒng)

主控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)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(chǔ)模塊等部分。主控器通過(guò)嵌入式軟件與供電、采集、通訊、存儲(chǔ)等單元協(xié)調(diào)工作來(lái)完成。自動(dòng)氣象站的核心是數(shù)據(jù)采集器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)收集、傳輸、統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)［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(kuò)展性，操作性、支持第三方控制器，包括時(shí)鐘管理、實(shí)時(shí)及周期間隔定時(shí)器、復(fù)位、關(guān)機(jī)、高級(jí)中斷及調(diào)試單元(DBGU)。通訊單元為西門(mén)子6GK7型工業(yè)以太網(wǎng)通訊單元，可以做到網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一，可與支持EtherNet/IP的設(shè)備連接，結(jié)合使用Ethernet功能使其具有傳感器監(jiān)控器及控制值備份等現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用功能，要想完成任務(wù)下達(dá)命令和數(shù)據(jù)上傳功能需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通訊模塊起到關(guān)鍵作用，所以要求其具備以下功能:①支持國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通訊協(xié)議，如TCP/IP(6．0)、UDP或者PPP，具有標(biāo)準(zhǔn)RS232串口;②可以自動(dòng)監(jiān)測(cè)聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)，短線(xiàn)1min內(nèi)自動(dòng)撥號(hào)重新連接，防止數(shù)據(jù)的丟失;③接口速率為可選的1200～9600kB/s范圍。存儲(chǔ)單元:因采集數(shù)據(jù)的頻率較短和跟蹤監(jiān)測(cè)的時(shí)間范圍較長(zhǎng)，因此采用存儲(chǔ)容量為閃迪256G固態(tài)硬盤(pán)，用于保證存儲(chǔ)容量及數(shù)據(jù)的安全性、穩(wěn)定性和讀取速度，同時(shí)存儲(chǔ)單元可以記錄系統(tǒng)工作狀態(tài)。防雷單元:由于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要全天候連續(xù)工作，所以需要面對(duì)復(fù)雜天氣狀況，因此加裝防雷設(shè)備對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的安全性尤為關(guān)鍵，本系統(tǒng)采用的是雷太LY1－B系列電涌保護(hù)器(一級(jí)防雷器)。供電單元:由于本系統(tǒng)需要在田間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，不宜采用城市供電，因此選用了太陽(yáng)能電池進(jìn)行供電，對(duì)電池的容量要求為在無(wú)光線(xiàn)的環(huán)境中可以連續(xù)供電10天。擴(kuò)展單元:新型傳感器需要有相應(yīng)的端口或接口與主控系統(tǒng)相連接，以滿(mǎn)足系統(tǒng)升級(jí)或新添設(shè)備需要。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

農(nóng)田氣象信息遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(tǒng)，通過(guò)嵌入式應(yīng)用控制程序，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田環(huán)境多要素氣象數(shù)據(jù)的采集、處理及存儲(chǔ)的功能。被采集到的氣象要素基于TCP/IP協(xié)議的通訊網(wǎng)絡(luò)，采用無(wú)線(xiàn)GPRS方式，根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳的組網(wǎng)方案，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)氣象數(shù)據(jù)傳輸，并基于LabVIEW開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)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(shè)計(jì)

采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)采集并對(duì)采集到的氣象要素信號(hào)進(jìn)行處理。采集系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有存儲(chǔ)器，可以進(jìn)行信息清除并對(duì)采集到的各氣象要素的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，有接口USB實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的備份功能。系統(tǒng)設(shè)有通訊接口RS232/RS485，可以通過(guò)該接口與GPRS/CDMA等通訊設(shè)備連接。該系統(tǒng)有時(shí)鐘校準(zhǔn)功能，通過(guò)監(jiān)控中心下達(dá)指令，對(duì)氣象站的時(shí)間進(jìn)行校準(zhǔn)。數(shù)據(jù)處理的方法需要設(shè)計(jì)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間間隔。氣象數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)主要為定時(shí)掃描各傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)通訊模塊將數(shù)據(jù)的電信號(hào)傳到主控系統(tǒng)中經(jīng)既定程序(LabVIEW)計(jì)算;通過(guò)屏幕可以直接讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，針對(duì)特定時(shí)間段的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行有目的的分析，如平均值，不同時(shí)間點(diǎn)的變化趨勢(shì)數(shù)據(jù)以及不同周、月份、年份的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析等［5］。收集數(shù)據(jù)默認(rèn)為溫度、相對(duì)濕度、降雨量、風(fēng)向、風(fēng)速及氣壓;當(dāng)增加傳感器時(shí)，在主控系統(tǒng)中重新設(shè)置就可以進(jìn)行增加項(xiàng)目數(shù)據(jù)的收集。各氣象數(shù)據(jù)中氣溫、相對(duì)濕度、雨量、氣壓的數(shù)據(jù)傳感器每10s測(cè)定一次，根據(jù)氣象學(xué)上常規(guī)的統(tǒng)計(jì)方法，通過(guò)程序收集到1min內(nèi)每10s的瞬時(shí)氣象數(shù)據(jù)。氣溫、相對(duì)濕度、雨量、氣壓在1min內(nèi)會(huì)收集到6個(gè)數(shù)據(jù)，舍棄一個(gè)最高值和一個(gè)最低值，使用其余的4個(gè)測(cè)定數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算算術(shù)平均值，此值為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最終在屏幕中實(shí)時(shí)顯示的瞬時(shí)數(shù)值。風(fēng)向、風(fēng)速的監(jiān)測(cè)頻率為1次/min，系統(tǒng)計(jì)算每5min內(nèi)5次測(cè)定值的算數(shù)平均值，此數(shù)據(jù)在LabVIEW程序界面中實(shí)時(shí)顯示。所有測(cè)定的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫(kù)中均有保存，如統(tǒng)計(jì)部門(mén)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊分析，均可在數(shù)據(jù)庫(kù)中將數(shù)據(jù)導(dǎo)出。在數(shù)據(jù)庫(kù)中如有異常數(shù)據(jù)，一般以超過(guò)臨近時(shí)間點(diǎn)兩倍的數(shù)據(jù)值進(jìn)行特殊標(biāo)記，以便提醒管理員對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行核實(shí)和異常情況的分析。

2．2通訊設(shè)計(jì)

前端采集部分與后端監(jiān)控中心系統(tǒng)通信采用無(wú)線(xiàn)GPRS通信方式，由于農(nóng)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(wú)線(xiàn)能夠解決此問(wèn)題［6］。GPRS采用的組網(wǎng)方式是公網(wǎng)固定IP的方式。GPRS擁有傳遞及時(shí)、通信信號(hào)好等優(yōu)勢(shì)，在并組網(wǎng)時(shí)減少對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)資源的浪費(fèi)，節(jié)約了成本，并可以在室外復(fù)雜環(huán)境中實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且具有一定的安全性。室外自動(dòng)氣象站與氣象信息管理系統(tǒng)需要建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接，在連接過(guò)程中需要以無(wú)線(xiàn)方式登陸到以太網(wǎng)絡(luò)來(lái)獲得網(wǎng)絡(luò)地址。要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器地址和端口映射在氣象管理系統(tǒng)中，需要?dú)庀笮畔⒐芾硐到y(tǒng)軟件采用其網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)地址，這樣在管理系統(tǒng)顯示軟件中就可以實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的雙向通訊，進(jìn)行有效的信息傳遞和收集［7－8］。圖2為基于GPRS無(wú)線(xiàn)通訊的氣象信息系統(tǒng)示意圖。

2．3軟件設(shè)計(jì)

氣象信息管理系統(tǒng)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)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(guó)國(guó)家儀器公司推出的一門(mén)圖像化編程語(yǔ)言，同時(shí)也是著名的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)［9－10］。作為一門(mén)圖形化編程語(yǔ)言，LabVIEW秉承了其簡(jiǎn)單易用的一貫作風(fēng)，使用戶(hù)能夠快速編寫(xiě)出強(qiáng)大的應(yīng)用程序。本研究的LabVIEW編寫(xiě)程序圖，如圖3所示。為了方便敘述，本文把風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、濕度、雨量和氣壓多種氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)稱(chēng)為氣象信息值。氣象系統(tǒng)天氣前面板顯示圖，如圖4所示。通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)哈爾濱市香坊區(qū)東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)氣象信息值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與氣象臺(tái)預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)作為參考進(jìn)行對(duì)比，氣象信息值監(jiān)測(cè)結(jié)果如表1所示。表1中實(shí)測(cè)的時(shí)間跨度是實(shí)驗(yàn)當(dāng)天早6:00至晚18:00。從數(shù)據(jù)中可以看出，實(shí)測(cè)日期當(dāng)天監(jiān)測(cè)到的溫度、濕度、雨量、風(fēng)速和氣壓與參考值相比，具有良好的線(xiàn)性關(guān)系，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確計(jì)算出當(dāng)天所監(jiān)測(cè)氣象信息的平均值。此收集到的氣象數(shù)據(jù)只是一天中的部分?jǐn)?shù)據(jù)，所以經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析計(jì)算出來(lái)的數(shù)據(jù)只能代表所監(jiān)測(cè)時(shí)間范圍內(nèi)的氣象信息，與氣象臺(tái)的參考值有偏差。

3結(jié)論

第2篇

《虛擬儀器技術(shù)》課程是為大三、大四階段的通信工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)，該目標(biāo)人群的特點(diǎn)是有一定的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和文本編程基礎(chǔ)。針對(duì)該類(lèi)型的學(xué)生課程開(kāi)設(shè)的目的有二：首先，學(xué)生能夠掌握虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，能夠進(jìn)行軟件編程；其次，根據(jù)學(xué)生專(zhuān)業(yè)課程的特點(diǎn)，學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)本專(zhuān)業(yè)課程的仿真實(shí)驗(yàn)。例如，根據(jù)《信號(hào)與系統(tǒng)》課程的知識(shí)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的FFT變換、根據(jù)《通信原理》課程中掌握的原理實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的調(diào)制解調(diào)。在該過(guò)程中學(xué)生既掌握了虛擬儀器軟件編程的方法，也對(duì)過(guò)去學(xué)過(guò)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)并加深理解；最后，學(xué)生能夠結(jié)合數(shù)據(jù)采集裝置和相應(yīng)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)備的開(kāi)發(fā)。

2《虛擬儀器技術(shù)》課程的教學(xué)方式

該門(mén)課程的教學(xué)方式采取的是課堂講授、學(xué)生練習(xí)以及基于項(xiàng)目的動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方式。

（1）通過(guò)課堂理論教學(xué)使學(xué)生熟悉虛擬儀器技術(shù)的概念、原理和應(yīng)用，使學(xué)生了解虛擬儀器在實(shí)際應(yīng)用中的重要地位及其發(fā)展與應(yīng)用前景。

（2）通過(guò)LabVIEW軟件編程的練習(xí)和實(shí)踐，使學(xué)生掌握虛擬儀器軟件平臺(tái)的操作和使用規(guī)則，在培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力的同時(shí)也給學(xué)生掌握專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)提供了一個(gè)平臺(tái)。

（3）通過(guò)專(zhuān)業(yè)實(shí)際訓(xùn)練使學(xué)生能夠進(jìn)行具體實(shí)際工程的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考與綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3《虛擬儀器技術(shù)》課程體系設(shè)置

《虛擬儀器技術(shù)》課程體系的設(shè)置則是參考了國(guó)內(nèi)外高校十幾年的教學(xué)實(shí)踐，并且根據(jù)本專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)和學(xué)生的具體情況，將該課程分為了LabVIEW軟件平臺(tái)學(xué)習(xí)的理論部分和虛擬儀器硬件平臺(tái)的實(shí)際訓(xùn)練部分。

（1）理論教學(xué)部分：該部分的教學(xué)需要強(qiáng)調(diào)動(dòng)手實(shí)踐的能力，但是授課過(guò)程中的理論知識(shí)仍為重點(diǎn)，作為圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW的模塊化的設(shè)計(jì)很容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是習(xí)慣文本編程思維方式的學(xué)生將思路轉(zhuǎn)變也作為教學(xué)過(guò)程的難點(diǎn)。所以課堂的安排為：首先，教師講授相關(guān)內(nèi)容，然后提出問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)問(wèn)題動(dòng)手解決，最后教師通過(guò)學(xué)生解決問(wèn)題的思路進(jìn)行總結(jié)并提出共性的問(wèn)題。通過(guò)這樣問(wèn)題解決式的教學(xué)方式，讓學(xué)生在課堂上通過(guò)不斷解決問(wèn)題的過(guò)程體驗(yàn)對(duì)新知識(shí)掌握的成功感。同時(shí)根據(jù)通信專(zhuān)業(yè)學(xué)生的專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一些與本專(zhuān)業(yè)知識(shí)相關(guān)編程練習(xí)，如信號(hào)的FFT變換、對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，使學(xué)生在掌握新知識(shí)的同時(shí)加深專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)虛擬儀器技術(shù)產(chǎn)生了興趣，經(jīng)常利用課后時(shí)間翻閱相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，并且通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)吸收相關(guān)知識(shí)，部分學(xué)生不僅能夠按照常規(guī)的方法解決問(wèn)題，也能夠提出新思路解決問(wèn)題，甚而完成超出學(xué)習(xí)范圍的編程練習(xí)。

（2）實(shí)際訓(xùn)練部分：在理論教學(xué)授課部分，學(xué)生通過(guò)軟件程序設(shè)計(jì)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(tǒng)的構(gòu)成必須結(jié)合真實(shí)的硬件I/O的實(shí)摘要：本文簡(jiǎn)要介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念及在通信工程專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)《虛擬儀器技術(shù)》課程的意義，詳細(xì)闡述了該課程慣，從而提高學(xué)生英語(yǔ)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用能力。

4預(yù)期效果

通過(guò)本校英語(yǔ)課堂采用多媒體教學(xué)的實(shí)際情況分析，筆者認(rèn)為在高職院校使用多媒體技術(shù)教學(xué)雖然存在一些問(wèn)題和難題，但是總體上來(lái)看，多媒體教學(xué)可以有效促進(jìn)教師不斷探索英語(yǔ)教學(xué)的新思路，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣和能力。

5結(jié)語(yǔ)

第3篇

手機(jī)測(cè)試

挑戰(zhàn)：

中國(guó)的手機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅猛，世界各大手機(jī)廠(chǎng)商競(jìng)相爭(zhēng)奪手機(jī)用戶(hù)。在如此激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，手機(jī)的功能日趨豐富，比如攝像頭、MP3、FM調(diào)頻收音機(jī)等等。同時(shí)，手機(jī)通訊協(xié)議也層出不窮，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。為了應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的不斷變化，工程師面臨著提高效率并縮短產(chǎn)品市場(chǎng)化時(shí)間的挑戰(zhàn)，他們需要一個(gè)靈活而強(qiáng)大的通用測(cè)試平臺(tái)。我們先來(lái)看一個(gè)通用測(cè)試平臺(tái)針對(duì)手機(jī)通訊協(xié)議的變化而表現(xiàn)出來(lái)的優(yōu)勢(shì)。大家知道，2G的協(xié)議比如GSM和CDMA都已被成功地運(yùn)用于市場(chǎng)了，而3G的協(xié)議比如WCDMA，CDMA2000等等是未來(lái)的必然趨勢(shì)。在從2G到3G的轉(zhuǎn)變中，面臨客戶(hù)群、設(shè)備置換、技術(shù)的成熟度風(fēng)險(xiǎn)等等問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)商希望能夠進(jìn)行平滑的過(guò)渡，在不丟失已有手機(jī)用戶(hù)的情況下，首先升級(jí)交換網(wǎng)絡(luò)部分，這使得用戶(hù)可以使用過(guò)渡期的2.5G產(chǎn)品，然后等時(shí)機(jī)成熟時(shí)再升級(jí)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部分達(dá)到3G的標(biāo)準(zhǔn)。2G的測(cè)試儀器已經(jīng)比較成熟，3G的測(cè)試產(chǎn)品正在加緊開(kāi)發(fā)，2.5G的專(zhuān)用測(cè)試設(shè)備卻由于傳統(tǒng)儀器制造商考慮到研發(fā)成本和市場(chǎng)前景的問(wèn)題而匱乏。

一家著名的手機(jī)制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)協(xié)議的2.5G手機(jī)產(chǎn)品，需要針對(duì)這一產(chǎn)品的測(cè)試方案。EDGE是一個(gè)專(zhuān)業(yè)協(xié)議，由于它的出現(xiàn)時(shí)間比較短，了解它的人也比較少，要在短期內(nèi)構(gòu)建一個(gè)EDGE測(cè)試系統(tǒng)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。為了在市場(chǎng)上與同行競(jìng)爭(zhēng)，需要在一個(gè)月內(nèi)能夠使用這套測(cè)試設(shè)備。

應(yīng)用方案：

利用TestStand模塊化，兼容性強(qiáng)，可自定義的特點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)測(cè)試的需要對(duì)其進(jìn)行修改與完善，并結(jié)合LabVIEW，GPIB卡，以及相應(yīng)的測(cè)試儀器，創(chuàng)建百分之百符合自己需要的CDMA基站測(cè)試系統(tǒng)。

使用的產(chǎn)品：

硬件上整個(gè)系統(tǒng)包含了一個(gè)PXI機(jī)箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔騰4處理器的嵌入式PC，預(yù)裝WindowsXP操作系統(tǒng)

NIPXI-5660

2.7GHzRF信號(hào)分析儀，9kHz到2.7GHz，20MHz實(shí)時(shí)帶寬，80dB真實(shí)動(dòng)態(tài)范圍

NIPXI-5670

RF信號(hào)源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形發(fā)生，22MHz實(shí)時(shí)帶寬

NIPXI-5122

14位數(shù)字化儀，100MS/s實(shí)時(shí)采樣，2GS/s隨機(jī)間隔采樣，100MHz帶寬

NIPXI-4070

6位半數(shù)字萬(wàn)用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信號(hào)分析儀，NIPXI-5670被用作射頻信號(hào)源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作數(shù)字萬(wàn)用表。

軟件上使用了LabVIEW圖像化開(kāi)發(fā)環(huán)境和NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序。