題目：       地磁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)控制中心平臺(tái)          

姓    名：    孫鵬     學(xué)號(hào)：  20121003920   

院（系）：  自動(dòng)化學(xué)院    專業(yè)：  測(cè)控技術(shù)與儀器

指導(dǎo)教師：     葛健    

2019 年7月

摘  要

Labview是一款程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是Labview與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。Labview是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而Labview采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是Labview的程序模塊。Labview提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在Labview中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。Labview的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器，Labview，VI

目  錄

第一章 課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)       4

第二章 課程要求       4

第三章 設(shè)計(jì)分析       4

第四章 設(shè)計(jì)流程       5

4.1 下位機(jī)程序代碼       5

4.2 上位機(jī)程序框圖       6

4.2.1串口配置       6

4.2.2數(shù)據(jù)采集       6

4.2.3啟動(dòng)開關(guān)       7

4.2.4 包頭包尾判斷       7

4.2.5 提取串口信息       7

4.2.6 數(shù)據(jù)處理       8

4.2.7 數(shù)據(jù)顯示       9

4.2.8 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)       9

4.3 前面板及效果圖       9

4.3.1 ardunio芯片發(fā)送數(shù)據(jù)       9

4.3.2 前面板初始狀態(tài)       10

4.3.3 前面板數(shù)據(jù)開始采集       10

4.3.4前面板數(shù)據(jù)連續(xù)采集       11

第五章 問題分析       12

第六章 小組分工       12

第七章 心得體會(huì)       12

致   謝       13

參考文獻(xiàn)       14

第一章 課程設(shè)計(jì)目的與任務(wù)

掌握虛擬儀器的概念和系統(tǒng)組成，虛擬儀器系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)思想；認(rèn)識(shí)虛擬儀器的軟件開發(fā)工具LabVIEW及圖形化編程語言；掌握虛擬儀器軟件的設(shè)計(jì)方法，能夠運(yùn)用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)操作、結(jié)構(gòu)控制、文件讀寫、信號(hào)處理、數(shù)學(xué)分析、波形分析等。

計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。虛擬儀器以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。通過本課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解智能儀器的分類、組成、特點(diǎn)以及智能儀器的發(fā)展方向及新技術(shù)；掌握虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集技術(shù)、人機(jī)對(duì)話接口技術(shù)以及典型數(shù)據(jù)處理算法。能夠熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行智能儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)。

第二章 課程要求

1、利用Labview控制前端地磁監(jiān)測(cè)儀（利用單片機(jī)模擬）進(jìn)行地磁總場(chǎng)F，分量(X、Y、Z)的采集與串口傳輸。

2、根據(jù)采集數(shù)據(jù)計(jì)算地磁場(chǎng)磁偏角和磁傾角、分量的校正（總場(chǎng)數(shù)據(jù)校正分量數(shù)據(jù)）。

3、能夠?qū)崟r(shí)顯示當(dāng)前地磁要素（總場(chǎng)、分量、磁偏角和磁傾角）曲線，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)的本地txt文件存儲(chǔ)。

4、上位機(jī)控制下位機(jī)功能，就是上位機(jī)發(fā)送一個(gè)信息給下位機(jī)，下位機(jī)點(diǎn)亮一個(gè)燈，開始傳輸數(shù)據(jù)，同時(shí)停止傳輸數(shù)據(jù)是一樣的，也要有標(biāo)志。

5、磁場(chǎng)總場(chǎng)值f應(yīng)圍繞49600進(jìn)行微調(diào)。

6、波特率必須達(dá)到115200。

7、存儲(chǔ)的文件數(shù)據(jù)要附上采集的時(shí)間，并且注意存儲(chǔ)的格式（如空格，各數(shù)據(jù)之間的區(qū)分等）。

第三章 設(shè)計(jì)分析

1、利用ardunio串口發(fā)送功能向電腦發(fā)送地磁總場(chǎng)F，分量(X、Y、Z)數(shù)據(jù)，并可以接受上位機(jī)控制，每發(fā)送一組數(shù)據(jù)，ardunio開發(fā)板上led燈閃亮一次。

2、寫LabVIEW上位機(jī)程序，上位機(jī)既可以發(fā)送命令，又可以接受ardunio上傳的數(shù)據(jù)。根據(jù)采集數(shù)據(jù)計(jì)算地磁場(chǎng)磁偏角和磁傾角、分量的校正（總場(chǎng)數(shù)據(jù)校正分量數(shù)據(jù)）。并用示波器顯示出來。

3、將當(dāng)前地磁要素（總場(chǎng)、分量、磁偏角和磁傾角）和當(dāng)前時(shí)間存儲(chǔ)在txt文件中。

第四章 設(shè)計(jì)流程

4.1 下位機(jī)程序代碼

因?yàn)閍rdunio集成串口發(fā)送功能，故可以用簡(jiǎn)單程序完成串口接受發(fā)的功能。

程序如下所示：

char led = 13;    //定義LED燈為引腳13

uint8_t i=0;

static uint16_t cichang[10][4]=    //定義十組數(shù)據(jù)

{48107,27903,28103,27905,

48018,25120,30502,28126,

47980,28146,25167,29846,

48048,27103,26480,29892,

48012,25109,28045,31023,

48023,27203,29892,27735,

48045,28103,26309,30204,

48092,28023,27012,29103,

48108,27974,28123,28133,

47977,28034,27988,2789,

};

void setup()

{

  Serial.begin(9600);          //打開串口

  pinMode(led, OUTPUT);    //LED引腳定義為輸出

}

void loop()

{

  if(Serial.read()=='#')     //當(dāng)單片機(jī)接收到“#”后，開始發(fā)送一組數(shù)據(jù)

  {

   digitalWrite(led, HIGH);   //LED閃亮一次表示一組數(shù)據(jù)發(fā)送完成

  for(uint8_t j=0;j<4;j++)

  Serial.print(cichang[i][j]); 

  digitalWrite(led, LOW);

  ++i;

  if(i>=10)                //依次發(fā)送十組數(shù)據(jù)

  i=0;

}

}

4.2 上位機(jī)程序框圖

4.2.1串口配置

配置串口文件寫入?yún)^(qū)域和波特率。

圖4-1 配置串口程序圖

4.2.2數(shù)據(jù)采集

用一個(gè)條件語句表示是否啟動(dòng)串口發(fā)送程序，既數(shù)據(jù)采集是否開始。

圖4-2 數(shù)據(jù)開始采集程序

4.2.3啟動(dòng)開關(guān)

啟動(dòng)是否接受串口的數(shù)據(jù)。

圖4-3數(shù)據(jù)開始采集程序

4.2.4包頭包尾判斷

只有LabVIEW檢測(cè)到包頭包尾才處理數(shù)據(jù)，否則丟失數(shù)據(jù)。

圖4-4包頭包尾判斷程序

4.2.5 提取串口信息

將下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理得到地磁總場(chǎng)F，分量(X、Y、Z)數(shù)據(jù)。

圖4-5提取串口信息程序

4.2.6數(shù)據(jù)處理

將處理后的數(shù)據(jù)格式化后放入虛擬式示波器顯示。

圖4-6數(shù)據(jù)處理程序

4.2.7數(shù)據(jù)顯示

將處理后的數(shù)據(jù)格式化后放入虛擬式示波器顯示。

圖4-7數(shù)據(jù)顯示程序

4.2.8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

將得到的地磁要素（總場(chǎng)、分量、磁偏角和磁傾角）和當(dāng)前時(shí)間儲(chǔ)存在txt文件中。

圖4-8數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序

4.3前面板及效果圖

4.3.1 ardunio芯片發(fā)送數(shù)據(jù)

圖4-9ardunio實(shí)物圖

4.3.2 前面板初始狀態(tài)

圖4-10前面板效果圖

4.3.3前面板數(shù)據(jù)開始采集

圖4-11 開始采集效果圖

4.3.3 前面板數(shù)據(jù)連續(xù)采集

圖4-12 連續(xù)采集效果圖

第五章 問題分析

1、開始時(shí)沒有注意包頭包圍問題，導(dǎo)致labview收集的數(shù)據(jù)移位，收集的數(shù)據(jù)完全沒有任何意義。

2、在葛老師的指點(diǎn)下，我們將數(shù)據(jù)的采集模式改為當(dāng)ardunio接收到labview 的命令后不停的向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。

3、為解決數(shù)據(jù)掉包的問題，我們選擇將采集的數(shù)據(jù)連續(xù)發(fā)送兩次，而VISA讀入的緩沖區(qū)為數(shù)據(jù)區(qū)的兩倍，這樣可以解決數(shù)據(jù)掉包問題。

4、為了將采集的數(shù)據(jù)無間隔的接收，ardunio每隔50ms發(fā)送數(shù)據(jù)一次，這樣可以避免第一次數(shù)據(jù)無緣無故突變?yōu)?.

5、采用條件結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)波形圖表和文本格式顯示，即可實(shí)現(xiàn)暫停的功能。

6、文本寫入的方式與格式會(huì)影響最后數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存，這點(diǎn)需要注意。

第六章 小組分工

由李文柏負(fù)責(zé)上位機(jī)的程序，吳斌負(fù)責(zé)下位機(jī)的程序編寫，孫鵬負(fù)責(zé)程序的整合調(diào)理、布局，大家一起進(jìn)行程序的調(diào)試，問題分析及解決問題，進(jìn)行優(yōu)化。最后大家一起商量、討論繪制PPT，撰寫報(bào)告。

第七章 心得體會(huì)

    通過一周的labview學(xué)習(xí)，讓我掌握了LabVIEW的VISA接口程序，讓我從不懂到略微懂在到熟悉的過程。其中遇到很大問題，也有想放棄的想法，很感謝團(tuán)隊(duì)的吳斌和李文伯給予我物質(zhì)和精神上的資助，讓我有毅力堅(jiān)持下去，努力解決我所遇到的問題。

    在這里我還是很感謝曹炳與徐姝同學(xué)給予的幫助，讓我們走出困境，雖然花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)間，但我覺得我從中學(xué)到了知識(shí)，這是值得的。

致  謝

課程設(shè)計(jì)終于順利完成，首先在此感謝我們的指導(dǎo)老師葛健老師給予我們的幫助，對(duì)我們提起的要求，引導(dǎo)我們分析問題與解決問題；還有在做設(shè)計(jì)的過程中，也遇到了很多新的問題，解決這些問題得益于徐姝團(tuán)隊(duì)和曹炳團(tuán)隊(duì)對(duì)我們的慷慨幫助，此次課程設(shè)計(jì)才能夠順利完成；最后感謝我的團(tuán)隊(duì)，與我的隊(duì)友們團(tuán)結(jié)協(xié)作，并肩作戰(zhàn)，給與我莫大的幫助和無限的能量，問題才能得以解決，取得課程設(shè)計(jì)的圓滿成功。

參考文獻(xiàn)

[1]牛群峰，王莉，胡紅生，吳才章．Labview虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)踐[M]．北京：中國(guó)電力出版社．

[2]張凱，郭棟.labview虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社

[3]楊高科.labview虛擬儀器項(xiàng)目開發(fā)與管理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社    

[4]李江全，任玲，廖結(jié)安，溫寶琴.labview虛擬儀器從入門到測(cè)控應(yīng)用130例[M].北京：電子工業(yè)出版社