虚拟仪器及LABVIEW及compactRIO

使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和模拟虚拟仪器设计和模拟是一项重要的技术，能够帮助工程师和科学家们开发和测试各种设备和系统。

LabVIEW是一种功能强大的虚拟仪器平台，广泛应用于各个领域。

本文将介绍如何使用LabVIEW进行虚拟仪器设计和模拟。

一、LabVIEW简介LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是由美国国家仪器公司（National Instruments）开发的一种图形化编程环境，专门用于虚拟仪器设计和模拟。

LabVIEW以图形化的方式呈现代码，使用户可以通过拖拽和连接图标来进行程序设计，而无需编写传统的文本代码。

二、LabVIEW的优势1. 图形化编程界面：LabVIEW使用图形化的编程语言G语言，使用户能够直观地设计系统。

2. 可视化开发环境：LabVIEW提供丰富的工具箱和控件，使用户可以快速建立所需的虚拟仪器界面。

3. 支持多种硬件接口：LabVIEW可以与各种仪器、传感器和设备进行连接，实现数据的采集和控制。

4. 高度可扩展：LabVIEW通过模块化的方式，用户可以轻松添加新的功能和模块，满足不同应用的需求。

三、LabVIEW在虚拟仪器设计中的应用1. 信号采集和处理：LabVIEW可以通过各种数据采集卡和传感器，实时采集和处理信号数据。

用户可以通过图形化的界面配置采集参数，并进行实时的数据分析和处理。

2. 控制系统设计：LabVIEW提供丰富的控制算法和控制器模块，可以帮助用户设计和实现各种控制系统。

用户可以通过图形化界面配置控制参数，并实时监测系统的运行状态。

3. 通信系统仿真：LabVIEW可以模拟各种通信信号的产生、传输和接收过程，帮助用户分析和设计通信系统。

用户可以通过图形化界面配置信道参数、调制解调器和误码率等参数，实现通信系统的仿真和验证。

4. 仪器仪表控制和测试：LabVIEW可以与各种仪器和设备进行连接，并实现对其的控制和测试。

如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种集数据采集、信号处理、仪器控制和虚拟仪器设计于一身的集成开发环境，广泛应用于各个领域的工程实验和测试中。

本文将介绍如何利用LabVIEW进行虚拟仪器设计和仿真，并提供一些实际案例来说明其应用价值。

一、LabVIEW介绍LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments, NI）于1986年推出的一种图形化编程语言。

与传统的文本编程语言相比，LabVIEW通过将函数块拖拽到界面上并进行连接来组成程序，使得程序的开发更加直观、易于理解。

LabVIEW提供了丰富的工具箱和函数库，可用于数据采集、信号处理、仪器控制和用户界面设计等方面。

二、虚拟仪器设计虚拟仪器是指利用计算机软件和硬件模拟真实仪器的功能。

利用LabVIEW可以轻松地设计各种虚拟仪器，如示波器、信号发生器、频谱分析仪等，用于实现数据采集和信号处理等功能。

LabVIEW提供了众多的仪器模拟器和控件，用户只需简单地拖拽和配置这些组件，即可实现一个功能完备的虚拟仪器。

三、虚拟仪器仿真利用LabVIEW进行虚拟仪器仿真可以帮助用户在设计阶段快速验证算法和性能，并且可以方便地进行多种参数的调整和测试。

LabVIEW提供了灵活且强大的仿真工具，用户可以根据需要配置仿真场景、定义仿真信号和操作流程，并通过动态调整参数和监测仿真结果来完成虚拟仪器的性能评估。

四、LabVIEW在工程实践中的应用1. 数据采集和处理利用LabVIEW可以方便地搭建数据采集系统，并通过各种传感器和硬件设备获取实时数据。

同时，LabVIEW提供了丰富的信号处理函数和算法，可以对采集的数据进行滤波、降噪、频谱分析等处理，从而提取出有效信息。

2. 仪器控制和自动化LabVIEW支持与各类仪器设备的通讯和控制，可以通过GPIB、USB、Ethernet等接口与仪器进行连接，并通过LabVIEW编写程序来实现仪器的自动化控制。

虚拟仪器LabVIEW开发环境简介1.1虚拟仪器概述20多年前，美国国家仪器公司NI (National Instruments)提出。

“软件即是仪器”的虚拟仪器(Virtual Instruments，又称VI)概念，引发T传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。

虚拟仪器开发是当前自动化仪表领域研究的热点。

虚拟仪器主要被用于构建计算机测试分析系统和自动控制系统。

它以软件取代传统的电子仪器，充分发挥了新一代计算机大容量、高速度的潜能，是CAT (Computer Aided Testing), CAE(Computer Aided Engineering)中一个重要的信号采集及分析手段。

虚拟仪器是以特定的软件支持取代相应功能的电子线路，充分利用计算机的软硬件资源，用计算机完成传统仪器硬件的部分乃至全部功能，以具备控制、处理、分析能力的软件为核心的软仪器。

它是传统仪器功能与外形的模块化和软件化。

在虚拟仪器中，传统电子仪器的绝大多数功能，甚至全部功能都由软件来实现。

同时，由于虚拟仪器是以软件为核心的仪器，它不能脱离计算机硬件平台而独立实现其功能。

就VI所支持的操作系统而言，包括DOS, Win3X及Win9X系列、Macintosh和UNIX。

据此，虚拟仪器可分为基于PC机和工作站两类。

其中绝大部分VI运行在个人计算机上，操作系统为Windows。

借助于软件实现了传统仪器相应功能的虚拟仪器，是计算机化的仪器。

也可以认为，VI是“硬”仪器的虚拟化、软件化和图形化计算机表达[11]。

1.2 虚拟仪器硬件结构虚拟仪器由通用仪器硬件平台(简称硬件平台)和应用软件两大部分构成。

其中通用仪器硬件平台又由计算机和I/O接口设备两部分组成。

计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如PC计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机、工控机等。

安装NI_LabVIEW、LabVIEWReal-Time与FPGA模块、NI-RIO驱动安装NI LabVIEW、LabVIEW Real‐Time与FPGA模块、NI‐RIO驱动NI CompactRIO嵌⼊式测控平台是⼀款⾼级的嵌⼊式控制和数据采集系统，包含：实时处理器、现场可编程门阵列(FPGA)和可热插拔C系列模块。

CompactRIO通过NILabVIEW图形化编程环境，接受编程。

由于CompactRIO属于分布式实时系统，它还使⽤LabVIEW Real-Time模块和可选的LabVIEW FPGA模块。

CompactRIO还须要NI-RIO驱动安装在开发PC上，从⽽⽀持各类CompactRIO实时控制器、可重新配置机箱和C系列模块。

下⽅是对CompactRIO编程时必需的软件：NI LabVIEW开发系统NI LabVIEW Real-Time模块NI LabVIEW FPGA模块(推荐)NI-RIO驱动虽然您能分别安装所有这些软件组件，最简单的安装⽅式却是使⽤LabVIEW DVD。

如果您不使⽤LabVIEW DVD，就应按照上⽅罗列的顺序安装软件。

借助LabVIEW DVD, 安装软件1. 将DVD安放在系统的DVD驱动内并且等待弹出⾃动运⾏屏幕。

然后选择“安装LabVIEW、模块和⼯具包(Install LabVIEW, Modules, and Toolkits)”选项。

如果您收到Windows的警告，询问是否希望继续，请单击“是”(Yes)。

2. 选择是希望输⼊序列号以便安装购买的产品，还是希望在试⽤模式下安装软件。

如果您选择输⼊序列号，安装程序能够选择适当的软件帮助您安装。

如果您选择评估产品，请推进到第5步。

3. 输⼊您购买的LabVIEW开发系统的序列号。

如果您拥有LabVIEW附加⼯具的序列号（如：模块和⼯具包），还可以⽴即输⼊这些内容。

4. 核查获得特许的产品列表(Licensed Product List)，其中包括：LabVIEW环境、模块和⼯具包以及带有效许可证的设备驱动。

基于NI CompactRIO和LabVIEW的控制自动化平
台案例
 在类似实验室的环境中驾驶汽车，同时仿真路面阻力，这种方式提供了对车辆设计的功率、燃料和排放效率进行测量的可能性。

被测车辆的前轮和后轮放置在动力计上。

在操作员驾驶车辆时，控制系统测量车辆速度、加速度和扭矩，并且同时控制两个直流功率吸收系统（电机和发电机），控制车辆的转动和力。

主动吸收器用于控制精确仿真路面阻力和空气动力阻力，如同车辆驾驶在道路上一样。

我们使用高级采样和分析设备，可以对车辆排放进行特征采集，并且进行包括替代燃料效率在内的其他研究。

 四轮驱动车辆的出现给动力计控制系统带来了复杂性。

除了实时、低延迟和任务紧迫之外，控制硬件必须在管理多变量系统的同时，保持前轮和后轮处于同一速度和加速度下。

开发这样的系统通常需要大量的开发时间和成本。

 我们的客户Environment Canada帮助我们解决自动化四轮动力计问题，我们使用CompactRIO作为数据采集和应用的控制平台。

背板的现场可编程门
阵列（FPGA）和高性能实时控制器的CompactRIO提供了成本有效、技术先进的控制自动化平台。

LabVIEW的强大分析和控制功能与NI工具结合将技术风险和开发时间降到了最小。

Labview 和CompactRIO 助力转向仿真反馈系统解决方案使用NI CompactRIO 硬件和NI LabVIEW 软件在短短两个月内开发一个基于复杂算法的转向反作用力仿真系统。

对驾驶过程中转向反作用力的仿真一直是动态变化的，因为它取决于车速、转向角度以及道路状况。

另外，此仿真系统还必须具备快速响应时间，以便通过部件产生反作用力。

在车速、转向角度、转向角加速度数据的基础上我们得到了转向力矩数据图，并根据此图计算出最终的反作用力。

然后，我们把这些值传给一个液压系统来仿真实现最终的反作用力。

我们设计系统逻辑，从不同传感器获得数据、计算数据、匹配地图数据，产生输出，并可靠、快速地执行一系列实时任务。

系统概述我们选择LabVIEW 和CompactRIO 来创建我们的系统。

我们选择了可扩展的8 槽NI cRIO-9116 机箱。

它有一个Xilinx Virtex-5 现场可编程门阵列(FPGA)，以帮助实现控制逻辑，并保证快速响应时间。

我们还选择了NI 的一款配备了实时操作系统(VxWorks)的cRIO-9024 实时控制器。

cRIO-9024 控制器具有4 GB 的存储空间，512MB DRAM 和800MHz 的CPU，这将有助于快速采集、记录和处理大量数据。

此外，借助两个以太网端口和一个RS232 接口，系统很容易便可与外部设备相连。

USB 端口可以很容易地用于扩展外部存储器介质。

我们使用两个4 通道NI9215 模拟输入模块处理8 路模拟传感器信号。

使用一个2 端口NI9853 控制器区域网络(CAN)模块来与正在开发的电子稳定程序。

实用标准文案[NI技术]使用NI CompactRIO 与NI LabVIEW实现基于Web的实时温室监控图1. 温室智能控制系统的硬件架构Author (s):Kamarulzaman Kamarudin - Universiti Malaysia PerlisW.M. Nooriman - Universiti Malaysia Perlis "我们使用NI CompactRIO 与NI LabVIEW轻松快速地开发这个复杂的系统。

令我们兴奋的是，cRIO- 9075控制器能够满足基于web无线实时管理的所有规范和要求。

"- Kamarulzaman Kamarudin, Universiti Malaysia PerlisThe Challenge:开发可通过无线和互联网访问的系统，用于监测传感器读数和控制驱动器，以确定温室种植园的最佳环境条件。

The Solution:使用NI CompactRIO 与NI LabVIEW搭建一个远程监控系统，以便研究人员随时随地观察温室环境。

在本项目中，我们为 UniMAP研究人员提供了一个平台来远程监视和控制温室条件。

任何研究人员可以查看和下载传感器输出数据（如湿度、温度和二氧化碳水平），自动或手动控制风扇、洒水喷头或水泵。

由于我们使用Web 服务来开发应用程序，因此研究人员可以通过Phone、 iPad或电脑等任何能启用Web的设备连接到互联网来查看应用程序。

我们需要开发这个远程监控系统平台是由于玻璃市州 Sungai Chuchuh的温室位置偏远。

我们希望实时查看传感器读数，下载长期存储数据，并从距温室40 分钟车程的 Kangar远程控制温室环境。

该系统减少了进行特定科研任务所需的运输成本和时间，且便于研究人员从家中或办公室控制温室。

在农业科研中，通常需要花费几个月甚至几年的时间来观察环境参数改变对农作物行为或产量的影响。

因此，借助该系统，研究人员可以随时随地不断地观察温室环境。

CompactRIO 初级教程1CompactRIO初级教程建立第一个项目通过前面的学习，我们了解了CompactRIO 的一些基本理论知识，从本课程开始，我们可以开始CompactRIO 的实际开发之旅了。

通过本课程您将学会怎样建立一个项目。

本课程将一步一步指导您开始一个CompactRIO 项目。

在开始这一课程前，您需要参考入门级课程中《CompactRIO 系统构成》以及《如何将CompactRIO 与PC 连接》这两课，安装必须得软件模块，并将CompactRIO 连接到电脑。

若您手边没有CompactRIO ，您也可以采用虚拟一个CompactRIO 机箱的方式创建一个项目。

图1 LabVIEW 启动界面在开始菜单—>National Instrument —>LabVIEW2010中点击LabVIEW ，打开LabVIEW 启动界面(如图1)，选择新建—>项目，新生成一个LabVIEW 项目，如图2所示。

图2新生成的项目CompactRIO初级教程2CompactRIO 初级教程从图2可以看到，当前的项目下面只有“我的电脑”，而没有“实时目标”，如果现在你直接建立VI开始编程的话，程序就是在你的PC机上运行的，若希望程序运行在CompactRIO上，你还需要添加CompactRIO实时处理器和机箱。

利用图3的方法可以建立“实时目标”：右键点击项目：未命名项目1—>新建—>终端和设备…，打开添加终端和设备对话框。

图3 新建实时目标无论你手边有没有硬件，你都可以新建一个CompactRIO设备。

若手边有硬件，则点击“现有终端或设备”找到你自己的硬件。

在没有硬件的情况下，选择“新终端和设备”，在终端和设备类型中选择Real-Time CompactRIO，然后选择你想要的控制器，如9074，如图4所示，点击确定。

CompactRIO 初级教程3 CompactRIO初级教程图4 添加终端或设备这样，我们就为项目添加了实时目标。