本書針對應用型本科教育和新工科的特點，結合測控技術與儀器專業(yè)工程教育認證標準，為適應當今經(jīng)濟社會對專業(yè)人才的需求，以提升學生實踐應用能力為目標，精心組織內(nèi)容。本書共分三大模塊，*一個模塊（第1～ 8 章）介紹虛擬儀器的概念和基礎知識；第二個模塊（第9～10 章）介紹虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和常用硬件設備；第三個模塊（第11 章）介紹8 個基于虛擬儀器的測控系統(tǒng)設計案例，包括虛擬儀器測試平臺設計、虛擬仿真系統(tǒng)設計和基于物聯(lián)網(wǎng)技術的網(wǎng)絡化虛擬儀器應用平臺設計。本書內(nèi)容組織合理，內(nèi)容安排符合學習規(guī)律，將虛擬儀器基礎性知識、常用的虛擬儀器測試平臺設備和虛擬儀器系統(tǒng)設計應用案例等內(nèi)容融為一體，強化工程意識，培養(yǎng)問題分析、設計開發(fā)、科學研究和復雜工程問題解決的能力。
本書可作為普通高校測控技術與儀器、自動化、電子信息、通信、物聯(lián)網(wǎng)、應用物理、機器人等應用型本科專業(yè)的教材，也可作為相關技術人員的參考用書。
本書配有電子課件，歡迎選用本書作教材的教師登錄www.cmpedu.com 注冊下載，或發(fā)郵件到jinacmp@163.com 索取。
前 言
第 1 章 虛擬儀器及 LabVIEW 概述 1
1.1 虛擬儀器概述 1
1.1.1 虛擬儀器概念 1
1.1.2 虛擬儀器組成 1
1.1.3 虛擬儀器開發(fā)環(huán)境 2
1.2 LabVIEW 基礎 3
1.2.1 LabVIEW 的安裝 3
1.2.2 啟動 LabVIEW 10
1.2.3 LabVIEW 程序的基本構成11
1.2.4 LabVIEW 選項板 13
1.2.5 LabVIEW 菜單欄及工具條 17
1.2.6 LabVIEW 幫助 18
1.2.7 LabVIEW 虛擬儀器設計流程 20
思考題 21
第 2 章 數(shù)據(jù)類型 22
2.1 數(shù)值型 22
2.1.1 前面板控件 22
2.1.2 數(shù)值常用函數(shù) 23
2.2 布爾型 23
2.2.1 前面板控件 23
2.2.2 布爾常用函數(shù) 24
2.3 字符串 25
2.3.1 前面板控件 25
2.3.2 字符串常用函數(shù) 25
2.4 數(shù)組 26
2.4.1 前面板控件 26
2.4.2 數(shù)組常用函數(shù) 27
2.5 簇 28
2.5.1 前面板控件 29
2.5.2 簇常用函數(shù) 29
2.6 波形 29
2.6.1 波形數(shù)據(jù) 30
2.6.2 波形常用函數(shù) 30
VI 虛擬儀器技術應用教程
思考題 31
第 3 章 程序結構 32
3.1 順序結構 32
3.1.1 平鋪式順序結構 32
3.1.2 層疊式順序結構 33
3.2 分支結構 35
3.2.1 雙分支結構 35
3.2.2 多分支結構 36
3.3 循環(huán)結構 37
3.3.1 While 循環(huán)結構 37
3.3.2 For 循環(huán)結構 38
3.3.3 移位寄存器與反饋節(jié)點 39
3.4 事件結構 41
3.4.1 通知型事件結構 42
3.4.2 過濾型事件結構 44
思考題 45
第 4 章 圖形顯示 46
4.1 波形圖表 46
4.1.1 波形圖表的初始創(chuàng)建外觀 46
4.1.2 波形圖表個性化設置 46
4.2 波形圖 47
4.2.1 波形圖的初始創(chuàng)建外觀 48
4.2.2 波形圖個性化設置 48
4.3 XY 圖和 Express XY 圖 50
4.3.1 XY 圖 51
4.3.2 Express XY 圖 51
4.4 強度圖和強度圖表 52
4.4.1 強度圖 52
4.4.2 強度圖表 53
4.5 三維圖形 54
4.5.1 三維曲面圖形 55
4.5.2 三維參數(shù)圖形 55
4.5.3 三維線條圖形 55
思考題 56
第 5 章 文件的輸入/輸出 57
5.1 文本文件 57
5.1.1 文本文件的寫入 57
5.1.2 文本文件的讀取 57
5.2 二進制文件 58
目 錄 VII
5.2.1 二進制文件的寫入 58
5.2.2 二進制文件的讀取 59
5.3 電子表格文件 59
5.3.1 電子表格文件的寫入 59
5.3.2 電子表格文件的讀取 60
5.4 數(shù)據(jù)記錄文件 60
5.4.1 數(shù)據(jù)記錄文件的寫入 60
5.4.2 數(shù)據(jù)記錄文件的讀取 61
5.5 波形文件 62
5.5.1 波形文件的寫入 62
5.5.2 波形文件的讀取 62
思考題 63
第 6 章 變量與節(jié)點 64
6.1 變量 64
6.1.1 局部變量 64
6.1.2 全局變量 66
6.2 公式節(jié)點 67
6.2.1 公式節(jié)點的創(chuàng)建 67
6.2.2 公式節(jié)點實例 68
6.3 屬性節(jié)點 68
6.3.1 屬性節(jié)點的創(chuàng)建 68
6.3.2 常用屬性運用 69
6.4 子 VI 71
6.4.1 子 VI 的創(chuàng)建 71
6.4.2 子 VI 的調(diào)用 74
6.5 菜單設計 75
6.5.1 菜單欄菜單設計 75
6.5.2 快捷菜單設計 78
思考題 80
第 7 章 信號分析與處理 81
7.1 波形和信號生成 81
7.1.1 波形生成 81
7.1.2 信號生成 84
7.2 波形調(diào)理 86
7.2.1 數(shù)字濾波 86
7.2.2 加窗 87
7.3 波形測量 88
7.3.1 時域測量 88
7.3.2 頻域測量 89
VIII 虛擬儀器技術應用教程
7.4 信號運算 90
7.4.1 卷積 90
7.4.2 相關 91
7.4.3 縮放 91
7.5 窗 91
7.5.1 時域縮放窗 92
7.5.2 對稱窗 92
7.5.3 窗屬性 93
7.5.4 Hanning 窗 93
7.6 濾波器 93
7.6.1 Butterworth 濾波器 93
7.6.2 Chebyshev 濾波器 94
7.6.3 貝塞爾濾波器 95
7.7 譜分析 96
7.7.1 STFT 時頻圖 96
7.7.2 幅度譜和相位譜分析 96
7.7.3 功率譜分析 97
7.8 變換 97
7.8.1 FFT 變換 98
7.8.2 快速希爾伯特變換 98
思考題 98
第 8 章 數(shù)據(jù)通信 99
8.1 串行通信技術 99
8.1.1 串行通信 99
8.1.2 LabVIEW 串口編程 99
8.2 DataSocket 技術 103
8.2.1 DataSocket 技術簡介 103
8.2.2 DataSocket 技術編程 104
8.3 TCP 通信 109
8.3.1 TCP 通信簡介 110
8.3.2 TCP 通信編程 110
思考題 116
第 9 章 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 117
9.1 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成 117
9.1.1 數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)組成 117
9.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配置 117
9.2 數(shù)據(jù)采集（DAQ）設備 118
9.2.1 信號調(diào)理電路 118
9.2.2 模-數(shù)轉換器（ADC） 119
目 錄 IX
9.2.3 計算機總線 119
9.3 DAQ 系統(tǒng)中的軟件組件 119
9.3.1 驅(qū)動軟件 119
9.3.2 應用軟件 119
9.4 使用 LabVIEW 采集模擬信號 119
9.4.1 連接測量硬件 119
9.4.2 創(chuàng)建仿真設備 120
9.4.3 使用 DAQ 助手采集信號 120
9.4.4 使用 NI-DAQmx 采集信號 124
第 10 章 虛擬儀器常用硬件設備 125
10.1 NI ELVIS II+創(chuàng)新實驗平臺 125
10.1.1 性能簡介 125
10.1.2 平臺測試 127
10.1.3 創(chuàng)建任務 127
10.2 NI ELVIS III 創(chuàng)新實驗平臺 127
10.2.1 性能簡介 127
10.2.2 平臺測試 129
10.2.3 創(chuàng)建任務 129
10.3 NI myDAQ 教學平臺 131
10.3.1 性能簡介 131
10.3.2 平臺測試 132
10.3.3 創(chuàng)建任務 132
10.4 NI USB-5133 數(shù)字示波器 132
10.4.1 性能簡介 132
10.4.2 平臺測試 133
10.5 NI VB-8012 多功能一體式儀器 133
10.5.1 性能簡介 133
10.5.2 平臺測試 134
10.6 YLCK-03 實驗平臺 134
10.6.1 性能簡介 134
10.6.2 平臺測試 135
第 11 章 基于 LabVIEW 的測控系統(tǒng)設計案例 138
11.1 基于 LabVIEW 的地下蒸汽管道泄漏檢測系統(tǒng) 138
11.1.1 項目簡介 138
11.1.2 系統(tǒng)工作原理 138
11.1.3 系統(tǒng)硬件設計 139
11.1.4 系統(tǒng)軟件設計 139
11.1.5 系統(tǒng)測試與分析 142
11.2 基于 LabVIEW 的電動機性能綜合測試平臺 143
X 虛擬儀器技術應用教程
11.2.1 項目簡介 143
11.2.2 系統(tǒng)方案設計 143
11.2.3 系統(tǒng)軟件設計 144
11.2.4 數(shù)據(jù)處理算法研究 147
11.2.5 系統(tǒng)運行測試 147
11.3 基于 LabVIEW 和 HD Audio 聲卡的電動車報警器測試儀 148
11.3.1 項目簡介 148
11.3.2 系統(tǒng)設計 148
11.3.3 虛擬儀器設計 149
11.4 基于 LabVIEW 和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器 151
11.4.1 項目簡介 151
11.4.2 系統(tǒng)方案設計 151
11.4.3 系統(tǒng)硬件設計 152
11.4.4 系統(tǒng)軟件設計 154
11.5 基于 LabVIEW 的火災報警模擬演示系統(tǒng) 156
11.5.1 項目簡介 156
11.5.2 系統(tǒng)功能模塊設計 156
11.5.3 運行與測試 161
11.6 基于 LabVIEW 的酒店客控虛擬仿真實驗系統(tǒng) 161
11.6.1 項目簡介 161
11.6.2 系統(tǒng)總體方案設計 162
11.6.3 系統(tǒng)終端設計 162
11.6.4 系統(tǒng)功能模塊設計 163
11.6.5 系統(tǒng)軟件設計 165
11.6.6 溫濕度模糊控制器設計 172
11.6.7 系統(tǒng)仿真與測試 174
11.7 基于 GPRS 和 OneNET 的水質(zhì)無線遠程監(jiān)測預警系統(tǒng) 177
11.7.1 項目簡介 177
11.7.2 系統(tǒng)總體方案設計 177
11.7.3 數(shù)據(jù)處理算法研究 178
11.7.4 系統(tǒng)硬件設計 180
11.7.5 系統(tǒng)軟件設計 184
11.8 基于 LabVIEW 和 ARM 技術的氯氣泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng) 190
11.8.1 項目簡介 190
11.8.2 系統(tǒng)總體方案設計 191
11.8.3 系統(tǒng)硬件設計 192
11.8.4 系統(tǒng)軟件設計 196
參考文獻 20
VI 虛擬儀器技術應用教程
思考題 31
第 3 章 程序結構 32
3.1 順序結構 32
3.1.1 平鋪式順序結構 32
3.1.2 層疊式順序結構 33
3.2 分支結構 35
3.2.1 雙分支結構 35
3.2.2 多分支結構 36
3.3 循環(huán)結構 37
3.3.1 While 循環(huán)結構 37
3.3.2 For 循環(huán)結構 38
3.3.3 移位寄存器與反饋節(jié)點 39
3.4 事件結構 41
3.4.1 通知型事件結構 42
3.4.2 過濾型事件結構 44
思考題 45
第 4 章 圖形顯示 46
4.1 波形圖表 46
4.1.1 波形圖表的初始創(chuàng)建外觀 46
4.1.2 波形圖表個性化設置 46
4.2 波形圖 47
4.2.1 波形圖的初始創(chuàng)建外觀 48
4.2.2 波形圖個性化設置 48
4.3 XY 圖和 Express XY 圖 50
4.3.1 XY 圖 51
4.3.2 Express XY 圖 51
4.4 強度圖和強度圖表 52
4.4.1 強度圖 52
4.4.2 強度圖表 53
4.5 三維圖形 54
4.5.1 三維曲面圖形 55
4.5.2 三維參數(shù)圖形 55
4.5.3 三維線條圖形 55
思考題 56
第 5 章 文件的輸入/輸出 57
5.1 文本文件 57
5.1.1 文本文件的寫入 57
5.1.2 文本文件的讀取 57
5.2 二進制文件 58
目 錄 VII
5.2.1 二進制文件的寫入 58
5.2.2 二進制文件的讀取 59
5.3 電子表格文件 59
5.3.1 電子表格文件的寫入 59
5.3.2 電子表格文件的讀取 60
5.4 數(shù)據(jù)記錄文件 60
5.4.1 數(shù)據(jù)記錄文件的寫入 60
5.4.2 數(shù)據(jù)記錄文件的讀取 61
5.5 波形文件 62
5.5.1 波形文件的寫入 62
5.5.2 波形文件的讀取 62
思考題 63
第 6 章 變量與節(jié)點 64
6.1 變量 64
6.1.1 局部變量 64
6.1.2 全局變量 66
6.2 公式節(jié)點 67
6.2.1 公式節(jié)點的創(chuàng)建 67
6.2.2 公式節(jié)點實例 68
6.3 屬性節(jié)點 68
6.3.1 屬性節(jié)點的創(chuàng)建 68
6.3.2 常用屬性運用 69
6.4 子 VI 71
6.4.1 子 VI 的創(chuàng)建 71
6.4.2 子 VI 的調(diào)用 74
6.5 菜單設計 75
6.5.1 菜單欄菜單設計 75
6.5.2 快捷菜單設計 78
思考題 80
第 7 章 信號分析與處理 81
7.1 波形和信號生成 81
7.1.1 波形生成 81
7.1.2 信號生成 84
7.2 波形調(diào)理 86
7.2.1 數(shù)字濾波 86
7.2.2 加窗 87
7.3 波形測量 88
7.3.1 時域測量 88
7.3.2 頻域測量 89
VIII 虛擬儀器技術應用教程
7.4 信號運算 90
7.4.1 卷積 90
7.4.2 相關 91
7.4.3 縮放 91
7.5 窗 91
7.5.1 時域縮放窗 92
7.5.2 對稱窗 92
7.5.3 窗屬性 93
7.5.4 Hanning 窗 93
7.6 濾波器 93
7.6.1 Butterworth 濾波器 93
7.6.2 Chebyshev 濾波器 94
7.6.3 貝塞爾濾波器 95
7.7 譜分析 96
7.7.1 STFT 時頻圖 96
7.7.2 幅度譜和相位譜分析 96
7.7.3 功率譜分析 97
7.8 變換 97
7.8.1 FFT 變換 98
7.8.2 快速希爾伯特變換 98
思考題 98
第 8 章 數(shù)據(jù)通信 99
8.1 串行通信技術 99
8.1.1 串行通信 99
8.1.2 LabVIEW 串口編程 99
8.2 DataSocket 技術 103
8.2.1 DataSocket 技術簡介 103
8.2.2 DataSocket 技術編程 104
8.3 TCP 通信 109
8.3.1 TCP 通信簡介 110
8.3.2 TCP 通信編程 110
思考題 116
第 9 章 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 117
9.1 虛擬儀器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成 117
9.1.1 數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)組成 117
9.1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)配置 117
9.2 數(shù)據(jù)采集（DAQ）設備 118
9.2.1 信號調(diào)理電路 118
9.2.2 模-數(shù)轉換器（ADC） 119
目 錄 IX
9.2.3 計算機總線 119
9.3 DAQ 系統(tǒng)中的軟件組件 119
9.3.1 驅(qū)動軟件 119
9.3.2 應用軟件 119
9.4 使用 LabVIEW 采集模擬信號 119
9.4.1 連接測量硬件 119
9.4.2 創(chuàng)建仿真設備 120
9.4.3 使用 DAQ 助手采集信號 120
9.4.4 使用 NI-DAQmx 采集信號 124
第 10 章 虛擬儀器常用硬件設備 125
10.1 NI ELVIS II+創(chuàng)新實驗平臺 125
10.1.1 性能簡介 125
10.1.2 平臺測試 127
10.1.3 創(chuàng)建任務 127
10.2 NI ELVIS III 創(chuàng)新實驗平臺 127
10.2.1 性能簡介 127
10.2.2 平臺測試 129
10.2.3 創(chuàng)建任務 129
10.3 NI myDAQ 教學平臺 131
10.3.1 性能簡介 131
10.3.2 平臺測試 132
10.3.3 創(chuàng)建任務 132
10.4 NI USB-5133 數(shù)字示波器 132
10.4.1 性能簡介 132
10.4.2 平臺測試 133
10.5 NI VB-8012 多功能一體式儀器 133
10.5.1 性能簡介 133
10.5.2 平臺測試 134
10.6 YLCK-03 實驗平臺 134
10.6.1 性能簡介 134
10.6.2 平臺測試 135
第 11 章 基于 LabVIEW 的測控系統(tǒng)設計案例 138
11.1 基于 LabVIEW 的地下蒸汽管道泄漏檢測系統(tǒng) 138
11.1.1 項目簡介 138
11.1.2 系統(tǒng)工作原理 138
11.1.3 系統(tǒng)硬件設計 139
11.1.4 系統(tǒng)軟件設計 139
11.1.5 系統(tǒng)測試與分析 142
11.2 基于 LabVIEW 的電動機性能綜合測試平臺 143
X 虛擬儀器技術應用教程
11.2.1 項目簡介 143
11.2.2 系統(tǒng)方案設計 143
11.2.3 系統(tǒng)軟件設計 144
11.2.4 數(shù)據(jù)處理算法研究 147
11.2.5 系統(tǒng)運行測試 147
11.3 基于 LabVIEW 和 HD Audio 聲卡的電動車報警器測試儀 148
11.3.1 項目簡介 148
11.3.2 系統(tǒng)設計 148
11.3.3 虛擬儀器設計 149
11.4 基于 LabVIEW 和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器 151
11.4.1 項目簡介 151
11.4.2 系統(tǒng)方案設計 151
11.4.3 系統(tǒng)硬件設計 152
11.4.4 系統(tǒng)軟件設計 154
11.5 基于 LabVIEW 的火災報警模擬演示系統(tǒng) 156
11.5.1 項目簡介 156
11.5.2 系統(tǒng)功能模塊設計 156
11.5.3 運行與測試 161
11.6 基于 LabVIEW 的酒店客控虛擬仿真實驗系統(tǒng) 161
11.6.1 項目簡介 161
11.6.2 系統(tǒng)總體方案設計 162
11.6.3 系統(tǒng)終端設計 162
11.6.4 系統(tǒng)功能模塊設計 163
11.6.5 系統(tǒng)軟件設計 165
11.6.6 溫濕度模糊控制器設計 172
11.6.7 系統(tǒng)仿真與測試 174
11.7 基于 GPRS 和 OneNET 的水質(zhì)無線遠程監(jiān)測預警系統(tǒng) 177
11.7.1 項目簡介 177
11.7.2 系統(tǒng)總體方案設計 177
11.7.3 數(shù)據(jù)處理算法研究 178
11.7.4 系統(tǒng)硬件設計 180
11.7.5 系統(tǒng)軟件設計 184
11.8 基于 LabVIEW 和 ARM 技術的氯氣泄漏遠程監(jiān)測系統(tǒng) 190
11.8.1 項目簡介 190
11.8.2 系統(tǒng)總體方案設計 191
11.8.3 系統(tǒng)硬件設計 192
11.8.4 系統(tǒng)軟件設計 196
參考文獻 20
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