智能仪器与虚拟实验说课讲解
第五章 智能仪器与虚拟技术
第五章 智能仪器与虚拟技术第一节仪表的智能化与虚拟技术一、测量仪器仪表的发展测量仪器仪表的发展大体经历了以下几代：(1)第一代——以电磁感应基本定律为基础的模拟指针式仪表。
(2)第二代——以电子管或晶体管为基础的分立元件式仪器。
(3)第三代——以集成电路芯片为基础的数字式仪器。
(4)第四代——以微处理器为核心的智能式仪表。
(5)第五代——虚拟仪器(以下简称VI)。
二、仪表的智能化1．传统测量仪表的特点(1)以分立元件或集成电路构成，结构复杂，成本高；(2)仪表可靠性取决于其结构特点，相对较低；(3)对于输入信号的测量准确性完全取决于仪表内部各功能部件的精密性和稳定性，各部件误差都将反映到测量结果中。
(4)传统仪表内部某些部件发生故障时，虽然继续进行测量并给出结果，但不再保证结果的正确性。
(5)必须进行周期性的校准，以保证其额定精度的合法性。
通常采用更高一级的同类仪表进行对比测量来实现。
(6)传统测量仪表的数据处理能力很弱。
2．智能仪表以微型计算机(尤其是单片机)技术与测量控制技术结合在一起，以微机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，组成的具有智能化功能的新一代测量仪表。
3．智能仪表的基本类型(1)内含微型处理器，仪表本身具有各种智能功能，如自校正、数据处理等。
(2)仪器本身与微机在结构上分开，但仪器由微机控制，进行数据采集与处理。
4．智能仪表的特点及其智能功能(1)以微机及其接口为核心，结构简单。
(2)能够适应被测参数的变化，自动补偿、自动选择量程。
(3)能够自动校准。
(4)能够自寻故障（自诊断）。
(5)自动进行指标判断与选择。
(6)能够进行逻辑操作、定量控制、程序控制。
(7)具有很强的数据处理能力和显示能力。
(8)硬件基础是数据采集技术和输入输出技术。
(9)软件基础是数据处理技术和信号处理技术。
5．智能仪表的基本组成三、虚拟技术1．传统仪表与智能仪表的缺点(1)测量功能的实现完全取决于其硬件结构。
第13章智能检测与虚拟仪器技术课件
传感器与智能检测技术
图13-3 智能检测系统的软件组成
13 智能检测与虚拟仪器技术
13.1.2 智能检测系统的工作原理
传感器与智能检测技术
图13-4 智能检测系统的工作原理
13 智能检测与虚拟仪器技术
13.1.3 智能检测技术的特点式传感器
1.测量过程软件控制 2.高度的灵活性 3.测量速度快、精度高 4.实现多参数检测和数据融合 5.智能化功能强
13.2.3 虚拟仪器的分类
虚拟仪器可以按工作领域分，也可以按测量功能分，但最常用的还 是按照构成虚拟仪器的接口总线不同分类，分为插卡式数据采集卡 （DAQ）虚拟仪器、串行接口虚拟仪器、并行接口虚拟仪器、USB 虚 拟仪器、GPIB 虚拟仪器、VXI 虚拟仪器、PXI 虚拟仪器和现场总线虚拟 仪器等。
13 智能检测与虚拟仪器技术
13.4 虚拟仪器设计项目实例式传感器
一个基本的虚拟仪器程序主要由前面板和程序框图两个部分组成。
设计要求
制作一个虚拟数字温度计，要求通过前面板的转换开关实现摄氏温度 和华氏温度的相互转换。 华氏温度转换摄氏温度的数学关系：
传感器与智能检测技术
图13-12华氏温度的数学关系：
前面板设计
主要是在前面板分别创建温度输入控件、温度显示控件和温度转换开关。 图13-13 虚拟数字温度计程序框图
程序框图设计
主要是在程序框图中运用函数模块的条件结构和数值子模块进行设计。
13 智能检测与虚拟仪器技术
13.5 基于LabVIEW虚拟仪器在智能检测技术中的应用实例感器
13 智能检测与虚拟仪器技术
13.3.5 LabVIEW的模块式传感器
传感器与智能检测技术
23.智能检测与虚拟仪器技术13-2教学教案
一、虚拟仪器设计项目实例
1.设计要求
2.前面板设计
3.程序框图设计
二、基于LabVIEW虚拟仪器在智能检测技术中的应用实例
1ห้องสมุดไป่ตู้温度监测模块
2.湿度监测模块
3.光照强度监测模块
4.CO2浓度监测模块
【课堂提问】
目前国际上用得较多的温标有华氏温标、摄氏温标和热力学温标三种，那么国际上公认的最基本的温标是什么？
『课堂小结』
用LabVIEW软件根据设计要求实现程序开发时，我们从前面板和程序框图两个部分运用控件模板和函数模板分别进行设计。
『作业布置』
P163页中三综合题。
『教学后记』
【课堂讨论】
测量温度的传感器都有哪些？各有什么特点？
【习题讲解】
讲解课后习题P163页中三、1和三、2。
【引入案例】
制作一个虚拟数字温度计，要求通过前面板的转换开关实现摄氏温度和华氏温度的相互转换?
华氏温度转摄氏温度的数学关系：
摄氏温度转华氏温度的数学关系：
【多媒体演示】
多媒体课件见教材配套教学PPT
授课章节
第13章 智能检测与虚拟仪器技术
13.4虚拟仪器设计项目实例
13.5基于LabVIEW的虚拟仪器在智能检测中的应用实例
建议课时
2
授课方式
理论知识讲授+习题课+讨论课+案例教学+多媒体演示
所属专业
教学目标
1.熟悉熟悉LabVIEW的编程环境。
2.学会运用LabVIEW软件进行简单项目的编程。
教学重点
运用LabVIEW软件进行简单项目的编程
教学难点
运用LabVIEW软件进行简单项目的编程
3版仪器分析第4节 人工智能与仿真模拟课件
• 1、正视自己的长处，扬长避短， • 2、正视自己的缺点，知错能改， • 3谦虚使人进步， • 4、人应有一技之长， • 5、自信是走向成功的第一步， • 6强中更有强中手，一山还比一山高， • 7艺无止境 • 8、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦
训练才能有所收获，取得成效。
• 9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视； • 10、智者超然物外
生
器 立体结构发生器
化学环境 模式识别
人机交互信息
结构验证 结构输出
谱图-结构
相关表 知 识
其他 库 约束条件
波谱模拟
分子张力能计算
13C-NMR谱峰数
液相色谱专家系统：
（1）柱系统推荐软件包 输入碳数、基团、试样类型等 推荐预处理方法，色谱分析方法，分离柱，流动相，检
测器等。 （2）色谱条件优化及离线色谱数据计算软件包
二、仪器分析实验多 媒体仿真模拟
multimedia simulation of instrument analysis experiment
一、分析化学中的人工智能技术简介
a introduction to Artificial intelligence 人工智能（artificial intelligence）: 是指用机器
05:33:08
识别系统流程
红 外
核磁 获得结构单元 分 子 式
可能结构组合 规 则
谱图核对
谱 图 库
结果
05:33:08
3. 模式识别
模拟人对客观环境的认识。 事物的性质由其特征决定。性质相似的物体其特征相似。
提取特征
分类
羰基 炔类
羰基化合物与炔类化合物在1920，3300cm-1都有红外吸收 峰。以两波长处的吸光度为坐标（二维模式空间）作图，每个 化合物对应一个点，两类物质形成两个有界线的子集。由未知 物的点所在子集，确定所属类，距离最近的点，结构最相似。 扩展到多维空间，判断结果的准确性提高。
《智能仪器》实验教学大纲.
《智能仪器》实验教学大纲实验类别：课内实验实验课程名称：智能仪器实验室名称：动态参数校准实验室实验课程编号：03050302总学时：8 学时学分：0.5适用专业：测控技术与仪器专业先修课程：数字电子技术基础模拟电子技术基础微机原理及接口技术 EDA技术一、实验在教学培养计划中地位、作用；智能仪器课程是一门实践性、应用性很强的课程，实验教学在整个教学过程中尤其重要。
在实践性教学环节中，我们始终坚持培养学生的知识的综合应用能力和开拓创新意识。
通过教学实践，不仅同学生传授知识，同时要教书育人，注意培养学生热爱社会主义祖国、热爱专业和遵纪守法的高尚品德，以及理论联系实际、刻苦学习的精神，培养严谨的科学态度。
二、实验内容、基本要求：实验一输入输出实验（ 2 学时）综合性实验内容1、从基本的数字电路设计开始，循序渐进，了解CPLD/FPGA设计的完整过程，同时也熟悉了实验箱的大部分功能，为后面的综合实验和有创意的开发作好准备。
2、通过简单的的2－4译码器、异或门等基本数字电路的设计，让学生掌握MAXPLUSⅡ软件的使用，掌握组合逻辑电路的设计方法；3、掌握组合逻辑电路的静态测试方法；4、掌握用VHDL语言设计组合逻辑电路的方法；基本要求：1、2输入异或门功能的仿真及功能验证。
在MAXPLUSⅡ软件在用原理图输入法或VHDL语言输入法对2输入异或门进行功能仿真，并烧写到实验箱内的主芯片Altera EPF10K10LC84-4，用按扭开关或拨码开关实现输入控制，用LED数码管实现结果的显示输出。
2、组合逻辑2-4译码器的设计、功能仿真及功能验证。
在MAXPLUSⅡ软件在用原理图输入法或VHDL语言输入法对2-4译码器进行功能仿真，并烧写到实验箱内的主芯片Altera EPF10K10LC84-4，用按扭开关或拨码开关实现输入控制，用LED数码管实现结果的显示输出。
此实验涵盖了可编程逻辑器件（如CPLD/FPGA）及应用、VHDL程序设计、可编程逻辑器件软件的使用三个知识点。
虚拟仪器说课稿
虚拟仪器说课稿一、课程目标1、设置课程的必要性《虚拟仪器》的特点是知识覆盖面广、实践性强，反映当前自动检测与控制技术的发展方向，是电气工程及自动化专业必修的一门专业技术课程。
通过本课程的学习，使学生对当前测控领域的发展及前景有初步了解，掌握设计各种虚拟仪器的软件，使理论与实际相结合解决一两个自动检测及信息处理的问题，有效的提高学生控制系统的设计能力。
该课程在专业的学习过程中都起着非常重要的作用，它既是前期基础课：电工电子技术、检测与转换技术、微型计算机原理等课程综合，又是实践教学环节：毕业设计重要基础课。
2、课程教学目标的确立和实现教学目标的基本思路。
根据教学大纲的要求以及学生现有水平，从知识、能力和发展三个层面上，从专业人才培养计划的全局出发，制定本课程的教学目标为：（1）知识目标。
虚拟仪器的教学分为理论教学和上机教学两方面，理论教学内容介绍虚拟仪器概念，虚拟仪器系统的基本构成，虚拟仪器软件，用虚拟仪器软件设计虚拟仪器的方法；上机教学使学生掌握虚拟仪器软件的使用。
从控制系统所要解决的实际问题出发，逐步引导学生掌握使用虚拟仪器软件设计方法，为学生以后毕业设计和工作打好基础。
（2）能力目标○1使学生具有控制系统分析能力，能够针对各种控制系统做出理论分析，得出相应结论；○2使学生具有控制系统设计能力，能够根据工程或工艺要求进行控制系统设计；（3）发展目标①充分发挥学生学习的主观能动性，激发学生学习热情，培养学生严谨治学的态度。
②逐步培养学生的工程意识和创新意识，提高学生的工程设计能力和创新能力。
本课程目标符合专业培养要求，切合学生学习实际，体现知识传授、技能训练及能力培养的相互统一，并融思想政治教育和科学精神、人文精神于其中。
二、教学资源《虚拟仪器》课程是电气工程及其自动化专业的专业技术课程，也是提高学生控制系统设计能力的专业核心课程。
1、师资队伍。
该课程的教学队伍由自动化教研室4名教师构成，其中，副教授及博士1人，讲师2人，助教1人，讲师及助教为工学硕士研究生，课程负责人与主讲教师有丰富的教学经验，教学理念新，教学能力强。
虚拟实验教学课例
虚拟实验教学课例一、引言：在本节课中，我们将使用虚拟实验教学方式，带领学生进行物理实验。
虚拟实验可以提供安全、便捷、交互性强的实验环境，同时减少实验成本和时间限制。
通过利用虚拟实验，学生可以更好地理解物理实验的原理和过程。
二、实验目标：学习如何使用虚拟实验平台进行物理实验；通过物理实验深入理解分光镜的工作原理。
三、实验步骤：1. 学生登录虚拟实验平台，在实验列表中选择“分光镜实验”。
2. 学生在虚拟实验环境中观察和了解分光镜的结构和原理。
3. 学生点击“开始实验”按钮，进入实验界面。
4. 学生在实验界面中看到一个光源和一个带有刻度的分光镜。
5. 学生将分光镜放置在适当位置，并将光源对准分光镜入射口。
6. 学生使用虚拟实验平台提供的仪器，调节分光镜的角度，观察并记录不同角度下的光照情况。
7. 学生在实验界面中选择某个角度，观察并记录通过分光镜的光线颜色。
8. 学生重复步骤6和7，记录更多角度下的光线颜色。
9. 学生分析记录的数据，观察并总结分光镜在不同角度下的光线特性变化。
四、思考问题：1. 随着分光镜角度的变化，通过分光镜的光线颜色有何变化？为什么？2. 如何利用分光镜实现光的分光？3. 分光镜的主要用途有哪些？五、实验结果分析：根据学生记录的数据和观察结果，可以发现随着分光镜角度的变化，通过分光镜的光线颜色也发生变化。
这是因为分光镜的结构和材料使得它能够将入射光按照波长进行分散。
分光镜可以用于分析光的成分、波长以及用于色散实验等。
六、结论总结：通过本节课的虚拟实验，学生深入了解了分光镜的工作原理和应用。
虚拟实验不仅提供了安全的实验环境，同时也提供了交互性强、便捷的学习方式。
学生通过实际操作和观察，对物理实验有了更深入的理解。
虚拟实验在教学中具有重要意义。
22.智能检测与虚拟仪器技术13-1教学教案
（章节）
第13章智能检测与虚拟仪器技术
13.1智能检测技术
13.2虚拟仪器技术
13.3图形化编程语言——LabVIEW
建议课时
2
授课方式
理论知识讲授+习题课++讨论课+多媒体演示
所属专业
教学目标
1.了解智能检测的基本概念。
2.掌握虚拟仪器的概念、虚拟仪器的构成。
3.熟悉图形编程语言——LabVIEW。
【课堂讨论】
我们生活中中级智能化检测有哪些应用实例？
【习题讲解】ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
讲解课后习题P163页中二、3和二、4。
【多媒体演示】
多媒体课件见教材配套教学PPT
『课堂小结』
智能检测包含测量、检验、信息处理、判断决策和故障诊断等多种内容，分为初级智能化、中级智能化和高级智能化三种。虚拟仪器是基于计算机的仪器，具有虚拟面板，且测试功能由测试软件来实现的。LabVIEW包括前面板、程序框图以及图标/连接器三部分。
教学重点
图形编程语言——LabVIEW
教学难点
图形编程语言——LabVIEW
参考教材
《传感器与智能检测技术》秦洪浪 郭俊杰主编 机械工业出版社
教
学
内
容
『新课导入』
现代生活中，随着科学技术的不断发展，计算机技术的迅速普及，通讯技术、仪器技术水平的不断提高，社会生产高度自动化已经成为现实中越来越迫切的需要。在这种情况下，传统仪器的测量方法已经不能满足现实生活的需求，在工程上越来越需要将测试用的电子仪器设备与计算机相连接，从而组成一个由计算机控制的智能系统，即自动检测系统，其中最重要的一项技术就是虚拟仪器技术。
『作业布置』
虚拟仪器和LabVEW.ppt
数据流方式编程
LabVIEW程序的编制过程
• 建立前面板 • 构建图形化的流程图 • 程序模块化和层次化
建立前面板
从控制模块上选择你需要的对 象 ,放在虚拟仪器的前面板上 。控制模板上的对象包括数字 显示、表头、压力计、热敏计 外壳、表、图片等。
构建图形化的程序框图
从功能模板上选择对象 (用图标表 示 )，并用线将它们连接起来以便 数据进行传递。功能模块上的对象 包括简单的数学运算、高级数据采 集和分析方法、以及网络和文件输 入输出操作。
• 字符串运算子模板：包含各种字符串操 作函数、数值与字符串之间的转换函数， 以及字符(串)常数等。
• 数组子模板：包括数组运算函数、数组 转换函数，以及常数数组等。
功能模板（三）
• 比较子模板：包括各种比较运算函数， 如大于、小于、等于。
• 文件输入/输出子模板：包括处理文件输 入/输出的程序和函数。
控制模板
数值子模板、布尔值子模板、字符串子 模板、数组和群子模板、图形子模板、 路径和参考名子模板、控件容器库子模 板、对话框子模板、用于修饰子模板、 用户自定义的控制和显示、调用存储在 文件中的控制和显示的接口。
LabVIEW的功能模板
功能模板是创建框图 程序的工具。该模板 上的每一个顶层图标 都表示一个子模板。
Motion Control
PXI
虚拟仪器的特点
• 一种功能上而非物理意义上的仪器 •具有图形化的用户界面 •更新速度快，可维护性好 •系统具有良好的开放型和可扩展性
传统仪器与虚拟仪器的比较
传统仪器
虚拟仪器
关键是硬件
关键是软件
开发与维护的费用高
开发与维护的费用低
技术更新周期长
智能仪器实验指导(PROTEUS仿真).doc
实验一智能仪器设计集成环境介绍一、实验目的1.掌握利用Proteus仿真平台进行电路设计的基本操作。
2.掌握利用Proteus软件和Keil联合仿真调试的操作。
二、实验仪器计算机一台、Proteus软件三、实验内容Proteus ISIS是英国Labcenter Electronics公司开发的EDA软件。
单片机是现代电子技术的新兴领域,它的出现极大地推动了电子工业的发展,已成为电子系统设计中最为普遍的应用手段。
近年来单片机技术得到了突飞猛进的发展,各种单片机开发工具层出不穷。
虚拟仿真就是近年来兴起的一种新型应用技术,采用虚拟仿真技术,在原理图设计阶段就可以对单片机应用设计进行评估,验证所设计电路是否达到所要求的技术指标,还可以通过改变元器件参数使整个电路性能达到最优化。
这样就无须多次购买元器件及制作印刷电路板,节省了设计时间与经费,提高了设计效率与质量。
英国Labcenter公司推出的Proteus软件是一款极好的单片机应用开发平台,它以其特有的虚拟仿真技术很好地解决了单片机及其外围电路的设计和协同仿真问题,可以在没有单片机实际硬件的条件下,利用PC以虚拟仿真方式实现单片机系统的软、硬件同步仿真调试,使单片机应用系统设计变得简单容易。
Proteus软件涵盖了PIC、AVR、MCS8051、68HC11、ARM等微处理器模型,以及多种常用电子元器件,包括74系列、CMOS 4000系列集成电路、A/D和D/A转换器、键盘、LCD显示器、LED显示器,还提供示波器、逻辑分析仪、通信终端、电压/电流表、I2C/SPI终端等各种虚拟仪表,这些都可以直接用于仿真设计,极大地提高了设计效率和设计水平。
下面以一个“完成每隔1秒钟接在P1口1.1所示）：源程序：ORG 0000HLJMP STARTORG 0030HSTART: MOV A,#0FEHLOOP: MOV P1,AMOV R1,#10DLE1: MOV R2,#200DLE2: MOV R3,#126DLE3: DJNZ R3, DLE3DJNZ R2, DLE2DJNZ R1, DLE1RL ALJMP LOOPEND四、实验步骤1、进入Proteus 系统,画出实验电路图；2、进入Keil C51软件的操作环境,编辑源程序并对源文件进行编译；编译如图1.2所示：图1.2 编译3、对Proteus系统和Keil C51系统进行联机设置,如图1.3、1.4所示；联机设置：首先要安装Proteus的Keil 驱动,安装好驱动后,进入Keil界面进行设置,单击工具条中的按钮,在弹出的表单中单击选项卡,选择的组合框,在下拉菜单中选中“Proteus VSM Simulator”选项即可,如果是联机进行联调,还要在其后的按钮中进行适当的设置。
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智能仪器与虚拟实验
实验报告
智能仪器与虚拟仪器实验一：LabView编程环境入门
1.设计VI，把俩个输入数值相加，再把和乘以20。
2.设计VI，比较俩个输入数，如果其中一个数大于另一个数，则点
亮LED指示灯。
实验二：虚拟电压表的设计（VI调用）
1.设计VI，产生一个0.0到10.0的随机数与10.0相乘，然后通过一
个VI子程序将积与100相加后平方。
2.用一个3个状态的报警灯指示当前电压状态。
当电压值处于上、下
限之间时，报警灯显示绿色。
当电压值超过上限值时，报警灯显示红色。
当电压值低于下限时，报警灯显示黄色。
实验三：虚拟电压表的设计（结构与图形的应用）1.设计VI，求0到99之间所有偶数的和。
2.设计VI，求一个一维数组中所有元素的和。
3. 设计VI ，计算∑
=n
i x 1!。
4.使用公式节点，完成下面公式的计算，并将结果在同一个波形图上
显示。
x
=x
y;
1
12+
+
y.
=ax
1
2+
实验四：信号采集（路径和格式文件的应用）
1.设计VI，将两个字符串连接成一个字符串。
2.设计VI，访问簇中各个元素值。
3.设计VI，利用全局变量将一个VI产生的正弦波送另一个VI显
示。
4.设计VI，将含有10个随机数的一维数组存储为电子表格文件。
实验五：虚拟信号发生器的设计
1.设计VI，将三角波信号生成器产生的三角波数据存储为二进制文
件。
2.设计VI，用3种不同的方式产生正弦波信号。
(1)
(2)
(3)
3.设计VI，计算一个正弦信号的周期均值和均方差。
4.设计VI，计算一个方波信号的功率谱。
实验六：信号分析
1.用XY图显示一个半径为5的图。
2.在波形图上用两种不同的颜色显示一条正弦曲线和一条余弦曲线，
每条曲线长度为128点，其中正弦曲线的X0=0，△x=1，余弦曲线的X0=2，△x=5。
3.设计VI，用7个布尔量组成一个七段数字码显示。
操作者可输入
一个一位整数让7段数字码显示。
实验七：虚拟电压表的设计（拟合的应用）
1.设有一压力测量系统的测量值如下。
输入压力值（Mpa）：0.0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5
输出电压值（mV）：-0.490，20.316，40.736，61.425，82.181，103.123
设计VI，实现输入压力和输出电压之间的最佳线性拟合直线。
2．用一个随机数发生器模拟一个数据采集器，当一个数据被采集进来后与前面相邻的3个数据进行平均。
并用一个趋势图显示进行了4点动态平均的数据变化趋势和未进行平均的数据变化趋势。
实验八：数字滤波器的设计
1．设计VI，使用Butterworth滤波器从含有高斯白噪声的信号中提取出频率为10、幅值为2的正弦信号。
精品资料
2. 设计VI，对一个混有高频噪声的正弦信号实现低通滤波。
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