虚拟仪器应用-项目9
虚拟仪器技术的应用案例
虚拟仪器技术的应用案例一、引言虚拟仪器技术是指利用计算机技术和现代传感器技术，将实验仪器的硬件部分和软件部分相结合，形成一种新型的、集成化的实验仪器。
虚拟仪器技术的应用已经得到了广泛的推广和应用。
本文将介绍虚拟仪器技术在生物医学领域中的应用案例。
二、生物医学领域中虚拟仪器技术的应用1. 生物医学信号处理生物医学信号处理是指对人体生理信号进行采集、预处理、特征提取等过程，以便于进行疾病诊断和治疗。
虚拟仪器技术可以通过采集人体生理信号，并对其进行数字化处理，然后再进行特征提取和分类诊断。
例如，在心电图检测中，可以使用虚拟心电图分析系统来自动检测心电图波形，并对其进行诊断。
2. 生物医学成像生物医学成像是指利用各种成像设备来获取人体内部结构和功能信息的过程。
虚拟仪器技术可以通过将不同成像设备获取到的数据整合起来，并进行图像处理和分析，来得到更为准确的诊断结果。
例如，在核磁共振成像中，可以使用虚拟成像技术来对成像数据进行重建和处理，以便于更好地显示人体内部结构。
3. 生物医学仿真生物医学仿真是指利用计算机技术来模拟人体生理过程和疾病发展过程的过程。
虚拟仪器技术可以通过将人体生理模型与实验数据相结合，来进行生物医学仿真。
例如，在心脏病模拟中，可以使用虚拟心脏模型来模拟不同类型的心脏病发展过程，并对其进行预测和诊断。
三、案例分析以生物医学信号处理为例，介绍虚拟仪器技术在该领域中的应用案例。
1. 心电图检测系统心电图检测系统是一种基于虚拟仪器技术开发的心电图分析软件。
该系统可以自动检测心电图波形，并对其进行分类诊断。
该系统采用了多种信号处理算法和人工智能算法，能够从复杂的心电信号中提取出相关特征，并根据不同的特征进行分类诊断。
该系统还具有良好的用户界面，能够方便地进行数据的输入和输出。
2. 脑电图信号处理系统脑电图信号处理系统是一种基于虚拟仪器技术开发的脑电信号分析软件。
该系统可以自动检测脑电波形，并对其进行特征提取和分类诊断。
＂虚拟仪器＂教学中项目教学法的探索与应用
过 程中， 学生可以从现实存在 的资源和技术中获得启发， 并通 过 自主建立不 同观点 间的联 系来努力消除任务本 身所包含 的模 糊 性、 复杂性 和不确定性 ， 并 通过实 际校验来 获得有研究价值 的
反馈信息。
５ 促 进 教 师的成 长和 进 步
项目教学过程主要包括４ 个 环节： 项 目选取、 计 划制订、 项目 的实施 、 成果演示与评价。 ［ ６ － １ ０ １
中， 学生是主体 ， 便于开展个性化 、 差异化教学。
３ ． 有利于多种知识资源的整合
能依葫芦 画瓢 ， 完全被动 ， 使学 生的知识 迁移能力大大下 降， 限
制 了学 生创造 性的发挥 ， 不利 于培养学生 的独 立思考和分析 问 题、 解决 问题的能力。 为此 ， 对 “ 虚拟仪器”的教 学方法进 行了
学生团队合作精神 。
解决 所遇 到的实际问题 ； 强调学 习过 程中的合作 ； 在 现实生活
中进行探究学习； 学习过程具有 明确的 目标性和趣 味性 。 四、 项 目教学法在 “ 虚拟仪器”教学中的必要性
“ 虚 拟仪 器” 是 一 门理论 与实践 紧 密结 合 的专业 选 修课 程， 课 时少、 综合 性强 ， 传统 的 “ 虚 拟仪器 ” 教学 往往采用 讲授 法教学 ， 以“ 教”为中心 ， 即以教 师为主体 ， 由教 师提供 教学 资
中图分类号： Ｇ ６ ４ ２ ． ０ 文献标识码 ： Ａ 文章编号： １ ０ ０ ７ — ０ ０ ７ ９（ ２ ０ １ ３ ） １ ６ — ０ ０ ９ ２ — ０ ２
一
、
项 目教 学 的 内涵
人到教学当中去 ， 这个准备过程能够促进教师的成长与进步。 三、 项 目教 学法的特征
虚拟仪器实践心得体会
随着科技的飞速发展，虚拟仪器技术作为一种新型的测试测量手段，已经在各个领域得到了广泛应用。
我有幸参与了虚拟仪器实践项目，通过这次实践，我对虚拟仪器技术有了更深入的了解，也收获了许多宝贵的经验和体会。
以下是我对虚拟仪器实践的一些心得体会。
一、虚拟仪器的概念及特点虚拟仪器（Virtual Instrument）是利用计算机技术，结合硬件和软件，实现对传统仪器的功能和性能的拓展和提升。
虚拟仪器具有以下特点：1. 高度集成化：虚拟仪器将传统的测试、测量、控制等功能集成在一个计算机平台上，大大提高了系统的集成度和可靠性。
2. 高度智能化：虚拟仪器通过软件编程，实现对测试数据的采集、处理、分析和显示等功能，提高了系统的智能化水平。
3. 高度灵活性：虚拟仪器可以根据用户需求进行定制，实现不同功能的测试、测量和控制。
4. 高度开放性：虚拟仪器采用开放性标准，便于与其他系统和设备进行连接和交互。
二、虚拟仪器实践过程1. 硬件平台搭建在虚拟仪器实践中，首先需要搭建硬件平台。
我们选择了基于PCI总线的数据采集卡作为硬件核心，配合各种传感器和执行器，实现了对被测对象的实时监测和控制。
2. 软件开发软件开发是虚拟仪器实践的核心环节。
我们采用LabVIEW作为软件开发平台，利用其图形化编程语言和丰富的库函数，实现了对硬件平台的控制、数据采集、处理和分析等功能。
3. 系统调试与优化在软件开发过程中，我们遇到了许多问题，如数据采集不稳定、信号处理不准确等。
通过不断调试和优化，我们逐步解决了这些问题，提高了系统的稳定性和准确性。
4. 系统测试与应用完成软件开发后，我们对虚拟仪器系统进行了全面测试，验证了系统的功能、性能和可靠性。
在实际应用中，虚拟仪器系统表现出了良好的性能，满足了用户的需求。
三、虚拟仪器实践心得体会1. 虚拟仪器技术具有广泛的应用前景通过虚拟仪器实践，我深刻认识到虚拟仪器技术在各个领域的广泛应用。
在科研、工业、医疗等领域，虚拟仪器都可以发挥重要作用，提高测试、测量和控制水平。
电气工程虚拟仪器技术应用
电气工程虚拟仪器技术应用提纲：一、电气工程虚拟仪器技术的基本概念1.1 电气工程虚拟仪器的概念和分类1.2 虚拟仪器技术的优势和应用领域二、电气工程虚拟仪器在建筑行业中的应用2.1 虚拟仪器在电力系统中的应用2.2 虚拟仪器在照明设计中的应用2.3 虚拟仪器在室内空气质量检测中的应用三、电气工程虚拟仪器技术的挑战与发展3.1 仪器模型与数据识别技术3.2 仪器建模与仿真技术3.3 仪器接口设计与传输技术四、电气工程虚拟仪器技术在建筑行业中的应用案例分析4.1 案例一：虚拟仪器在电力系统设计中的应用4.2 案例二：虚拟仪器在照明设计中的应用4.3 案例三：虚拟仪器在室内空气质量检测中的应用4.4 案例四：虚拟仪器在节能设计中的应用4.5 案例五：虚拟仪器在智能家居设计中的应用五、结论一、电气工程虚拟仪器技术的基本概念1.1 电气工程虚拟仪器的概念和分类电气工程虚拟仪器技术是指基于计算机仿真技术的电气仪器设备，通过软件仿真技术实现对电气工程的测量、测试、监控、维护等过程的模拟和虚拟操作。
虚拟仪器可以用于对各种类型的电气信号进行测量，包括电压、电流、功率，频率等。
根据仪器的功能和实现方式不同，电气工程虚拟仪器可以分为三类：模拟仪器、数字仪器和虚拟仪器。
模拟仪器是根据电气信号的物理特性制造的仪器，可以模拟电气信号的实际波形和幅值，如模拟示波器、模拟发生器等；数字仪器是采用数字信号表示和处理技术的电气仪器设备，能够实现数码化、计算化、自动化的测量、调试、分析与监测等功能，如数字示波器、数字万用表等；虚拟仪器是基于通用计算机设备、通用软件平台实现的电气测量和测试工具，其实现和操作均基于计算机软件虚拟环境，如虚拟示波器、虚拟信号发生器等。
1.2 虚拟仪器技术的优势和应用领域在现代电气工程中，虚拟仪器技术具有以下优势：（1）具有良好的可重用性和扩展性，可与多种不同制造商的设备兼容；（2）使用方便，对于不同复杂程度的用户，都能很快地掌握其使用方法；（3）具有高度的灵活性和可定制性，可根据实际需要进行灵活的配置和定制；（4）具有高度的自动化，能够实现自动化测量、自动化设置和自动化报告等功能；（5）良好的数据处理和记录功能，可轻松地记录、分析和存储测试数据和测量结果。
虚拟仪器技术的应用案例
虚拟仪器技术是一种基于计算机和软件的测量和控制系统，它可以通过软件模拟各种物理、电学或机械设备，以实现各种测试、分析和控制任务。
以下是虚拟仪器技术的应用案例：
虚拟测试平台：将虚拟仪器技术应用于汽车、航空航天等领域，可以构建出真实且可靠的虚拟测试平台，对各种零部件进行测试和仿真。
生产线监测：利用虚拟仪器技术，可以开发出能够监测生产线的工作状态和性能的虚拟仪器，从而提高生产效率并减少故障。
医疗诊断：虚拟仪器技术可以应用于医疗领域，如开发出虚拟血压计、心电图等设备，可以帮助医生更快速、更准确地进行疾病诊断和治疗。
环境监测：虚拟仪器技术可以应用于环境监测中，如气体检测仪、水质监测仪等，能够及时检测环境污染并采取相应的措施。
教育培训：虚拟仪器技术可以被应用于教育领域，如开发出虚拟实验室、虚拟仪器等，可以帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
总之，虚拟仪器技术在各个领域都有广泛的应用，通过模拟真实设备，可以提高测试效率和准确性，并降低成本。
关于虚拟仪器的课程设计
关于虚拟仪器的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解虚拟仪器的概念、功能及在工程测量中的应用。
2. 学生能够掌握虚拟仪器软件的基本操作流程和使用方法。
3. 学生能够描述至少三种常见虚拟仪器的原理及使用场景。
技能目标：1. 学生能够独立操作虚拟仪器软件，进行基础的数据采集与分析。
2. 学生能够运用虚拟仪器解决简单的实际测量问题，如信号处理、波形分析等。
3. 学生通过小组合作，设计并实施一个简单的虚拟仪器应用方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对科学研究的兴趣，特别是在工程测量和虚拟仪器领域的探索热情。
2. 学生在学习过程中形成合作意识，培养团队精神和解决问题的积极态度。
3. 学生能够认识到虚拟仪器在现代社会中的重要作用，理解科技发展对生活的影响。
课程性质：本课程为实践性与理论性相结合的课程，旨在通过虚拟仪器的学习，提高学生的动手能力和实际问题解决能力。
学生特点：考虑到学生处于高年级，已具备一定的物理知识和实验操作技能，能够较快地掌握虚拟仪器原理和操作。
教学要求：教师需采用讲授与实操相结合的教学方式，注重引导学生主动探索，鼓励学生将理论知识应用于实践操作中，并通过小组合作培养学生的团队协作能力。
通过具体的学习成果评估，确保学生达到课程目标。
二、教学内容1. 虚拟仪器概述- 定义与分类- 发展历程- 应用领域2. 虚拟仪器原理- 数据采集与处理- 信号分析与显示- 常用算法介绍3. 虚拟仪器软件- LabVIEW软件安装与界面认识- 基本操作与编程- 实例分析与实操演练4. 常见虚拟仪器介绍- 数字示波器- 频谱分析仪- 数据记录仪5. 虚拟仪器应用案例- 简单电路信号测量- 声音信号处理- 小组项目：设计并实施一个虚拟仪器应用方案教学内容安排与进度：第一周：虚拟仪器概述第二周：虚拟仪器原理第三周：LabVIEW软件安装与基本操作第四周：常见虚拟仪器介绍第五周：虚拟仪器应用案例及小组项目实施本教学内容依据课程目标，紧密结合教材相关章节，注重理论与实践相结合，使学生能够系统地掌握虚拟仪器相关知识。
第9章 Multisim 9虚拟仪器的使用
图9-8函数信号发生器的连接
9.4 功率计的使用
9.4.1功率计的连接 9.4.1功率计的连接
功率计是用来测量电路中的平均功率和功率因数，图9-9所示为功 率计的图标和面板图。功率计共有四个接线端子，电压端的正负端和 电流端的正负端。在测量时，功率计电压端应与待测电路两端并联， 而电流端应串接在电路中。仿真开始后，双击功率计图标，就可从功 率计面板上读出平均功率和功率因数。
测量电压和电阻时，万用表图标中的 “＋”和“－”应 与所测端点并联。然后按下面板中的V或Ω按钮即可进行测量。 当测电流时，万用表图标中的 “＋”和“－”应串接在电路 中。然后按下面板中的A按钮即可进行测量。 根据待测信号是交流还是直流，可以通过点击【～】按钮 或【——】按钮来切换。
9.2 数字万用表的使用
图9-19 频率计的图标和面板图
9.8 频率计的使用
9.8.2应用举例 9.8.2应用举例
图9-20 频率计应用的仿真电路
在Multisim 9的电路仿真窗口中建立如图9-20的仿真电路。函数 信号发生器产生的是频率为1KHz、幅度为10V的正弦波信号。仿真开始， 可以利用频率计测出相关的参数。
9.9 字信号发生器的使用
图9-10 功率计的应用
图9-10 功率计的应用
9.5 双通道示波器的使用
Multisim 9中提供的双通道示波器图表和面板如图9-11所 示，它有A、B两个通道，可以同时观察一路或两路信号波形的 形状，分析被测周期信号的幅值和频率，与真实示波器不同的 是，其接地线可以接，也可不接,Ext Trig为外触发输入端。
9.5.3触发方式设置 9.5.3触发方式设置
示波器触发方式设置面板如图9-12所示。其中： 1.Edge用于触发边沿的选择，有上升边沿和下降边 沿等触发方式。 2.Level用于设置触发电平的大小。 3.Type用于触发方式的选择。
虚拟仪器应用习题答案
参考答案：
如温度监控项目一样，在程序设计中设置比较环节，结合条件结构，可以实现限速功能实现。
思考题
10.1是否有其他方法做自动门的仿真界面？ 比如可试试用3D控件。
参考答案：
可采用3D控件来实现。
参考答案：程序框图，保存路径可以自由选择，保存格式可以是二进制。
思考
5.3本节中介绍了10个最常用的DAQmx函数，在实际应用中，它们在数据流中所放置的先后顺序有没有一定的规律？本节中所介绍的实例大都是单一输入或者单一输出的情况，如果需要同时输入和输出，应该如何处理？
参考答案：
通常的规律是创建通道，设置采样时钟，配置触发等设置，（配置输出波形），开始任务，（获取采集波形），清除任务。
2）当连续8秒质量都为0g后，自动停止，可以在用条件结构来实现，见下图，在度数据的分支，把当前g与0比较，为真，执行真分支。该分支用来判断是否保持8s。由于该DAQ过程设置了没0.5s进行一次读写操作，这里计16个数就是8s。
8.2用状态机实容器液位监控。要求：初始水位100ms，水位上限200ms，下限50ms，越限要有报警指示。用一个进水阀和一个进水量调节控件来控制进水情况；一个出水阀和一个出水量调节控件来控制出水量。可以单独进水或出水，也可以同时进、出水。点击“结束”按钮，退出程序。
思考题1
1.1参考例题1创建一个VI，实现将华氏温度转换为摄氏温度的功能，并在前面板显示摄氏温度和华氏温度。
参考答案：
1.2创建一个VI实现两个输入数据的加、减、乘运算，并显示数据的和、差与乘积。
参考答案：
思考题2
2.1用0-100的随机数代替摄氏温度，将每500ms采集的温度的变化波形表示出来，并设定上限85，下限45，温度高于上限或者低于下限分别点亮对应的指示灯。并将其上下限也一并在波形中表示出来。
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虚拟仪器应用
项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.1项目描述
• 9.1.1 项目目标 • 1. 了解线性霍尔元件和开关型霍尔元件 • 2. 了解电动自行车工作原理 • 3. 进一步学习模拟信号采集系统
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项目9 电动自行车模 拟系统
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虚拟仪器应用
项目9 智能窗帘模拟系统设计
目录
9.1项目描述
9.2任务1前面板设计
9.3 任务2转速控制与测量
9.4 任务3利用事件结构设计程序
9.5任务4运行调试、测试来自思考题92019/10/21
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虚拟仪器应用
项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.1项目描述
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虚拟仪器应用 项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.3 任务2转速控制与测量
•模拟信号 的连续采 集（AI） 和生成（
AO）
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虚拟仪器应用 项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.4 任务3利用事件结构设计程序
• 事件结构： • 通常使用事件结构，会将其放置于while循环内，
• 电动自行车以蓄电池作为辅助能源，在普通自行车的基础 上安装了电机、控制器、蓄电池、调速转把等操纵部件和 显示仪表系统。使用者可以使用脚踏板，也可以使用调速 转把手动调节角度来实现自行车的调速。
• 电动自行车的调速转把主要是选用线性霍尔元件，若电源 供电为5V，霍尔元件敏感面磁场强弱变化时，其输出为 1.0V～4.2V连续线性变化。
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项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.1项目描述
• 9.1.3实践环境
• 硬件设备：计算机、NI PCI-6221数据采集卡、 nextboard实验平台、nextsense_05（霍尔传感器 模块）
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项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.1项目描述
• 9.1.3实践环境
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虚拟仪器应用 项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.3 任务2转速控制与测量
• 程序中同时有模拟信号的采集（AI）和模拟信号 的生成（AO）。
• 模拟信号发生（AO）：设定AO物理通道、设定输 出值的最大最小范围，在while循环中，根据线性 霍尔所采集的电压值，更新AO输出电压以控制电 机转速。电机转速通过AI采集相应的脉冲信号并 换算出电机转速。AO在结束任务时，需要将端口 刷为0V，否则模拟输出通道会保持结束while循环 的电压值不变，直至设备关闭。
9.1项目描述
• 9.1.3实践环境
• 为了测试电机驱动控制原理，可以在MAX中，打开数据采集卡的测试 面板，切换至模拟输出，手动调节AO输出值（控制在9-10V之间）， 查看电机转速变化。AO输出电压高于5V后，电机方可转动，若没有 转动，用手轻推一下小电机的转轮片。
• 实验硬件模块的开关型霍尔输出端口是直接路由至数据采集板卡的计 数器counter的，故若要使用AI采集当前转速的信号，需要将开关型霍 尔的输出端口和AI端口相连接。其他部分按照电路原理图搭建。
事件结构有一个特别的帧：超时帧，事件结构左 上角的超时输入端口的默认值为-1，含义为永不 进入超时帧； • 若将输入值设定为其他常量，如100，表示100ms 内无任何事件发生，则程序进入超时帧，执行其 中功能代码，完成后，结束本次循环进入下一次 等待状态，若接下来的100ms依旧无其他事件发生 ，则程序进入超时帧执行功能代码。 • 直到点击停止按钮，程序结束。
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项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.1项目描述
• 9.1.2 任务要求
• 本项目的任务是模拟电动自行车的行驶原理。使 用线性霍尔模仿自行车调速转把的工作状态，使 用霍尔模块上的直流电机模拟自行车车轮转动， 使用开关型霍尔传感器测量电机转速，借此判定 当前车速是高速、中速、低速。
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9.1项目描述
• 9.1.3实践环境
• 2.电机控制电路
• 由于霍尔传感器实验模块上使用的电机功率相对较大，无 法直接使用数据采集卡的AO通道驱动，故需要在面包板 上搭建外接放大电路来完成电机的驱动控制，放大电路如 图所示。
•电机驱动电路 示意图
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项目9 智能窗帘模拟系统设计
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9.1项目描述
• 9.1.3实践环境 • 软件：LabVIEW（2011以上版本）、nextpad
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9.2任务1前面板设计
•9.2.1自定义控件 •本项目可以制作两个自定义控件，一个是用来暂停 的一个是用来开始的，如图9-3所示。 •在界面设计中，可以将开始和暂停按钮并排放置， 也可以让两个控件的重合，通过设定按钮可见与否 实现按钮。按钮是否可见，使用属性节点修改控件 属性即可。
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虚拟仪器应用 项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.3 任务2转速控制与测量
• 程序中同时有模拟信号的采集（AI）和模拟信号 的生成（AO）。
• 模拟信号采集（AI）：设定物理通道、设定差分 采集模式、设定采集电压的最大值和最小值、设 定采样率大小。在while循环中，连续采样，一路 读取线性霍尔传感器由于磁铁位置不同而得到的 不同电压值。一路读取开关型霍尔的脉冲信号， 计算当前的电机转速。采集任务结束，请关闭相 关模拟通道，释放资源。（养成良好的编程习惯 ）
• 1. 霍尔传感器
• 霍尔传感器是基于霍尔效应，用于各种与磁场有关的场合的一种磁场 传感器。霍尔传感器分为线型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种， 线性型霍尔传感器输出是模拟量，输出电压与外加磁场强度呈线性关
•
系
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•两种霍尔元件 工作原理图
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虚拟仪器应用 项目9 智能窗帘模拟系统设计
9.2任务1前面板设计
• 系统中，将通道设置安排在一个页面中，两种霍 尔元件的输出波形放置在一个页面中，仿真界面放 置在一个页面中，如图所示。
• 程序前面板设计：可以看到界面中使用示波器控 件，自定义控件，LabVIEW官网提供的系统控件。