第一篇：虛擬儀器大作業實驗內容

虛擬儀器大作業

時間：2013.11.19～ 2013.11.26 地點：醫用電子技術實驗中心（綜合樓716）

基于MIT-BIH心率失常數據庫的心電信號系統的設計

現代醫學表明，心電信號（ECG）含有臨床診斷心血管疾病的大量信息，ECG的檢測與分析在臨床診斷中具有重要價值，是了解心臟的功能與狀況、輔助診斷心血管疾病、評估各種治療方法有效性的重要手段。

本次大作業利用具有直觀圖形化編程和強大數字信號處理功能的虛擬儀器編程語言LabVIEW作為開發平臺，設計一個基于虛擬儀器的簡單心電信號分析系統，該系統具有心電信號的讀取，處理分析，波形顯示、心率顯示及報警，波形存儲和回放等功能。

?基本要求：

1.本次大作業所用原始信號是從MIT-BIH（Massachusettes Institute of Technology

and Beth Israel Hospital，美國麻省理工學院和波士頓貝絲以色列醫院）心率

數據庫（http:///mitdbdir/mitdbdir.htm（2）MIT-BIH的數據格式

MIT為了節省文件長度和存儲空間，使用了自定義的格式，所以沒有通用的讀

取方式。

一個心電記錄由三個部分組成：

①頭文件[.hea]，存儲方式ASCII碼字符。

②數據文件[.dat]，按二進制存儲，每三個字節存儲兩個數，一個數12bit。

③注釋文件[.art]，按二進制存儲，格式定義比較復雜。

第二篇：虛擬儀器實驗

實驗1

熟悉LabVIEW編程環境

實驗1-1 LabVIEW的基本操作

目的：創建一個VI程序，完成兩個數加、減、乘、除法的運算功能。

在數值輸入控件中輸入兩個操作數A和B，運行程序計算出這兩個數的加、減、乘、除法運算結果，并且顯示到相應的數值顯示控件中。

實驗2

控件與程序框圖應用

實驗2-1 虛擬儀器前面板的設計

目的：掌握虛擬儀器前面板的設計。

通過此實驗熟悉常用控件的取用，對其進行簡單設置以及界面布局。

實驗2-2 編寫簡單的LabVIEW 程序

目的：編寫程序，實現將一華氏溫度(F)轉換成攝氏溫度(C)的功能。

已知攝氏溫度與華氏溫度的關系C＝5(F－32)/9。

書上習題2-1

第三篇：虛擬儀器 實驗報告3

虛擬儀器實驗報告三

專業年級

姓名

學號

成績

一、實驗目的：LabVIEW編程軟件入門學習

二、實驗內容: LabVIEW程序結構

三、實驗步驟：

1、順序結構（Sequence Structure）

2、For循環

3、While循環

4、Case結構

5、事件結構（Event Structure）

6、使能結構

7、公式節點（Formula Node）

8、跟著實例學—模擬溫度采集監測系統

三、實驗結果：

練習1：

練習2：

-0練習4：

練習7：

作業題3：

思路：其實對1—5的數取余就行了，然后與布爾連接。

作業題6：

作業題7：

第四篇：虛擬儀器學習心得總結

虛擬儀器學習心得總結

姓 名：王水根

學 號：1083420213 班 級：0801101班 學 院：電氣學院 指導老師：付寧

虛擬儀器學習心得總結

王水根

剛開始接觸虛擬儀器這個概念的時候是在大三的上學期，我不記得那天具體是什么日子了，只記得公寓前面展板上多了一個很大的海報，內容大概是哈工大虛擬儀器協會成立招新和第一屆全國虛擬儀器設計大賽的相關說明。這是我第一次接觸“虛擬儀器”這個當時陌生的新詞。一看到這個詞我馬上想到我們經常用的仿真軟件Multisim,那里面就有好多虛擬的電源、示波器、萬用表，還有頻譜分析儀、邏輯分析儀等。頓時，我覺得這個很有意思啊，要是能自己在電腦里設計一個示波器那就厲害了。可是那個虛擬的儀器又是怎么集成到其他電路仿真軟件上的呢？還有虛擬儀器的定義到底是什么呢？不知道。所以我帶著這些疑問上網查找和虛擬儀器的相關文檔，看看虛擬儀器到底是一個什么東西，虛擬儀器在哪些領域有應用。

后來，我參加了協會組織的招新，初次接觸了Labview，在花了一個通宵做完招新布置的作業后，我也成了一名Labview的初學者。這之后我知道了Labview這個軟件是用來設計虛擬儀器的，而虛擬儀器是用計算機設計的一個軟件，它能完成一臺臺式儀器的功能。比如可以用Labview設計一個信號發生器，產生正弦波、方波、三角波、鋸齒波、任意占空比矩形波等。

而Labwindows/CVI我上大二時實驗室的師兄跟我說過，他那時跟我說CVI是用來設置界面用的，一般都是硬件配上CVI一塊用。可是在系統學習CVI之前我從沒用過Labwindows/CVI。CVI和Labview都是很好用很優秀的軟件，在自動化測試領域有著特別重要的作用。Labview采用的是G語言，也就是圖形化語言，它不僅是一種編程環境，也是一門編程語言。Labview因為采用的是圖形化語言，所以和CVI比起來學習更容易，編程也更簡單，比較適合于專業知識比較薄弱的學習者。Labview采用的編程思想和傳統C語言一樣，是嵌套，主函數包含子函數的思想。所以，當要編寫比較大的程序時，整個結構就顯得很大很復雜，編寫起來比較困難。這時，CVI相對就比較適合，因為C語言相對G語言邏輯性強，結構性要強。下面我就說說這次學習CVI的心得感受。

首先，老師幫我糾正了之前我對虛擬儀器的理解。虛擬儀器是在通用計算機上加上一組軟件和/或硬件，使用者在操作這臺計算機時，就像是在操作一臺他自己設計的專用電子儀器。虛擬儀器是一種軟件定義的系統，它基于用戶需求的軟件定義了一般測量硬件的功能。這就應證了前面師兄跟我說的那句話，光有軟件也是不行的，還得有硬件配合，任何軟件都有一定的局限性，因為它們都是基于操作系統平臺的，而硬件是不需要任何平臺的，它自身就可以成為一個平臺。

后來，我知道了如何用CVI去設計一臺虛擬儀器，了解了設計虛擬儀器的步驟。和Labview設計虛擬儀器的步驟很像，用CVI設計虛擬儀器首先也是先設計軟面板，在CVI中是“.uir”文件，然后是編寫程序代碼，最后是編譯調試運行。后來，我們比較系統性地學習了CVI測試數據的顯示、分析、存儲和傳輸方面的設計。在這個過程中，通過練習信號發生器的設計、TCP/IP網絡通訊和RS232通訊的設計，我基本上掌握了CVI的測試數據相關處理的設計。也是在這個短暫的學習過程中，我越發發覺CVI的功能是如此的強大。再后來，我們簡單學習了動態鏈接庫和多線程的應用，動態鏈接庫和多線程技術在CVI高級程序設計中都特別有用。CVI可以使用Windows操作系統中的動態鏈接庫來實現一些很有用的功能，而多線程技術在工程很復雜時就大有作為，這時設計程序時就可以使用兩個線程、三個線程或者更多，這對提高編程效率非常有用。最后，我們簡單學習了儀器驅動程序的設計，大概了解了儀器驅動程序設計的發展是跟隨著虛擬儀器技術的發展而發展的。儀器驅動程序從早期的底層I/O操作和高層儀器交互，逐漸發展到儀器編程語言的標準化和軟件分層（也就是獨立的儀器驅動程序）。這也就是現在我們還在采用的儀器驅動程序設計方法，儀器驅動程序和儀器模塊分立，儀器驅動程序和應用程序之間也獨立。后來這方法就發展成了現在的VPP規范，VPP規范對虛擬儀器軟件結構和儀器驅動程序的開發進行了標準化，它的核心是定義了標準的I/O接口軟件——VISA庫。這樣就實現了個廠家儀器的互操作。

最后我們學習了LabView知識入門，初步掌握了其設計虛擬儀器的方法和步驟，老師的講解很到位，簡單易懂。

通過學習虛擬儀器這么課，我不僅了解了虛擬儀器的相關知識，而且比較好地掌握了LabWindow/CVI的編程設計，能夠編寫簡單的虛擬儀器。但是我也知道要想成為一名CVI編程高手還需要進行大量的練習，需要不斷地學習。

第五篇：虛擬儀器檢測論文

1硬件構成檢測系統主要由信號接口及虛擬儀器兩部分構成(圖1)。待測信號由控制機柜上的接口引出，通過信號選擇、調理之后送入工控機，由數據采集卡進行數據采集，并最終由數據處理軟件進行分析、顯示、存儲等。步進電機系統由脈沖控制器、驅動電路和步進電機等幾部分構成，根據不同的檢測要求如常規檢測、實時監控和故障診斷等，需要對脈沖控制器的輸出、驅動電路的輸出以及電機繞組的信號分別進行檢測。為更有效的利用采集卡的硬件資源以及計算機的數據處理能力，在接口部分設置了信號選擇電路，負責把需要檢測的信號送入后續系統。接口電路結構如圖2所示，通過兩個選擇開關的不同組合，分別實現從驅動板輸入級引出脈沖控制器信號、從驅動板輸出級引出驅動電路信號、從電機回路引出步進電機繞組電流信號。

信號調理電路采用運算放大器對取樣電阻兩端的信號進行差分運算，得到電壓、電流信號并以單端方式輸出至數據采集卡。步進電機常采用方波電壓驅動，從其頻譜構成來看包含一定的高頻成分，屬于有突變的大幅值信號，故選用LM318高速寬帶運算放大器，其增益帶寬為15MHz，轉換速率為70V/μs。為進一步提高待測信號的信噪比，減小軟件數據處理的難度以及減少運算量，在LM318的電源部分加入了2個1000μF的電解電容退耦合，在其輸出端加入了0.2μF的瓷片電容以濾除高頻噪聲。

虛擬儀器的硬件采用基于pCI總線技術的DAQ數據采集系統，選用的pCI-6071E數據采集卡可實現對32個步進電機及其驅動電路和脈沖控制器的多路并行檢測。

2軟件設計

根據模塊化的編程思想，檢測程序(圖3)的結構自上而下分為主程序層、邏輯層、驅動層。主程序層由用戶界面和測試執行部分構成，邏輯層負責邏輯關系的驗證以及相關決策的制定，驅動層負責與儀器、被測設備以及其他應用程序之間的通信。軟件的開發平臺為NI公司的LabVIEW。檢測程序的主要任務為多通道的數據采集、分析和存儲，因此程序的優化及運行效率問題都顯得較為重要，在軟件的開發中運用了LabVIEW所支持的多項先進編程技術，如數據流、多線程、定時循環、狀態機等。

3信號處理

虛擬儀器的實質是對模擬信號進行數字化處理，具體分為在線處理和事后處理兩部分。在線數據處理主要包括運算量較小的電流、電壓以及脈沖的時域分析。對于系統的運轉狀態通過對對應信號的計數得到電機運轉的步數、驅動板提供的電壓周期數、脈沖控制器發出的脈沖數；對于電機的運轉參數通過測量電流的頻率得到電機的速度曲線，對此進行微分得到電機的加速度曲線，通過對電流進行數值積分得到電機的功率曲線。

另一方面對電流信號進行較為詳細的時域分析以提供系統分析的時域特征值。使用peak Detector進行信號的波峰檢測得到每個周期內最高點的數值、位置等數據，以此為基礎作出電機的特征曲線。電機正常運轉時特征曲線近似為一條水平直線，運轉異常時則會產生平移和起伏，其均值和方差都有較為顯著的變化。使用pulse parameters進行信號的參數檢測，得到信號的超調量、上升時間等參數，這些參數描述了電流波形的細節信息。因此選取了電流信號的超調量和幅值之比、上升時間和頻率之比以及特征曲線的均值和方差作為系統狀態分析的3組時域特征值。

事后數據處理主要包括電流、電壓的頻域分析。對于步進電機系統的檢測，一個較為重要的應用是識別出正常信號中夾帶的短暫反常現象并展示其成分，為了克服傅里葉變換沒有時間分辨率的缺陷，采用了對異常信號段進行短時傅里葉變換的分析方法。信號

算法實現短時傅里葉分析得到信號的幅值譜，表明了在短時間段上繞組電流、驅動電壓的能量分布。電機系統發生異常時的電流、電壓信號除正常的基頻及倍頻成分外，出現了額外的低頻成分或直流分量，其倍頻和基頻的幅值之比也有明顯的變化，因此選取了信號的3倍頻和基頻的幅值比作為系統狀態分析的頻域特征值。

對于在線檢測及故障診斷系統來說，除了選取適當的信號處理算法提取有效的特征值之外，更為重要的一點是對被測系統的歷史數據的歸納和分類，給出各特征值的典型值作為系統狀態的判別條件。以下是在瑞士ARSApE公司的微型兩相永磁式步進電機1020上測得的典型值，其驅動方式為采用A3966SLB驅動模塊的兩相單四拍驅動。

基于虛擬儀器技術開發的步進電機檢測系統，在發生故障時針對故障單元進行的診斷提高了系統的維護效率，大大縮短了故障恢復時間。

參考文獻

［1］Gary W.Johnson, Richard Jennings.LabVIEW圖形編程［M］.北京：北京大學出版社，2002.［2］馬建明，周長城.數據采集與處理技術［M］.西安：西安交通大學出版社，20 01.［3］呂勇，等.虛擬儀器技術及其在機械故障診斷中的應用［J］.武漢科技大學學報，2002，(2).［4］王宗培，任雷，史敬灼.五相混合式步進電動機繞組電流波形的分析［J］.微特機電，1997，(5).