畢業(yè)論文---條干均勻度測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與顯示

1、<p>　　條干均勻度測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與顯示</p><p><b>　　緒 論</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景及意義</p><p>　　條干均勻度是衡量紗條軸向粗細(xì)不勻程度、控制紗線質(zhì)量的經(jīng)典而又有效的重要指標(biāo)之一。紗條均勻度測試是指在沿紗線長度方向?qū)ζ浯旨?xì)不勻程度的檢測。紗條不勻，即粗細(xì)不勻疵病，作為評定

2、紗線質(zhì)量最為重要的指標(biāo)，它不僅會(huì)導(dǎo)致紗線強(qiáng)度下降，還將直接影響染整和織造過程，而且對紡織最終產(chǎn)品的性能有直接影響。</p><p>　　條干均勻度測試儀在我國紡織工廠中已廣泛使用，并成為紗條均勻度評價(jià)分等及紗條不勻結(jié)構(gòu)分析的主要手段。隨著計(jì)算機(jī)語言、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代測量技術(shù)的迅速發(fā)展，一種新型的先進(jìn)儀器——虛擬儀器成為當(dāng)前測試系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)，充分利用數(shù)字處理技術(shù)來實(shí)現(xiàn)紗線質(zhì)量的檢測，具有準(zhǔn)確、指標(biāo)量化等優(yōu)點(diǎn)。利用虛

3、擬儀器構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，建立了一個(gè)直觀性較好的條干均勻度測試系統(tǒng)，對實(shí)現(xiàn)紗線質(zhì)量的自動(dòng)化檢測具有一定的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)對提高紗線質(zhì)量也具有重要的意義。</p><p>　　本文研究的主要內(nèi)容是紗線檢測中的外觀質(zhì)量檢測。本文提出了一種利用計(jì)算機(jī)圖形化語言處理和分析技術(shù)對紗線進(jìn)行質(zhì)量檢測和紗條粗細(xì)不勻分析的方法。</p><p>　　目前,在這個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)過程中，紗線尺寸的獲取是將條干儀檢測得到的，

4、通過LabVIEW開發(fā)一套在線的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)，定時(shí)采集系統(tǒng)工作的數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存和分析處理，實(shí)現(xiàn)構(gòu)建靈活、層次體系明確、功能強(qiáng)大且人機(jī)界面友好的測控系統(tǒng)。系統(tǒng)的開發(fā)中采用了虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，豐富了采集系統(tǒng)在上位機(jī)分析處理的功能，并且充分利用虛擬儀器開發(fā)低成本、高效率等優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的集成度，縮短了開發(fā)周期。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>

5、;　　自從1970年瑞士烏斯待(Uster)公司推出USTER TESTER I紗線條干儀以來，技術(shù)不斷改進(jìn)，測試指標(biāo)不斷增加，功能不斷增強(qiáng)，到目前為止，已經(jīng)升級換代至USTER-4。新型USTERTESTER 4-SX 采用模塊系統(tǒng)，便于客戶使用能滿足紡紗者的各種需求。其基本模塊采用了最新發(fā)展的電容傳感器，適于測試短纖紗，精度可以提高l0％。改進(jìn)的模塊可實(shí)現(xiàn)光學(xué)測試毛羽，并采用兩個(gè)完全新型的光學(xué)傳感器測試如棉籽殼碎片、紗線形狀和直徑等

6、參數(shù)。該系統(tǒng)能夠顯示機(jī)器元件缺陷造成的周期性錯(cuò)誤。這個(gè)功能大大縮短了從檢測到糾正錯(cuò)誤的時(shí)間，提高了紗線質(zhì)量，大大減少了廢料，增強(qiáng)了客戶的競爭力。 </p><p>　　在中國，1987年前后分別推出了YGl3l(陜西寶雞長嶺)和GI33(蘇州長風(fēng))型紗線條干均勻度儀，1993年至1995年分別鑒定YGI35和YGI33A型條干儀，技術(shù)水平和 UsTER-III相似或略低。到現(xiàn)在，UsTER 公司推出了全計(jì)

7、算機(jī)型的USTER．中國推出了全計(jì)算機(jī)型的YG135G、YGI36(長嶺)、YGI33C(長風(fēng))，其中YG135G 型條干儀除了完全實(shí)現(xiàn)了UT全部技術(shù)指標(biāo)和功能外還增加了偏移率·門限曲線、線密度(+100．+230％)頻率分布圖和CV值水平和專家診斷分析系統(tǒng)，并對變異系數(shù)·切段長度曲線實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)75點(diǎn)自動(dòng)計(jì)算，顯示了曲線細(xì)密彎曲變化，使電容條干測試分析系統(tǒng)的水平躍上了一個(gè)新的臺(tái)階。</p><p&

8、gt;　　但是總體上來看，國內(nèi)的產(chǎn)品與USTER相比，技術(shù)含量、穩(wěn)定性、系統(tǒng)功能的可擴(kuò)展、應(yīng)用技術(shù)支撐等均有較大差距。進(jìn)口儀器的售價(jià)約100萬元左右(與附件、軟件模塊有關(guān))，國產(chǎn)儀器售價(jià)約30萬元左右。現(xiàn)代科技的發(fā)展，促進(jìn)了電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和新型傳感器技術(shù)的不斷更新，使得紡織檢測技術(shù)水平迅速提高，檢測儀器的自動(dòng)化程度也進(jìn)一步提高和完善，然而現(xiàn)在儀器自動(dòng)化程度的提高已經(jīng)不像過去那樣只是片面的強(qiáng)調(diào)效率，而更多地是為了提高檢測質(zhì)量、穩(wěn)定性

9、、靈敏度和易操作性。自動(dòng)化控制從單機(jī)發(fā)展到了計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，方便了數(shù)據(jù)的采集和管理，并大量采用先進(jìn)的微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字化技術(shù)。這些新技術(shù)的應(yīng)用在國外主流紡織檢測儀器上隨處可見，如以上所介紹的USTER TESTER 4．SX。我國研究、生產(chǎn)紡織檢測儀器已有數(shù)十年的歷史，縱觀我國生產(chǎn)的紡織檢測儀器絕大多數(shù)都是仿造國際已有的產(chǎn)品，再加上我國的生產(chǎn)制造水平不高，使得我國的紡織檢測儀器很難在世界紡織檢測儀器市場上占有一席之地。</p

10、><p>　　各個(gè)國家及相關(guān)企業(yè)把條干均勻度當(dāng)作紡織專用測試儀器中的制高點(diǎn)來爭奪。新型條干儀的研制成本在逐漸增加，如投入關(guān)鍵技術(shù)力量12人，耗費(fèi)約70萬元，歷時(shí)5年時(shí)間研制出中國第一臺(tái)條干儀，而電腦條干儀則耗費(fèi)260多萬元，歷時(shí)3年半才完成，其中的主要原因在于：（1）沒有研究平臺(tái)，難以獲得所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；（2）外界力量較難介入，技術(shù)封鎖和溝通困難，技術(shù)參數(shù)及數(shù)據(jù)接口不公開，無法進(jìn)行二次開發(fā)；（3）所有儀器是面向企業(yè)用

11、戶的，測試時(shí)只能進(jìn)行簡單條件設(shè)置，技術(shù)研究困難較大；（4）綜觀國外的儀器，原來依靠硬件實(shí)現(xiàn)的功能指標(biāo)，現(xiàn)在用軟件代替，技術(shù)的可學(xué)習(xí)模仿性降低。所以，企業(yè)被迫研究開發(fā)核心技術(shù)，而此處恰恰是國內(nèi)許多企業(yè)的弱項(xiàng)，這和產(chǎn)業(yè)化研究不足有關(guān)。</p><p>　　我國研制全數(shù)字化紗條條干均勻度測試儀與研究平臺(tái),意義重大:1)條干儀若以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，從數(shù)據(jù)的采集，到數(shù)據(jù)的處理和最終的顯示都用計(jì)算機(jī)軟硬件來實(shí)現(xiàn)，并使軟硬件模塊化

12、，可以帶來制造成本的下降、精度的提高、處理上的靈活性、功能上的強(qiáng)大性，使用上的易操作性和友好性、維護(hù)上的方便性、需求上的易擴(kuò)展性；(2)原始數(shù)據(jù)可以保存到計(jì)算機(jī)，以后可不斷的被利用，根據(jù)不同的算法由軟件得到指標(biāo)，方便數(shù)據(jù)處理技術(shù)的研究及相應(yīng)算法模塊的更新，意味著條干儀的更新；(3)研究平臺(tái)(又稱虛擬儀器)的建立，意味著研究環(huán)境的開放，儀器本身具有自己的促生能力。它不但能滿足研究的需要，具備對不同條件下測試結(jié)果的對比能力，優(yōu)選技術(shù)方案，而

13、且會(huì)促生新的條干測試儀，快速形成產(chǎn)業(yè)化。</p><p>　　1.3 虛擬儀器(virtual instrument)技術(shù)</p><p>　　傳統(tǒng)儀器一般是一臺(tái)獨(dú)立的裝置。從外觀上看，它一般有操作面板、信號輸入端口、檢測結(jié)果輸出這幾個(gè)部分。從功能方面分析傳統(tǒng)儀器可分為：信號的采集與控制、信號的分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出等。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件（或固化的軟件）來實(shí)現(xiàn)的。這種框架結(jié)

14、構(gòu)決定了它只能由儀器廠家來定義、制造，而且功能和規(guī)格都是固定的，用戶無法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。</p><p>　　虛擬儀器，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。研究涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。虛擬儀器是通過應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能模塊硬件結(jié)合起來的一種全新的測控儀器系統(tǒng)。用戶通過顯示器友好的圖形界面操作計(jì)算機(jī)，完成對被測試量的數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、顯示、存儲(chǔ)等整套測試工作，

15、如同操作一臺(tái)自行定義與設(shè)計(jì)的專用傳統(tǒng)儀器一樣，大大減小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理?？梢钥闯觯浖翘摂M儀器的核心，“軟件就是儀器”從本質(zhì)上反映了虛擬儀器的特征。圖1-1反映了常見的虛擬儀器方案。</p><p>　　圖1-1 反映了常見的虛擬儀器方案</p><p>　　虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較(表１—１)，它具有所需的硬件少、購置費(fèi)用低、可重復(fù)利用；

16、儀器的關(guān)鍵在軟件，可自行定義、技術(shù)更新快、開發(fā)與維修費(fèi)用低、系統(tǒng)開放、方便與外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)連接等一系列的優(yōu)點(diǎn)。因此,虛擬儀器技術(shù)備受各國關(guān)注，被廣泛應(yīng)用于測量、監(jiān)控、檢測、電信及教育等各個(gè)領(lǐng)域，目前正朝著總線與驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)化；硬、軟件模塊化，硬件模塊即插即用；軟件編程平臺(tái)圖形化及通用化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。</p><p>　　表1-1 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對比</p><p>　　虛擬儀

17、器從20世紀(jì)70年代提出智能儀器的概念到目前技術(shù)的日趨成熟,體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)對傳統(tǒng)工業(yè)的革命。要保證虛擬儀器具備與傳統(tǒng)儀器匹配的實(shí)時(shí)處理能力和可靠性,很重要的一點(diǎn)是取決于傳輸測量數(shù)據(jù)的總線結(jié)構(gòu)。在虛擬儀器中，其分析功能是由計(jì)算機(jī)來完成的或由計(jì)算機(jī)來控制的，因此，接口、總線的速度和可靠性是關(guān)鍵?？偩€的出現(xiàn)，使得虛擬儀器設(shè)計(jì)有了一個(gè)高可靠性的硬件平臺(tái)。當(dāng)然，采用普通PC總線，尤其是工業(yè)PCI總線的虛擬儀器也在不斷發(fā)展，這類虛擬儀器主要面向工

18、業(yè)控制，過程監(jiān)測和實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用。我們這套系統(tǒng)就是建立在PCI總線的基礎(chǔ)上。</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)儀器已不能適應(yīng)現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)的要求，虛擬儀器的出現(xiàn)徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，從而使測控儀器發(fā)生了一場巨大的變革。</p><p>　　1.4 課題分析與總體設(shè)計(jì)</p><p>　　1.4.1 本文主要

19、內(nèi)容</p><p>　　本文主要從硬件和軟件的設(shè)計(jì)兩方面進(jìn)行開發(fā)，硬件方面主要是利用現(xiàn)有的高精度電容式條干檢測電路和NI-PCI-6024E數(shù)據(jù)采集卡連接；在軟件方面，利用LabVIEW（G語言）開發(fā)了一套上位機(jī)軟件。</p><p>　　一、利用NI公司的PCI-6024E型數(shù)據(jù)采集卡與電容式條干儀構(gòu)建數(shù)據(jù)采集電路；</p><p>　　二、開發(fā)PC機(jī)的上位機(jī)軟

20、件。利用NI公司的LabVIEW做為軟件平臺(tái)，開發(fā)了一套應(yīng)用軟件；</p><p>　　三、在對數(shù)據(jù)的管理方面，利用LabSQL模塊使得采集的數(shù)據(jù)能夠利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理，很好的提高了數(shù)據(jù)的管理功效。</p><p>　　1.4.2　主要技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　測試系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)：</p><p>　　1.傳感器信號采集，PCI采集卡

21、選用NI公司的PCI-6024E，精度達(dá)到12位；</p><p>　　2.完成傳感器電壓信號A/D轉(zhuǎn)換，訪問LabSQL模塊使得采集的數(shù)據(jù)能夠利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理；</p><p>　　3.數(shù)據(jù)的分析與查詢； </p><p>　　4.界面的制作，報(bào)表數(shù)據(jù)打??；</p><p>　　5.研究在LabVIEW8.0的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)軟件打包，包括EX

22、E文件和INSTALL文件包，使測量系統(tǒng)脫離環(huán)境安裝打包；這項(xiàng)設(shè)計(jì)在LabVIEW6.X和LabVIEW7.X的環(huán)境下是可以實(shí)現(xiàn)的，在LabVIEW8.0環(huán)境中模塊的功能將更強(qiáng)大和完善。</p><p>　　1.4.3　系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)測試要求，系統(tǒng)由條干檢測電路、信號條理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)主機(jī)等電路構(gòu)成,系統(tǒng)框圖如圖1-2所示。</p><

23、;p>　　圖1-2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　利用電容檢測原理測試紗條條干不勻， 當(dāng)被測試樣以規(guī)定的速度通過電容傳感器時(shí)會(huì)引起介電常數(shù)的變化，從而導(dǎo)致電容量變化，由處理電路轉(zhuǎn)換為線密度變化引起傳感器平行極板電容量與線密度變化相對應(yīng)的信號電壓的變化，再經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入計(jì)算機(jī)專用軟件管理系統(tǒng)，經(jīng)運(yùn)算處理后將試樣線密度不勻以曲線、數(shù)值、波譜等形式輸出。</p><p>　　虛

24、擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的是美國NI公司推出的虛擬儀器（LabVIEW）開發(fā)平臺(tái)（Ｇ語言）。至今已推出好多版本，本設(shè)計(jì)采用的是LabVIEW 8.0——G語言（計(jì)算機(jī)圖形化語言）處理和分析技術(shù)對紗線質(zhì)量和紗條粗細(xì)不勻進(jìn)行檢測。</p><p><b>　　系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集</b></p><p>&l

25、t;b>　　2.1 條干概述</b></p><p>　　1.形成條干不勻的原因</p><p>　?、儆捎诶w維原料性質(zhì)差異而形成紗條不勻。各種天然纖維在長度、細(xì)度或其他性能方面都存在著不均勻性，經(jīng)同一機(jī)械和工藝加工就會(huì)造成差異，形成不勻?！　、谟捎诶w維隨機(jī)排列而產(chǎn)生紗條不勻。根據(jù)短纖維紡紗原理，理想紗條可以假設(shè)由纖維隨機(jī)排列而組成，這種隨機(jī)排列的紗條具有一定的不勻率

26、，稱為隨機(jī)不勻率，數(shù)值與紗條截面中的平均纖維根數(shù)的平方根成反比，纖維根數(shù)少時(shí)隨機(jī)不勻?qū)⒃龃??！　、塾捎诩徏喒に噮?shù)選擇不良而產(chǎn)生紗條不勻。例如牽伸機(jī)構(gòu)隔距、加壓等工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，造成對纖維運(yùn)動(dòng)控制不良，就會(huì)產(chǎn)生節(jié)粗節(jié)、細(xì)節(jié)現(xiàn)象，形成粗細(xì)不勻?！　、苡捎诩徏啓C(jī)械缺陷所產(chǎn)生的紗條不勻。如羅拉或皮輥偏心、齒輪缺損等，會(huì)使紗條產(chǎn)生明顯的周期性不勻，常呈粗細(xì)起伏的波浪變化，波長較短的稱短片段不勻，長的稱長片段不勻。一般，前紡機(jī)械產(chǎn)生的短片段

27、不勻，由于牽伸變長，在紗線中呈現(xiàn)長片段不勻；細(xì)紗機(jī)上所產(chǎn)生的不勻，是短片段不勻。</p><p><b>　　2.條干測定方法</b></p><p>　　條干均勻度檢測通常有切段稱重法、黑板條干目測法和儀器檢測法三種。切段稱重法可用于各道半制品和細(xì)紗；黑板條干目測法主要用于細(xì)紗；儀器檢測法又可分為電容式檢測和機(jī)械式檢測兩種。電容式檢測適用于條子、粗紗和細(xì)紗，機(jī)械式檢

28、測僅適用于條子和粗紗。電容式條干法測得結(jié)果對于鑒定紗樣的質(zhì)量、分析紗樣結(jié)構(gòu)和特征以及判斷產(chǎn)生條干不勻的原因有著重要的作用，如果儀器裝有專家分析系統(tǒng)，可以進(jìn)一步提高儀器使用價(jià)值。</p><p>　?、?切段稱重法：該方法是測定紗條粗細(xì)不勻的最基本、最簡便的方法。把紗條按規(guī)定長度切段，并分別稱重，然后計(jì)算不勻率指數(shù)。所取的片段長度和片段數(shù)量，視實(shí)際生產(chǎn)情況和試驗(yàn)精度要求而定。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是測試計(jì)算工作量太大，耗時(shí)

29、較多。因此，這種方法僅對要求準(zhǔn)確度較高的研究工作或校正其它測定不勻率儀器的讀數(shù)時(shí)才被應(yīng)用。</p><p>　　②.黑板條干目測法：是生產(chǎn)中常用的檢查和評定細(xì)紗條干水平的方法。將細(xì)紗以相等的間隔均勻地繞在長方形（或梯形）黑板上，可以直觀分析細(xì)紗不勻的構(gòu)成情況，對照標(biāo)樣對細(xì)紗條干進(jìn)行評級。分級標(biāo)準(zhǔn)和取樣評定方法各國有所不同。黑板目測法對黑板規(guī)格、檢驗(yàn)時(shí)光照、觀察距離等均有一定要求。</p><p

30、>　　目測法雖然具有操作簡便、投資少等優(yōu)點(diǎn)，但也存在著一些不足。目測的棉結(jié)是由許多根纖維扭結(jié)在一起才能被目力辨認(rèn)的纖維團(tuán)，取決于光線照度、測試人員的眼力和操作經(jīng)驗(yàn)。棉結(jié)單個(gè)間的大小差異較大，由于人眼分辨率的限制，許多客觀存在的細(xì)小棉結(jié)不能被目測計(jì)數(shù)，檢測的結(jié)果因人而異，不能完全反映棉結(jié)的真實(shí)情況。目測法檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和一致性欠佳。</p><p>　?、?儀器檢測法：電容式均勻度試驗(yàn)儀適用于測試各種短

31、纖維紡制的條子、粗紗和細(xì)紗的條干不勻率。對于長絲，須加裝假拈裝置以消除紗條“截面效應(yīng)”（即由于紗條截面形態(tài)在檢測電容槽間的變異而引起的檢測誤差）。應(yīng)用電容式均勻度儀測試紗條不勻率時(shí)，能同時(shí)測定細(xì)紗的細(xì)節(jié)、粗節(jié)和結(jié)雜數(shù)，此外，還能對紗條不勻的構(gòu)成進(jìn)行譜分析,畫出波譜圖,以顯示紗條中顯著周期不勻。根據(jù)波譜圖可以尋找各工序中產(chǎn)生疵病的原因，加以改善或排除。應(yīng)用電容式均勻度儀所測定紗條的不勻率,可用平均差系數(shù)不勻率U％值或均方差系數(shù)不勻率CV％

32、值來表示。機(jī)械式均勻度試驗(yàn)儀適用于測試條子和粗紗的條干不勻。將條子或粗紗放入一定規(guī)格的凹槽內(nèi)，上面加有一定壓力，測定紗條的厚度變化。不勻率常用每米紗條內(nèi)平均極差系數(shù)來表示。因極差系數(shù)不能表示紗條不勻結(jié)構(gòu)的組成，所以很少利用。</p><p>　　本系統(tǒng)硬件采用電容式檢測法，下面介紹YG135CⅡ型電容式條干均勻度儀。</p><p>　　2.2 YG135CⅡ型電容式條干均勻度儀<

33、/p><p>　　YG135CⅡ型條干均勻度儀是采用虛擬儀器結(jié)構(gòu)形式的新一代條干均勻度測試儀, 它的電氣結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-1所示：</p><p>　　圖2-1 YG135C電氣結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　本次系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)時(shí)使用的是YG135CⅡ型電容式條干均勻度儀,儀器由自動(dòng)移紗機(jī)構(gòu)、傳感頭、電機(jī)控制以及電源指示構(gòu)成。實(shí)物圖如下:</p><p&

34、gt;　　圖2-2 YG135CⅡ型電容式條干均勻度儀</p><p>　　2.2.1 電容式測試的工作原理</p><p>　　對于平行極板電容器,在兩個(gè)極板上施加電壓V后,集聚電荷Q的值為:</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　其中為電容器的電容。在電壓保持穩(wěn)定的前提下,電量隨電容

35、的變化而變化。電容的值取決于兩極板的參數(shù)和相對位置及極板間電介質(zhì)的電容率。</p><p>　　如圖2-3 所示，有一極板面積為S、間距為L 的平行板電容器，如忽略其邊緣效應(yīng)， 在沒有紗條時(shí)，電容量為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中： ———真空電容率（真空介電常數(shù))。</p><

36、;p>　　如果將紗條垂直于電場放入電容傳感器之中，并且充滿度很小不會(huì)引起電場畸變時(shí)， 其電容量為：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中： ———紗條相對電容率；</p><p><b>　　———紗條電容率。</b></p><p>　　設(shè)紗條直徑為,如果

37、< < 時(shí),則厚度的變化和電容量呈線性關(guān)系,即：</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　圖2-3　電容與介質(zhì)示意圖</p><p>　　如果 、 保持不變，則電容的變化量僅和紗條直徑有關(guān)。所以通過測量輸出電量的變化可以反映紗條的粗細(xì)不勻。電容式均勻度儀就是利用這一原理來測定紗條的條干均勻度。</

38、p><p>　　電容式條干均勻度儀電路由電源電路、信號處理電路以及電容傳感器電路組成。電源電路原理如圖2-4所示，220V交流電壓經(jīng)變壓器降壓、整流堆整流、電容濾波后再分別經(jīng)穩(wěn)壓芯片穩(wěn)壓，得到的直流電壓為各部分電路供電。 </p><p>　　圖2-4 電源電路實(shí)物電路圖</p><p>　　利用電容檢測原理測試紗條條干不勻（圖2-5），其檢測器是兩個(gè)平行金屬極板組成

39、的平板式空氣電容器，當(dāng)相同的電介質(zhì)連續(xù)通過電容器時(shí)，電容量的變化率與介質(zhì)質(zhì)量的變化率呈線性關(guān)系，因此,當(dāng)紗條以一定速度連續(xù)通過電容器極板時(shí)，紗條線密度的變化即轉(zhuǎn)換為電容量的變化。將檢測器輸出的電信號，經(jīng)過電路運(yùn)算處理即可得到表示紗條條干不勻特征的各種結(jié)果。</p><p>　　圖2-5 電容式條干均勻度儀原理</p><p>　　信號處理電路原理圖見附錄三。利用中振產(chǎn)生8MHZ的方波，經(jīng)

40、過石英晶振濾波，產(chǎn)生抗干擾能力極強(qiáng)的正弦波。經(jīng)過高頻運(yùn)放放大、倒相。當(dāng)紗線經(jīng)過傳感頭時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓變化量，再經(jīng)運(yùn)放等處理后輸出。</p><p>　　電容式條干均勻度儀可以實(shí)現(xiàn)對細(xì)紗、粗紗、條子線密度不勻程度的測量，還可提供CV值、各檔門限疵點(diǎn)數(shù)等有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)，并在屏幕上顯示紗條實(shí)時(shí)不勻率曲線圖、波譜圖及等圖形。這些圖形能直觀的反映紗條狀況，有助于生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控與分析。</p>&l

41、t;p>　　2.3 數(shù)據(jù)采集概述</p><p>　　使用計(jì)算機(jī)對現(xiàn)實(shí)世界中的信息實(shí)現(xiàn)顯示和處理,其前提條件是將計(jì)算機(jī)和現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來。這需要將現(xiàn)實(shí)世界中的各種信號（統(tǒng)稱模擬信號）轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識別、存儲(chǔ)的信號（統(tǒng)稱數(shù)字信號），這一過程稱為數(shù)據(jù)采集（DAQ，DataACquisition）。數(shù)據(jù)采集是對多路模擬信號進(jìn)行數(shù)字化測量，從而獲得大量數(shù)據(jù)以便進(jìn)行分析和處理。它是外部被測模擬信號進(jìn)入測量系統(tǒng)的必

42、經(jīng)前置通道。</p><p>　　2.3.1 數(shù)據(jù)采集(DAQ)的基本概念</p><p>　　一般情況下，DAQ（數(shù)據(jù)采集）硬件設(shè)備的基本功能包括模擬輸入（A/D），模擬量輸出（D/A）、數(shù)字IO（Digital I/O）和定時(shí)(Timer)、計(jì)數(shù)(Counter)。</p><p><b>　　1.A/D轉(zhuǎn)換器</b></p>

43、<p>　　A/D轉(zhuǎn)換器是把輸入模擬量轉(zhuǎn)換為輸出數(shù)字量的器件,也就是 DAQ硬件的核心。就工作原理而言，A/D轉(zhuǎn)換有3種方法：逐次逼近法、雙積分法和并行比較法。在DAQ產(chǎn)品中應(yīng)用較多的方法是逐次逼近法A/D。雙積分法A/D主要應(yīng)用于速度要求不高，可靠性和抗干擾性要求較高的場合。衡量A/D轉(zhuǎn)換器性能好壞主要有兩個(gè)指標(biāo)，一是采樣分辨率，即A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)，二是A/D轉(zhuǎn)換速度。這二者都與A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理有關(guān)。</p&

44、gt;<p><b>　　2.D/A轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　DAQ系統(tǒng)經(jīng)常需要為被測對象提供激勵(lì)信號，也就是輸出模擬量信號。D/A轉(zhuǎn)換器就是將數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換為模擬量輸出的器件。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能參數(shù)是分辨率和線性誤差分辨率，分辨率取決于D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，線性誤差則刻畫了D/A轉(zhuǎn)換器的精度。</p><p><b>　　3.數(shù)字

45、I/Q</b></p><p>　　在DAQ應(yīng)用中經(jīng)常需要采集外部設(shè)備工作動(dòng)態(tài)，建立與外部設(shè)備的通信，此時(shí)就需要用到DAQ設(shè)備的數(shù)字I/Q功能。一般的數(shù)字I/Q板卡均采用TTL電平。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，對于大功率外部設(shè)備的驅(qū)動(dòng)需設(shè)計(jì)專門的信號處理裝置。</p><p><b>　　4.定時(shí)/計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　在DAQ

46、應(yīng)用中還經(jīng)常用到定時(shí)/計(jì)數(shù)器功能，比如脈沖周期信號測量、精確時(shí)間控制和脈沖信號產(chǎn)生等。定時(shí)/計(jì)數(shù)器的兩個(gè)主要性能指標(biāo)是分辨率和始終頻率，分辨率越大，計(jì)數(shù)器位數(shù)越大，計(jì)數(shù)值越高。</p><p>　　2.3.2　數(shù)據(jù)采集卡的基本性能指標(biāo) </p><p>　　1.模擬信號輸入部分</p><p>　　(1) 模擬輸入通道數(shù)。該參數(shù)表明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號路

47、數(shù)。</p><p>　　(2) 信號的輸入方式。一般采集信號的輸入方式有：</p><p>　　單端輸入：即信號的其中一個(gè)端子接地。單端輸入以一個(gè)共同接地點(diǎn)為參考點(diǎn)。這種方式使用于輸入信號為高電平（大于一伏），信號源與采集端之間的距離較短（小于15英尺），并且所有輸入信號有一個(gè)公共接地端。如果不能滿足上述條件，則需要使用差動(dòng)輸入。</p><p>　　在參考地單端

48、（Referenced Single-Ended,RSE）測量系統(tǒng)中，被測信號一端接模擬輸入通道；另一端接系統(tǒng)地AIGND。如圖2-6描繪了一個(gè)16通道的RSE測量系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-6　參考地單端測量系統(tǒng)和無參考地單端測量系統(tǒng)</p><p>　　（a）參考地單端測量系統(tǒng)；（b）無參考地單端測量系統(tǒng)</p><p>　　差動(dòng)輸入：即信號的兩端均浮地。

49、差分輸入方式下，每個(gè)輸入可以有不同的接地參考點(diǎn)。并且，由于消除了共模噪聲的誤差，所以差分輸入的精度教高。</p><p>　　在差分測量系統(tǒng)中，信號輸入端的正、負(fù)極分別與兩個(gè)不同的模擬輸入端口相連接，并通過多路開關(guān)（MUX）分別連接到儀用放大器（Instrumentation Amplifier,簡稱Inst Amp）的正負(fù)極上。</p><p>　　圖2-7　差分測量系統(tǒng)</p&g

50、t;<p>　　一個(gè)理想的差分測量系統(tǒng)應(yīng)僅能測出信號輸入的正、負(fù)極之間的電位差，而無法測量出共模電壓。但是實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)據(jù)采集卡的共模電壓的范圍限制了相對于測量系統(tǒng)地的輸入電壓的波動(dòng)范圍。共模電壓的范圍關(guān)系到一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的性能。可以用不同的方式來消除共模電壓的影響。如果系統(tǒng)共模電壓超過允許范圍，需要限制信號地與數(shù)據(jù)采集卡的地之間的浮地電壓，以避免得到錯(cuò)誤的測量數(shù)據(jù)。</p><p>　　(3) 選

51、擇合適的測量方式。不論測量接地信號還是浮動(dòng)信號，差分測量系統(tǒng)都是很好的選擇，因?yàn)樗坏苊饬私拥鼗芈犯蓴_,還避免了環(huán)境干擾。相反，如果采用RSE系統(tǒng)，則兩種干擾可能均存在，在所有輸入信號都滿足以下指標(biāo)時(shí)，可以采用RSE測量方式：輸入信號是高電平（一般超過1V）；連線較短（一般小于5m），并且環(huán)境干擾很小或屏蔽良好；所有輸入信號都與信號源共地。當(dāng)一項(xiàng)不滿足上述要求時(shí)，就應(yīng)該考慮使用差分測量方式，所以在本畢業(yè)設(shè)計(jì)中選用PCI-6024E。&

52、lt;/p><p>　　(4) 模擬信號的輸入范圍（量程）。指ADC能夠量處理的最大、最小輸入電壓至值。DAQ卡提供了可選擇的輸入范圍，它與分辨率、增益等配合，以獲得最佳的精度。</p><p>　　(5) 放大器增益。表示輸入信號被處理前放大或縮小的倍數(shù)。給信號設(shè)置一個(gè)增益值，就可以實(shí)際減小信號的輸入范圍，使模數(shù)轉(zhuǎn)換能盡量地細(xì)分輸入信號。當(dāng)輸入信號為滿量程的1/10時(shí)，量化誤差相應(yīng)擴(kuò)大到原來

53、的10倍。一般情況下要選擇合適的增益，使得輸入信號的動(dòng)態(tài)范圍與ADC的電壓范圍相適應(yīng)。當(dāng)信號的最大電壓乘以增益，超過板卡的最大電壓時(shí)，超出部分將被截?cái)喽x出錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。</p><p>　　對于NI公司的采集卡選擇的增益是在LabVIEW中通過設(shè)置信號的輸入范圍（Input Limits）來實(shí)現(xiàn)的，LabVIEW會(huì)根據(jù)選擇的輸入范圍來自動(dòng)配置增益。</p><p>　　(6) 分辨率。分辨

54、率是A/D轉(zhuǎn)換所使用的位數(shù)。分辨率越高，輸入信號的細(xì)分程度就越高，能夠識別的信號變化量就越小。目前就采集卡的分辨率來說，8位采集卡屬于初級產(chǎn)品，12位采集卡屬中擋產(chǎn)品，16位采集卡則比較高級，它們可以將模擬輸入電壓分別量化為=256，=4096，=65536。</p><p><b>　　2.A/D轉(zhuǎn)換部分</b></p><p>　?。?）采樣速率。指在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)

55、據(jù)采集卡對模擬信號的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集卡的重要技術(shù)指標(biāo)。由采樣定理，為了使采樣后輸出的離散時(shí)間序列信號能無失真地復(fù)原輸入信號，必須使采樣頻率fs至少為輸入信號最高有效頻率fmax的兩倍，否則會(huì)出現(xiàn)頻率混淆誤差。實(shí)際系統(tǒng)中，為了保證數(shù)據(jù)采樣精度，一般有下列關(guān)系：</p><p>　　fs=(7～10)fmaxN （2-5）</p><p>　　式(2-6)中N為多通道

56、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的通道數(shù)。</p><p>　　采樣率決定了A/D變換的速率。采樣率高，則在一定時(shí)間內(nèi)采樣點(diǎn)就多，對信號的數(shù)字表達(dá)就越精確。采樣率必須保證一定的數(shù)值，如果太低，則精確度就很差。圖2-8表示了采樣率對精度的影響。</p><p><b>　　采樣頻率足夠</b></p><p>　　采樣頻率不夠引起波形畸變</p>&l

57、t;p>　　圖2-8 采樣率對精度的影響</p><p>　　（2）位數(shù)X。是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。當(dāng)輸入電壓由U=0增至滿量程值U=UH時(shí)，如一個(gè)八位（X=8）A/D的數(shù)字輸出由八個(gè)“0”變?yōu)榘藗€(gè)“1”，共計(jì)變化個(gè)狀態(tài)，故A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)最低有效位數(shù)字量的輸出改變量，相應(yīng)的輸入量Umin=1LSB=q=UH/,q為量化值。圖2-9示出了八位A/D的輸入與輸出的關(guān)系。</p>

58、<p>　?。╝） (b) (c)</p><p>　　圖2-9 八位A/D的輸入與輸出關(guān)系</p><p>　　上圖中:(a)U=0時(shí)的輸出[00000000]；(b)U=時(shí)的滿量程輸出[11111111]；(c)U=q時(shí)1LSB的輸出[00000001]。</p><p>　?。?

59、）分辨率與分辨力。指數(shù)據(jù)采集卡可分辨的輸入信號最小變化量。分辨率一般以A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。分辨力為1LSB（最低有效位數(shù)）。</p><p>　?。?）精度。一般用量化誤差表示，量化誤差=LSB/2=q/2。</p><p>　　3.D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換部分</p><p>　?。?）分辨率。指當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化即1LSB時(shí)，所對應(yīng)輸出

60、模擬量的變化量。通常用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)b表示；</p><p>　?。?）標(biāo)稱滿量程。指相當(dāng)于數(shù)字量標(biāo)稱值的模擬輸出量；</p><p>　?。?）響應(yīng)時(shí)間。指數(shù)字量變后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍內(nèi)（LSB/2）所經(jīng)歷的時(shí)間。</p><p>　　以上為數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)。對一些功能豐富的數(shù)據(jù)采集卡，還有定時(shí)/計(jì)數(shù)等其它功能，相應(yīng)地還有其它相關(guān)指標(biāo)。

61、鑒于在本課題中未用到這些指標(biāo)，故不予列出。</p><p>　　2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成</p><p>　　數(shù)據(jù)采集是LabVIEW的核心技術(shù)之一。LabVIEW提供了與NI公司的數(shù)據(jù)采集硬件相配合的豐富的軟件資源，使得它能夠方便地將顯示世界中各種物理量數(shù)據(jù)采集到計(jì)算機(jī)中，從而為計(jì)算機(jī)在測量領(lǐng)域發(fā)揮其強(qiáng)大的功能奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　要將數(shù)據(jù)采集到計(jì)

62、算機(jī)里，并對其進(jìn)行合理的組織，需要構(gòu)建一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集（DAQ）系統(tǒng)。它包括：傳感器和變換器、信號調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集卡（或裝置）、驅(qū)動(dòng)程序、硬件配置管理軟件、應(yīng)用軟件和計(jì)算機(jī)等。常見數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如2-10所示。</p><p>　　圖2-10 基本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>　　使用不同的傳感器和變換器可以測量各種不同的物理量，并將他們轉(zhuǎn)化成電信號；信號調(diào)理設(shè)備可對數(shù)據(jù)采集卡等數(shù)據(jù)進(jìn)

63、行加工，使他們適合數(shù)據(jù)采集卡等設(shè)備的需求；計(jì)算機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡等獲得測量數(shù)據(jù)；軟件則控制著整個(gè)測量系統(tǒng)，對原始數(shù)據(jù)作分析處理。</p><p>　　由圖2-11( DAQ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖)可以看出，傳感器和變換器種類繁多，它們直接與各種物理量打交道，并將這些物理量轉(zhuǎn)換為DAQ系統(tǒng)可以采集的電信號。在設(shè)計(jì)自動(dòng)化測量系統(tǒng)前，必須要對待測對象和測量需求作詳細(xì)分析，正確選擇合適的傳感器和變換器。</p><

64、p>　　信號調(diào)理設(shè)備對傳感器和變換器送來的信號采取放大、濾波、隔離等措施，將它們轉(zhuǎn)化成采集設(shè)備易于讀取的信號。如果實(shí)際中的信號符合數(shù)據(jù)采集卡等采集設(shè)備的要求，則信號調(diào)理模塊可以省略。</p><p>　　采集設(shè)備將數(shù)據(jù)送到計(jì)算機(jī)中。比較常見的是插入式數(shù)據(jù)采集卡，它可以直接插到臺(tái)式機(jī)的PCI槽上；還有基于PXI規(guī)范的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，它內(nèi)部可以插入多個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，相當(dāng)于擴(kuò)展了計(jì)算機(jī)的PCI插槽；另外還有通過各種其

65、他總線與計(jì)算機(jī)相連的外置式DAQ設(shè)備，總線形式包括并口、串口、USB口以及筆記本電腦中常用的PCMCIA口等；很多儀器也可以通過GPIB等總線與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能。</p><p>　　圖2-11 DAQ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中采用的采集卡是NI公司的PCI-6024E采集卡（如圖2-12），具體性能和配置如下：PCI-6024E and Low-Cost

66、multifunction I/O Board for PCI（200KS/s采樣率）模擬輸入：16路單端，8路差分，12位A/D；最大輸入電壓范圍：±10V；模擬輸出：2路12位精度，8路數(shù)字I/O線，靜態(tài)模擬和數(shù)字觸發(fā)。</p><p>　　圖2-12 PCI-6024E</p><p>　　E系列 PCI性能比較如下表2-1所示：</p><p>

67、　　表2-1 E系列 PCI性能比較</p><p>　　2.5 采用NI板卡實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集</p><p>　　利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集有許多方式，其中最簡單的方式莫過于直接利用NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集板卡和LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　將數(shù)據(jù)采集卡安裝在計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插槽內(nèi)，安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，這一步驟和計(jì)算機(jī)其它硬件沒什么區(qū)別。

68、所不同的是NI公司還提供了一個(gè)專門的數(shù)據(jù)采集卡的配置工具軟件——Measurement & Automation Explorer ,針對數(shù)據(jù)采集卡，它完成NI公司數(shù)據(jù)采集卡的檢測、性能測試、屬性配置和刪除。</p><p>　　LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集實(shí)際上包含了模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出和計(jì)數(shù)器四種信號的輸入輸出方式。在本次測試系統(tǒng)中，用的是模擬輸入方式。數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-13:<

69、;/p><p>　　圖2-13 數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　上圖表示了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)AQ板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。然后啟動(dòng)測量系統(tǒng)進(jìn)行信號測量。</p><p>　　LabVIEW環(huán)境簡介</p><p>　　LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laborato

70、ry Virtural Instrument Engineering Workbench)的簡稱,是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，能夠以其直觀簡單的編程方式、眾多的源代碼級的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶快捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際工程中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。</p><p>　　LabVIEW軟件特點(diǎn)</p>

71、<p>　　LabVIEW是通過圖形符號來描述程序的行為，它消除了令人煩惱的語法規(guī)則，減輕了用戶編程的負(fù)擔(dān)，可以把效率提高數(shù)十倍，其主要特點(diǎn)可歸納為以下幾點(diǎn):</p><p>　?、?具有圖形化的編程方式，是真正面向科學(xué)家和工程師的語言；</p><p>　?、?提供了大量的虛擬儀器和函數(shù)庫來幫助編程,采用傳統(tǒng)的調(diào)試手段與新穎的高亮顯示，有利于編程人員進(jìn)行調(diào)試；</p&

72、gt;<p>　?、?囊括了各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有函數(shù)，方便了那些不懂總線標(biāo)準(zhǔn)的用戶也能夠驅(qū)動(dòng)不同的總線標(biāo)準(zhǔn)接口設(shè)備與儀器；</p><p>　?、?強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，可以進(jìn)行網(wǎng)上發(fā)布以及遠(yuǎn)程監(jiān)控儀器；</p><p>　　LabVIEW像許多重要的軟件一樣，它提供了Windows、UNLX、Linux、Macintosh的多種版本。</p>

73、<p>　　3.2 LabVIEW8.0的操作模板 </p><p>　　LabVIEW中的操作模板分為工具模板、控件模板和函數(shù)模板，LabVIEW程序的創(chuàng)建主要依靠這三個(gè)模板完成。工具模版提供了用于創(chuàng)建、修改和調(diào)試程序的基本工具；控件模板中涵蓋了各種Controls（控制量）和Indicators（顯示量），主要用來創(chuàng)建前面板中的對象，構(gòu)建程序的界面；函數(shù)摸板包含了編寫程序的過程中用到的函數(shù)和V

74、I程序，主要用于構(gòu)建后面板中的對象?？丶搴秃瘮?shù)模板中的對象被分門別類地安排在不同的子模版中。</p><p>　　一般在啟動(dòng)LabVIEW的時(shí)候，三個(gè)模板會(huì)出現(xiàn)在屏幕上，由于控制模版只對前面板有效，所以只有在激活前面板的時(shí)候才會(huì)顯示。同樣，只有在激活后面板的時(shí)候才會(huì)顯示函數(shù)模板。如果模板沒有被顯出來，可以通過菜單View/ Tools Palette來顯示函數(shù)模板，通過Windows/Show Control

75、 Palette顯示控件模板，通過Windows/Show Function Palette顯示函數(shù)模板。</p><p>　　1.編輯工具——工具模板</p><p>　　工具模板如圖3-1所示，它提供了用于操作、編輯前面板和流程圖上對象的各種工具。若想選用某操作工具，只需用鼠標(biāo)點(diǎn)擊該工具圖標(biāo)即可。工具模板的調(diào)用方法是執(zhí)行“View>> Tools Palette”操作。&l

76、t;/p><p>　　圖3-1 LabVIWE的工具模板</p><p>　　工具模板中各種不同的工具的圖標(biāo)及其相應(yīng)的功能如下：</p><p>　　：自動(dòng)/手動(dòng)選擇切換。當(dāng)按下自動(dòng)選擇按鈕，鼠標(biāo)經(jīng)過前、后面板的對象時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)選擇工具模板中相應(yīng)的工具，方便用戶操作。當(dāng)用戶選擇手動(dòng)時(shí)，需要手動(dòng)選擇工具模板中的相應(yīng)工具；</p><p>　?。?/p>

77、操縱工具，用來操縱前面板中的控制器和指示器。當(dāng)用它指向數(shù)值或者字符量時(shí)，它會(huì)自動(dòng)變成標(biāo)簽工具；</p><p>　?。何恢谩⒊叽?、選擇工具，用來選取對象，改變對象的位置和大??；</p><p>　?。簶?biāo)簽工具，用于輸入標(biāo)簽文本或者創(chuàng)建標(biāo)簽；</p><p>　?。哼B線工具，用于在后面板中連接兩個(gè)對象的數(shù)據(jù)端口。當(dāng)用連線工具接近對象時(shí)，會(huì)顯示出其數(shù)據(jù)端口以供連線之用。

78、如果打開了幫助窗口，那么當(dāng)用連線工具置于某連線上時(shí)，會(huì)在幫助窗口顯示其數(shù)據(jù)類型；</p><p>　?。簩ο髲棾霾藛喂ぞ?，當(dāng)用該工具單擊某對象時(shí)，會(huì)彈出該對象的快捷菜單；</p><p>　?。簼L動(dòng)窗口工具，使用該工具，無須滾動(dòng)條就可以自由滾動(dòng)整個(gè)圖形；</p><p>　?。簲帱c(diǎn)工具，在調(diào)試程序過程中設(shè)置斷點(diǎn)；</p><p>　?。禾结樄?/p>

79、具，在代碼中加入探針，用于調(diào)試程序過程中監(jiān)視數(shù)據(jù)的變化；</p><p>　?。喝∩ぞ撸簭漠?dāng)前窗口中提取顏色；</p><p>　?。侯伾O(shè)置工具，用來設(shè)置窗口中對象的前景色和背景色。</p><p>　　2.前面板設(shè)計(jì)工具——控件模板</p><p>　　控件模板中包括了用來創(chuàng)建前面板對象的各種控制量和顯示量，是用戶設(shè)計(jì)前面板的工具，La

80、bVIEW8.0中的控件模板如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 LabVIEW8.0的控件模板 圖3-3 LabVIEW8.0的函數(shù)模板</p><p>　　3.框圖程序設(shè)計(jì)工具——函數(shù)模板</p><p>　　與控件模板相對應(yīng)的函數(shù)模板主要用于對VI后面板的設(shè)計(jì)。在函數(shù)模板中，按照功能分門別類地存放著一些函數(shù)、VIs和Expre

81、ss VIs。LabVIEW8.0的函數(shù)模板如圖3-3所示。</p><p>　　而在本設(shè)計(jì)中采用得最多的函數(shù)模板就是Mathemaatics子模版。LabVIEW8.0的函數(shù)模板中的信號處理子模板如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 LabVIEW8.0的函數(shù)模板中數(shù)學(xué)運(yùn)算子模板</p><p>　　3.3 局部變量和全局變量</p>

82、<p>　　LabVIEW通過數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的方式來控制程序的運(yùn)行，在程序中用連線連接多個(gè)控件，以交換數(shù)據(jù)。這種驅(qū)動(dòng)方式和數(shù)據(jù)交換方式在某些情況下可能會(huì)遇到麻煩，例如程序復(fù)雜時(shí)，連線會(huì)非?；靵y，其結(jié)果是導(dǎo)致程序的可讀性變得很差，有些時(shí)候甚至影響程序的正常工作以及程序員對程序的調(diào)式和管理。另外，僅僅依靠連線也無法進(jìn)行兩個(gè)VI程序之間的數(shù)據(jù)交換。</p><p>　　LabVIEW中的局部變量和全局變量在某種程

83、度上可以解決上述問題，因而在LabVIEW程序設(shè)計(jì)中具有重要意義。</p><p><b>　　1.局部變量</b></p><p>　　局部變量主要用于程序內(nèi)部傳遞數(shù)據(jù)，它既可以作為控制量向其他對象傳遞數(shù)據(jù)，也可以作為顯示量接收其他對象傳遞過來的數(shù)據(jù)，在LabVIEW中，建立局部變量的方式有兩種，下面分別介紹。</p><p>　　第一種方式

84、是直接在函數(shù)模版中的Structure子模版中選擇Local Variable，并放置在后面板上，形成一個(gè)還沒有被賦值的局部變量，圖標(biāo)為。第二種方式是在后面板中已有的對象上面單擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇Create Local Variable，構(gòu)成這個(gè)對象的局部變量。從某種意義上講，局部變量是它所代表的對象的替身，可以用于傳遞這個(gè)對象的數(shù)據(jù)。局部變量既可以是控制量也可以是顯示量，如果想要將一個(gè)顯示量的局部變量變成控制量，只需要

85、在局部變量上單擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的快捷菜單中選擇Change to Read；反之，則需要在快捷菜單中選擇Change to Write。</p><p><b>　　2.全局變量</b></p><p>　　前面介紹了局部變量的建立和使用方法，局部變量通常用于程序內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳遞，對于程序間的數(shù)據(jù)傳遞就無能為力了，而全局變量可以解決在LabVIEW的程序間傳遞數(shù)據(jù)的問

86、題。</p><p>　　創(chuàng)建全局變量的方法有兩種，第一種方法是在LabVIEW的新建菜單中選擇Global Variable，如圖3-5所示，單擊“OK”按鈕后可以打開設(shè)計(jì)全局變量窗口，如圖3-6所示，這是一個(gè)沒有后面板的LabVIEW程序，也就是說它僅僅是一個(gè)盛放前面板中控件的容器，沒有任何代碼，編輯后保存成為一個(gè)VI，便建立了一個(gè)全局變量；第二種方法是用LabVIEW函數(shù)模版中的Structure子模版，從

87、中選擇Global Variable并放置在程序的后面板，在后面板生成圖標(biāo)，雙擊圖標(biāo)便可打開如圖3-7所示的編輯窗口，在這里可以編輯該全局變量。</p><p>　　圖3-5 新建一個(gè)全局變量</p><p>　　圖2-7 編輯全局變量 圖2-7 調(diào)用全局變量</p><p>　　3.4 結(jié)構(gòu)化與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)&l

88、t;/p><p>　　LabVIEW8.0提供了多種方式用于程序的流程控制，包括順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、公式節(jié)點(diǎn)、反饋節(jié)點(diǎn)以及定時(shí)循環(huán)，這些方式具有結(jié)構(gòu)化特征，也正是這些用于流程控制的機(jī)制使得LabVIEW的結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)成為了可能。同時(shí)，LabVIEW也支持事件結(jié)構(gòu)這種具有面向?qū)ο筇卣鞯某绦蛄鞒炭刂品绞剑眠@種方式，用戶可以將程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在對各種事件的響應(yīng)上面。流程的控制被大大簡化。綜合應(yīng)用這兩種方式，

89、可以提高程序設(shè)計(jì)的效率，高效地完成LabVIEW的程序設(shè)計(jì)。</p><p>　　在LabVIEW8.0中，用于程序流程控制的函數(shù)、VIs及Express VIs位于函數(shù)模板中的Ececution Control和Structure子模板中。兩個(gè)子模板分別如圖3-8和圖3-9所示。</p><p>　　圖3-8 函數(shù)模板中的Execution Control子模板 圖3-9 函數(shù)模板

90、中的Structure子模板</p><p><b>　　1.循環(huán)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　在LabVIEW中有兩種類型的循環(huán)結(jié)構(gòu)，分別是For循環(huán)和While循環(huán)。他們的區(qū)別是For循環(huán)在使用時(shí)要預(yù)先指定循環(huán)次數(shù)，當(dāng)循環(huán)體運(yùn)行了指定次數(shù)的循環(huán)后自動(dòng)退出；而While循環(huán)則無須指定循環(huán)次數(shù)，只要滿足循環(huán)退出的條件便退出相應(yīng)的循環(huán)，如果無法滿足循環(huán)退出的條件，則

91、循環(huán)變?yōu)樗姥h(huán)。如圖3-10所示，為For循環(huán)。如圖3-11所示，為While循環(huán)。</p><p>　　圖3-10 LabVIEW中的For循環(huán)框圖 圖3-11 LabVIEW中的Whlie循環(huán)框圖</p><p><b>　　2.分支結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　如同C語言中的Case語句，在LabVIEW中也有分

92、支結(jié)構(gòu)——Case Structure。在LabVIEW中的分支結(jié)構(gòu)是一系列框圖，每個(gè)框圖中都有一段代碼，根據(jù)某種條件（多數(shù)情況下是根據(jù)變量的不同取值）決定執(zhí)行哪個(gè)框圖的內(nèi)容。LabVIEW中的Case Structure 位于函數(shù)模板中的Structure子模板中。如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 LabVIEW中的分支結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　3.

93、順序結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)化的基于文本的語言（例如C語言），是按照代碼的先后順序編譯、執(zhí)行，而基于圖形方式、以數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的LabVIEW則不同。在LabVIEW中，只要某一個(gè)數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)所需要的輸入數(shù)據(jù)都已經(jīng)到位，則這個(gè)節(jié)點(diǎn)開始執(zhí)行，那么假如我們需要某個(gè)節(jié)點(diǎn)一定要在另一個(gè)節(jié)點(diǎn)后面執(zhí)行則可以使用順序結(jié)構(gòu)。LabVIEW提供了兩種順序結(jié)構(gòu)函數(shù)，分別是Stacked Sequence Struc

94、ture和Flat Sequence Structure，位于函數(shù)模板的Structure子模板中。兩種順序結(jié)構(gòu)函數(shù)如圖3-13所示 </p><p>　　圖3-13 LabVIEW8.0中的兩種順序結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　4.公式節(jié)點(diǎn)</b></p><p>　　在用戶的程序中，往往需要比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算，在LabVIEW中可以有

95、多種方式來實(shí)現(xiàn)。例如，使用分立的數(shù)學(xué)函數(shù)、使用Formula Express VI以及使用公式節(jié)點(diǎn)，這三種方式各有利弊，適用于不同的情況。分立的數(shù)學(xué)函數(shù)適用于數(shù)學(xué)計(jì)算量相對比較少的數(shù)學(xué)運(yùn)算，F(xiàn)ormula Express VI適用于程序比較復(fù)雜，計(jì)算量相對比較大，需要程序簡潔的場合，而公式節(jié)點(diǎn)則適用于數(shù)學(xué)計(jì)算量較大，卻又需要運(yùn)算一目了然、可讀性強(qiáng)的情況。</p><p><b>　　5.反饋節(jié)點(diǎn)<

96、/b></p><p>　　Feedback Node（反饋節(jié)點(diǎn)）的功能是在While循環(huán)或者For循環(huán)中，將數(shù)據(jù)從一次循環(huán)傳遞到下一次循環(huán)，從這一點(diǎn)來講，反饋節(jié)點(diǎn)的功能和循環(huán)結(jié)構(gòu)中的移位寄存器的功能非常相似。因而，在循環(huán)結(jié)構(gòu)中這兩種對象可以相互代替使用。</p><p>　　3.5 事件結(jié)構(gòu)與面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)</p><p>　　LabVIEW的程序設(shè)計(jì)

97、主要是基于一種數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行的，這種驅(qū)動(dòng)方式的含義是，將整個(gè)程序看做一個(gè)數(shù)據(jù)流過的通道，數(shù)據(jù)按照程序流程從控制量到顯示量流動(dòng)。在這種結(jié)構(gòu)中順序、分支和循環(huán)等流程控制函數(shù)對數(shù)據(jù)流的流向起著十分重要的作用。</p><p>　　數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的方式在圖形化的編程語言中有其獨(dú)特的優(yōu)勢，這種方式可以形象地表現(xiàn)出圖標(biāo)之間的相互關(guān)系以及程序的流程，使得程序流程簡單、明了，結(jié)構(gòu)化特征很強(qiáng)。但是數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的方式也有其缺陷和不盡

98、完善的地方，這就是由于它過分依賴程序的流程，使得很多代碼用在對其流程的控制上，這在一定程度上增加了程序的復(fù)雜性，降低了其可讀性。</p><p>　　“面向?qū)ο蠹夹g(shù)”的誕生使得這種局面得到改善?！懊嫦?qū)ο蠹夹g(shù)”引入的一個(gè)重要概念就是“事件驅(qū)動(dòng)”的方式。在這種驅(qū)動(dòng)方式中，系統(tǒng)會(huì)等待并響應(yīng)用戶或其他出發(fā)事件的對象發(fā)出消息，并對這種消息做出響應(yīng)，這時(shí)，用戶就不必花費(fèi)很大的精力，在研究數(shù)據(jù)流的走向上面，而把主要的精力花在

99、編寫“事件驅(qū)動(dòng)程序”——即對事件進(jìn)行響應(yīng)上。這在一定程度上減輕了用戶編寫代碼進(jìn)行程序流程控制的負(fù)擔(dān)。正是基于上面的原因，LabVIEW引入了“事件驅(qū)動(dòng)”的機(jī)制。</p><p>　　在LabVIEW中，如果需要進(jìn)行用戶和程序間的互動(dòng)操作，可以用事件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。使用事件結(jié)構(gòu)，程序可以響應(yīng)用戶在前面板上面的一些操作，例如按下某個(gè)按鈕、改變窗體大小推出程序等。</p><p>　　LabVIEW

100、中的事件結(jié)構(gòu)位于函數(shù)模板中的Stucture子模板中，和其他幾種具有結(jié)構(gòu)化特征，用數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的用于程序流程控制的機(jī)制不同，事件結(jié)構(gòu)具有面向?qū)ο蟮奶卣鳎檬录?qū)動(dòng)的方式控制程序流程。結(jié)構(gòu)化與面向?qū)ο笙嘟Y(jié)合的方式使得LabVIEW對程序流程的控制變得非常靈活。</p><p>　　3.6 LabVIEW應(yīng)用程序的構(gòu)成</p><p>　　在LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用程序稱之為VI(Vir

101、tual Instrment)。VI是LabVIEW的核心，由一個(gè)人機(jī)交互的界面——前面板（front panel）和相當(dāng)于源代碼功能的框圖程序——后面板（Diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分組成。</p><p>　　(1)前面板(front panel)</p><p>　　在LabVIEW中，前面板是虛擬儀器VIs的圖形用戶界面，在這一界面上有控制量

102、 (controls)和顯示量(indicators)兩類對象，用來接收用戶的輸入以及顯示程序的輸出圖。在前面板中，控制量(controls)模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給VI的框圖程序；而顯示量(indicators)則是模擬了儀器的輸出裝置并顯示由框圖程序獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。它們的外觀和實(shí)際儀器對應(yīng)元件的外觀幾乎一樣，因此，計(jì)算機(jī)屏幕所顯示的就像一臺(tái)實(shí)際儀器的前面板，既直觀又友好。 </p><p>　　圖

103、3-14所示是一個(gè)隨機(jī)信號發(fā)生和顯示的簡單VI是它的前面板，上面有一個(gè)顯示對象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。還有一個(gè)控制對象——開關(guān)，可以啟動(dòng)和停止工作。顯然，并非簡單地畫兩個(gè)控件就可以運(yùn)行，在前面板后還有一個(gè)與之配套的流程圖。</p><p>　　圖3-14 隨機(jī)信號發(fā)生器前面板</p><p>　?。?）后面板（block diagram）</p><

104、p>　　后面板又稱代碼窗口或流程圖，是VI圖形化的源程序，在流程圖中可以使用G語言對VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出等功能。框圖中可以包括內(nèi)部的虛擬儀器庫函數(shù)(function)、結(jié)構(gòu)(structure)，還可以包括與前面板上的控件、指示器有關(guān)的接線端子(terminal)圖。</p><p>　　圖3-15是與圖3-14對應(yīng)的G語言程序框圖。我們可以看到G語言程序框圖中包括了前面板上的控

105、制量和信號發(fā)生器的連線端子，我們可以看到流程圖中包括了前面板上的開關(guān)和隨機(jī)數(shù)顯示器的連線端子，還有一個(gè)隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的函數(shù)及程序的循環(huán)結(jié)構(gòu)。</p><p>　　圖3-15 隨機(jī)信號發(fā)生器的流程圖</p><p>　　隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號送到顯示控件，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個(gè)While Loop循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。</p><p>

106、;　　打個(gè)比方，如果把前面板比作傳統(tǒng)儀器的面板，上面的控制量是控制儀器的按鈕和旋鈕，顯示量是顯示結(jié)果的屏幕的話，那么，后面板就是儀器箱中的東西。而這些傳統(tǒng)儀器的部件可以用LabVIEW通過軟件的方法來實(shí)現(xiàn)，利用軟件開發(fā)周期相對較短、易于維護(hù)和升級等優(yōu)勢，可以設(shè)計(jì)出傳統(tǒng)儀器所不能比擬的虛擬儀器。</p><p><b>　　（3）圖標(biāo)/連接器</b></p><p>　

107、　VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱為子VI（subVI），被其他VI調(diào)用。圖標(biāo)與連接器在這里相當(dāng)于圖形化的參數(shù)，詳細(xì)情況稍后介紹。</p><p>　　3.7 子VI的建立</p><p>　　子VI（SubVI）相當(dāng)于普通編程語言中的子程序，也就是被其他的 VI調(diào)用的VI?？梢詫⑷魏我粋€(gè)定義了圖標(biāo)和聯(lián)接器的 VI作為另一個(gè) VI的子程序。在流程圖中打開 Fun