第一篇：虛擬儀器大作業(yè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

虛擬儀器大作業(yè)

時(shí)間：2013.11.19～ 2013.11.26 地點(diǎn)：醫(yī)用電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心（綜合樓716）

基于MIT-BIH心率失常數(shù)據(jù)庫(kù)的心電信號(hào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)表明，心電信號(hào)（ECG）含有臨床診斷心血管疾病的大量信息，ECG的檢測(cè)與分析在臨床診斷中具有重要價(jià)值，是了解心臟的功能與狀況、輔助診斷心血管疾病、評(píng)估各種治療方法有效性的重要手段。

本次大作業(yè)利用具有直觀圖形化編程和強(qiáng)大數(shù)字信號(hào)處理功能的虛擬儀器編程語(yǔ)言LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)一個(gè)基于虛擬儀器的簡(jiǎn)單心電信號(hào)分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有心電信號(hào)的讀取，處理分析，波形顯示、心率顯示及報(bào)警，波形存儲(chǔ)和回放等功能。

?基本要求：

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

and Beth Israel Hospital，美國(guó)麻省理工學(xué)院和波士頓貝絲以色列醫(yī)院）心率

數(shù)據(jù)庫(kù)（http:///mitdbdir/mitdbdir.htm（2）MIT-BIH的數(shù)據(jù)格式

MIT為了節(jié)省文件長(zhǎng)度和存儲(chǔ)空間，使用了自定義的格式，所以沒(méi)有通用的讀

取方式。

一個(gè)心電記錄由三個(gè)部分組成：

①頭文件[.hea]，存儲(chǔ)方式ASCII碼字符。

②數(shù)據(jù)文件[.dat]，按二進(jìn)制存儲(chǔ)，每三個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)兩個(gè)數(shù)，一個(gè)數(shù)12bit。

③注釋文件[.art]，按二進(jìn)制存儲(chǔ)，格式定義比較復(fù)雜。

第二篇：虛擬儀器實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)1

熟悉LabVIEW編程環(huán)境

實(shí)驗(yàn)1-1 LabVIEW的基本操作

目的：創(chuàng)建一個(gè)VI程序，完成兩個(gè)數(shù)加、減、乘、除法的運(yùn)算功能。

在數(shù)值輸入控件中輸入兩個(gè)操作數(shù)A和B，運(yùn)行程序計(jì)算出這兩個(gè)數(shù)的加、減、乘、除法運(yùn)算結(jié)果，并且顯示到相應(yīng)的數(shù)值顯示控件中。

實(shí)驗(yàn)2

控件與程序框圖應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)2-1 虛擬儀器前面板的設(shè)計(jì)

目的：掌握虛擬儀器前面板的設(shè)計(jì)。

通過(guò)此實(shí)驗(yàn)熟悉常用控件的取用，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單設(shè)置以及界面布局。

實(shí)驗(yàn)2-2 編寫簡(jiǎn)單的LabVIEW 程序

目的：編寫程序，實(shí)現(xiàn)將一華氏溫度(F)轉(zhuǎn)換成攝氏溫度(C)的功能。

已知攝氏溫度與華氏溫度的關(guān)系C＝5(F－32)/9。

書上習(xí)題2-1

第三篇：虛擬儀器 實(shí)驗(yàn)報(bào)告3

虛擬儀器實(shí)驗(yàn)報(bào)告三

專業(yè)年級(jí)

姓名

學(xué)號(hào)

成績(jī)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模篖abVIEW編程軟件入門學(xué)習(xí)

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容: LabVIEW程序結(jié)構(gòu)

三、實(shí)驗(yàn)步驟：

1、順序結(jié)構(gòu)（Sequence Structure）

2、For循環(huán)

3、While循環(huán)

4、Case結(jié)構(gòu)

5、事件結(jié)構(gòu)（Event Structure）

6、使能結(jié)構(gòu)

7、公式節(jié)點(diǎn)（Formula Node）

8、跟著實(shí)例學(xué)—模擬溫度采集監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

練習(xí)1：

練習(xí)2：

-0練習(xí)4：

練習(xí)7：

作業(yè)題3：

思路：其實(shí)對(duì)1—5的數(shù)取余就行了，然后與布爾連接。

作業(yè)題6：

作業(yè)題7：

第四篇：虛擬儀器學(xué)習(xí)心得總結(jié)

虛擬儀器學(xué)習(xí)心得總結(jié)

姓 名：王水根

學(xué) 號(hào)：1083420213 班 級(jí)：0801101班 學(xué) 院：電氣學(xué)院 指導(dǎo)老師：付寧

虛擬儀器學(xué)習(xí)心得總結(jié)

王水根

剛開始接觸虛擬儀器這個(gè)概念的時(shí)候是在大三的上學(xué)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(gè)很大的海報(bào)，內(nèi)容大概是哈工大虛擬儀器協(xié)會(huì)成立招新和第一屆全國(guó)虛擬儀器設(shè)計(jì)大賽的相關(guān)說(shuō)明。這是我第一次接觸“虛擬儀器”這個(gè)當(dāng)時(shí)陌生的新詞。一看到這個(gè)詞我馬上想到我們經(jīng)常用的仿真軟件Multisim,那里面就有好多虛擬的電源、示波器、萬(wàn)用表，還有頻譜分析儀、邏輯分析儀等。頓時(shí)，我覺(jué)得這個(gè)很有意思啊，要是能自己在電腦里設(shè)計(jì)一個(gè)示波器那就厲害了?？墒悄莻€(gè)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?guī)е@些疑問(wèn)上網(wǎng)查找和虛擬儀器的相關(guān)文檔，看看虛擬儀器到底是一個(gè)什么東西，虛擬儀器在哪些領(lǐng)域有應(yīng)用。

后來(lái)，我參加了協(xié)會(huì)組織的招新，初次接觸了Labview，在花了一個(gè)通宵做完招新布置的作業(yè)后，我也成了一名Labview的初學(xué)者。這之后我知道了Labview這個(gè)軟件是用來(lái)設(shè)計(jì)虛擬儀器的，而虛擬儀器是用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)軟件，它能完成一臺(tái)臺(tái)式儀器的功能。比如可以用Labview設(shè)計(jì)一個(gè)信號(hào)發(fā)生器，產(chǎn)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(shí)實(shí)驗(yàn)室的師兄跟我說(shuō)過(guò)，他那時(shí)跟我說(shuō)CVI是用來(lái)設(shè)置界面用的，一般都是硬件配上CVI一塊用?？墒窃谙到y(tǒng)學(xué)習(xí)CVI之前我從沒(méi)用過(guò)Labwindows/CVI。CVI和Labview都是很好用很優(yōu)秀的軟件，在自動(dòng)化測(cè)試領(lǐng)域有著特別重要的作用。Labview采用的是G語(yǔ)言，也就是圖形化語(yǔ)言，它不僅是一種編程環(huán)境，也是一門編程語(yǔ)言。Labview因?yàn)椴捎玫氖菆D形化語(yǔ)言，所以和CVI比起來(lái)學(xué)習(xí)更容易，編程也更簡(jiǎn)單，比較適合于專業(yè)知識(shí)比較薄弱的學(xué)習(xí)者。Labview采用的編程思想和傳統(tǒng)C語(yǔ)言一樣，是嵌套，主函數(shù)包含子函數(shù)的思想。所以，當(dāng)要編寫比較大的程序時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)就顯得很大很復(fù)雜，編寫起來(lái)比較困難。這時(shí)，CVI相對(duì)就比較適合，因?yàn)镃語(yǔ)言相對(duì)G語(yǔ)言邏輯性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)性要強(qiáng)。下面我就說(shuō)說(shuō)這次學(xué)習(xí)CVI的心得感受。

首先，老師幫我糾正了之前我對(duì)虛擬儀器的理解。虛擬儀器是在通用計(jì)算機(jī)上加上一組軟件和/或硬件，使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專用電子儀器。虛擬儀器是一種軟件定義的系統(tǒng)，它基于用戶需求的軟件定義了一般測(cè)量硬件的功能。這就應(yīng)證了前面師兄跟我說(shuō)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?yàn)樗鼈兌际腔诓僮飨到y(tǒng)平臺(tái)的，而硬件是不需要任何平臺(tái)的，它自身就可以成為一個(gè)平臺(tái)。

后來(lái)，我知道了如何用CVI去設(shè)計(jì)一臺(tái)虛擬儀器，了解了設(shè)計(jì)虛擬儀器的步驟。和Labview設(shè)計(jì)虛擬儀器的步驟很像，用CVI設(shè)計(jì)虛擬儀器首先也是先設(shè)計(jì)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(diào)試運(yùn)行。后來(lái)，我們比較系統(tǒng)性地學(xué)習(xí)了CVI測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示、分析、存儲(chǔ)和傳輸方面的設(shè)計(jì)。在這個(gè)過(guò)程中，通過(guò)練習(xí)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊和RS232通訊的設(shè)計(jì)，我基本上掌握了CVI的測(cè)試數(shù)據(jù)相關(guān)處理的設(shè)計(jì)。也是在這個(gè)短暫的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我越發(fā)發(fā)覺(jué)CVI的功能是如此的強(qiáng)大。再后來(lái)，我們簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)了動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和多線程的應(yīng)用，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和多線程技術(shù)在CVI高級(jí)程序設(shè)計(jì)中都特別有用。CVI可以使用Windows操作系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)一些很有用的功能，而多線程技術(shù)在工程很復(fù)雜時(shí)就大有作為，這時(shí)設(shè)計(jì)程序時(shí)就可以使用兩個(gè)線程、三個(gè)線程或者更多，這對(duì)提高編程效率非常有用。最后，我們簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)了儀器驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)，大概了解了儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)的發(fā)展是跟隨著虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展的。儀器驅(qū)動(dòng)程序從早期的底層I/O操作和高層儀器交互，逐漸發(fā)展到儀器編程語(yǔ)言的標(biāo)準(zhǔn)化和軟件分層（也就是獨(dú)立的儀器驅(qū)動(dòng)程序）。這也就是現(xiàn)在我們還在采用的儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)方法，儀器驅(qū)動(dòng)程序和儀器模塊分立，儀器驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序之間也獨(dú)立。后來(lái)這方法就發(fā)展成了現(xiàn)在的VPP規(guī)范，VPP規(guī)范對(duì)虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)和儀器驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，它的核心是定義了標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口軟件——VISA庫(kù)。這樣就實(shí)現(xiàn)了個(gè)廠家儀器的互操作。

最后我們學(xué)習(xí)了LabView知識(shí)入門，初步掌握了其設(shè)計(jì)虛擬儀器的方法和步驟，老師的講解很到位，簡(jiǎn)單易懂。

通過(guò)學(xué)習(xí)虛擬儀器這么課，我不僅了解了虛擬儀器的相關(guān)知識(shí)，而且比較好地掌握了LabWindow/CVI的編程設(shè)計(jì)，能夠編寫簡(jiǎn)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(jìn)行大量的練習(xí)，需要不斷地學(xué)習(xí)。

第五篇：虛擬儀器檢測(cè)論文

1硬件構(gòu)成檢測(cè)系統(tǒng)主要由信號(hào)接口及虛擬儀器兩部分構(gòu)成(圖1)。待測(cè)信號(hào)由控制機(jī)柜上的接口引出，通過(guò)信號(hào)選擇、調(diào)理之后送入工控機(jī)，由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并最終由數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析、顯示、存儲(chǔ)等。步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)由脈沖控制器、驅(qū)動(dòng)電路和步進(jìn)電機(jī)等幾部分構(gòu)成，根據(jù)不同的檢測(cè)要求如常規(guī)檢測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷等，需要對(duì)脈沖控制器的輸出、驅(qū)動(dòng)電路的輸出以及電機(jī)繞組的信號(hào)分別進(jìn)行檢測(cè)。為更有效的利用采集卡的硬件資源以及計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力，在接口部分設(shè)置了信號(hào)選擇電路，負(fù)責(zé)把需要檢測(cè)的信號(hào)送入后續(xù)系統(tǒng)。接口電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，通過(guò)兩個(gè)選擇開關(guān)的不同組合，分別實(shí)現(xiàn)從驅(qū)動(dòng)板輸入級(jí)引出脈沖控制器信號(hào)、從驅(qū)動(dòng)板輸出級(jí)引出驅(qū)動(dòng)電路信號(hào)、從電機(jī)回路引出步進(jìn)電機(jī)繞組電流信號(hào)。

信號(hào)調(diào)理電路采用運(yùn)算放大器對(duì)取樣電阻兩端的信號(hào)進(jìn)行差分運(yùn)算，得到電壓、電流信號(hào)并以單端方式輸出至數(shù)據(jù)采集卡。步進(jìn)電機(jī)常采用方波電壓驅(qū)動(dòng)，從其頻譜構(gòu)成來(lái)看包含一定的高頻成分，屬于有突變的大幅值信號(hào)，故選用LM318高速寬帶運(yùn)算放大器，其增益帶寬為15MHz，轉(zhuǎn)換速率為70V/μs。為進(jìn)一步提高待測(cè)信號(hào)的信噪比，減小軟件數(shù)據(jù)處理的難度以及減少運(yùn)算量，在LM318的電源部分加入了2個(gè)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(shù)的DAQ數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選用的pCI-6071E數(shù)據(jù)采集卡可實(shí)現(xiàn)對(duì)32個(gè)步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電路和脈沖控制器的多路并行檢測(cè)。

2軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)模塊化的編程思想，檢測(cè)程序(圖3)的結(jié)構(gòu)自上而下分為主程序?qū)?、邏輯層、?qū)動(dòng)層。主程序?qū)佑捎脩艚缑婧蜏y(cè)試執(zhí)行部分構(gòu)成，邏輯層負(fù)責(zé)邏輯關(guān)系的驗(yàn)證以及相關(guān)決策的制定，驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)與儀器、被測(cè)設(shè)備以及其他應(yīng)用程序之間的通信。軟件的開發(fā)平臺(tái)為NI公司的LabVIEW。檢測(cè)程序的主要任務(wù)為多通道的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲(chǔ)，因此程序的優(yōu)化及運(yùn)行效率問(wèn)題都顯得較為重要，在軟件的開發(fā)中運(yùn)用了LabVIEW所支持的多項(xiàng)先進(jìn)編程技術(shù)，如數(shù)據(jù)流、多線程、定時(shí)循環(huán)、狀態(tài)機(jī)等。

3信號(hào)處理

虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，具體分為在線處理和事后處理兩部分。在線數(shù)據(jù)處理主要包括運(yùn)算量較小的電流、電壓以及脈沖的時(shí)域分析。對(duì)于系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過(guò)對(duì)對(duì)應(yīng)信號(hào)的計(jì)數(shù)得到電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)、驅(qū)動(dòng)板提供的電壓周期數(shù)、脈沖控制器發(fā)出的脈沖數(shù)；對(duì)于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)通過(guò)測(cè)量電流的頻率得到電機(jī)的速度曲線，對(duì)此進(jìn)行微分得到電機(jī)的加速度曲線，通過(guò)對(duì)電流進(jìn)行數(shù)值積分得到電機(jī)的功率曲線。

另一方面對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行較為詳細(xì)的時(shí)域分析以提供系統(tǒng)分析的時(shí)域特征值。使用peak Detector進(jìn)行信號(hào)的波峰檢測(cè)得到每個(gè)周期內(nèi)最高點(diǎn)的數(shù)值、位置等數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)作出電機(jī)的特征曲線。電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)特征曲線近似為一條水平直線，運(yùn)轉(zhuǎn)異常時(shí)則會(huì)產(chǎn)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(jìn)行信號(hào)的參數(shù)檢測(cè)，得到信號(hào)的超調(diào)量、上升時(shí)間等參數(shù)，這些參數(shù)描述了電流波形的細(xì)節(jié)信息。因此選取了電流信號(hào)的超調(diào)量和幅值之比、上升時(shí)間和頻率之比以及特征曲線的均值和方差作為系統(tǒng)狀態(tài)分析的3組時(shí)域特征值。

事后數(shù)據(jù)處理主要包括電流、電壓的頻域分析。對(duì)于步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的檢測(cè)，一個(gè)較為重要的應(yīng)用是識(shí)別出正常信號(hào)中夾帶的短暫反?，F(xiàn)象并展示其成分，為了克服傅里葉變換沒(méi)有時(shí)間分辨率的缺陷，采用了對(duì)異常信號(hào)段進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換的分析方法。信號(hào)

算法實(shí)現(xiàn)短時(shí)傅里葉分析得到信號(hào)的幅值譜，表明了在短時(shí)間段上繞組電流、驅(qū)動(dòng)電壓的能量分布。電機(jī)系統(tǒng)發(fā)生異常時(shí)的電流、電壓信號(hào)除正常的基頻及倍頻成分外，出現(xiàn)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(hào)的3倍頻和基頻的幅值比作為系統(tǒng)狀態(tài)分析的頻域特征值。

對(duì)于在線檢測(cè)及故障診斷系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，除了選取適當(dāng)?shù)男盘?hào)處理算法提取有效的特征值之外，更為重要的一點(diǎn)是對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)的歸納和分類，給出各特征值的典型值作為系統(tǒng)狀態(tài)的判別條件。以下是在瑞士ARSApE公司的微型兩相永磁式步進(jìn)電機(jī)1020上測(cè)得的典型值，其驅(qū)動(dòng)方式為采用A3966SLB驅(qū)動(dòng)模塊的兩相單四拍驅(qū)動(dòng)。

基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的步進(jìn)電機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，在發(fā)生故障時(shí)針對(duì)故障單元進(jìn)行的診斷提高了系統(tǒng)的維護(hù)效率，大大縮短了故障恢復(fù)時(shí)間。

參考文獻(xiàn)

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