題目：       地磁監測系統控制中心平臺          

姓    名：    孫鵬     學號：  20121003920   

院（系）：  自動化學院    專業：  測控技術與儀器

指導教師：     葛健    

2019 年7月

摘  要

Labview是一款程序開發環境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發的，類似于C和BASIC開發環境，但是Labview與其他計算機語言的顯著區別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。Labview是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序，而Labview采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了VI及函數的執行順序。VI指虛擬儀器，是Labview的程序模塊。Labview提供很多外觀與傳統儀器類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。用戶界面在Labview中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。Labview的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

關鍵詞：虛擬儀器，Labview，VI

目  錄

第一章 課程設計目的與任務       4

第二章 課程要求       4

第三章 設計分析       4

第四章 設計流程       5

4.1 下位機程序代碼       5

4.2 上位機程序框圖       6

4.2.1串口配置       6

4.2.2數據采集       6

4.2.3啟動開關       7

4.2.4 包頭包尾判斷       7

4.2.5 提取串口信息       7

4.2.6 數據處理       8

4.2.7 數據顯示       9

4.2.8 數據存儲       9

4.3 前面板及效果圖       9

4.3.1 ardunio芯片發送數據       9

4.3.2 前面板初始狀態       10

4.3.3 前面板數據開始采集       10

4.3.4前面板數據連續采集       11

第五章 問題分析       12

第六章 小組分工       12

第七章 心得體會       12

致   謝       13

參考文獻       14

第一章 課程設計目的與任務

掌握虛擬儀器的概念和系統組成，虛擬儀器系統的基本設計思想；認識虛擬儀器的軟件開發工具LabVIEW及圖形化編程語言；掌握虛擬儀器軟件的設計方法，能夠運用LabVIEW進行數據操作、結構控制、文件讀寫、信號處理、數學分析、波形分析等。

計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向。虛擬儀器以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。通過本課程設計，使學生了解智能儀器的分類、組成、特點以及智能儀器的發展方向及新技術；掌握虛擬儀器的數據采集技術、人機對話接口技術以及典型數據處理算法。能夠熟練運用所學知識進行智能儀器的設計和開發。

第二章 課程要求

1、利用Labview控制前端地磁監測儀（利用單片機模擬）進行地磁總場F，分量(X、Y、Z)的采集與串口傳輸。

2、根據采集數據計算地磁場磁偏角和磁傾角、分量的校正（總場數據校正分量數據）。

3、能夠實時顯示當前地磁要素（總場、分量、磁偏角和磁傾角）曲線，并能進行數據的本地txt文件存儲。

4、上位機控制下位機功能，就是上位機發送一個信息給下位機，下位機點亮一個燈，開始傳輸數據，同時停止傳輸數據是一樣的，也要有標志。

5、磁場總場值f應圍繞49600進行微調。

6、波特率必須達到115200。

7、存儲的文件數據要附上采集的時間，并且注意存儲的格式（如空格，各數據之間的區分等）。

第三章 設計分析

1、利用ardunio串口發送功能向電腦發送地磁總場F，分量(X、Y、Z)數據，并可以接受上位機控制，每發送一組數據，ardunio開發板上led燈閃亮一次。

2、寫LabVIEW上位機程序，上位機既可以發送命令，又可以接受ardunio上傳的數據。根據采集數據計算地磁場磁偏角和磁傾角、分量的校正（總場數據校正分量數據）。并用示波器顯示出來。

3、將當前地磁要素（總場、分量、磁偏角和磁傾角）和當前時間存儲在txt文件中。

第四章 設計流程

4.1 下位機程序代碼

因為ardunio集成串口發送功能，故可以用簡單程序完成串口接受發的功能。

程序如下所示：

char led = 13;    //定義LED燈為引腳13

uint8_t i=0;

static uint16_t cichang[10][4]=    //定義十組數據

{48107,27903,28103,27905,

48018,25120,30502,28126,

47980,28146,25167,29846,

48048,27103,26480,29892,

48012,25109,28045,31023,

48023,27203,29892,27735,

48045,28103,26309,30204,

48092,28023,27012,29103,

48108,27974,28123,28133,

47977,28034,27988,2789,

};

void setup()

{

  Serial.begin(9600);          //打開串口

  pinMode(led, OUTPUT);    //LED引腳定義為輸出

}

void loop()

{

  if(Serial.read()=='#')     //當單片機接收到“#”后，開始發送一組數據

  {

   digitalWrite(led, HIGH);   //LED閃亮一次表示一組數據發送完成

  for(uint8_t j=0;j<4;j++)

  Serial.print(cichang[i][j]); 

  digitalWrite(led, LOW);

  ++i;

  if(i>=10)                //依次發送十組數據

  i=0;

}

}

4.2 上位機程序框圖

4.2.1串口配置

配置串口文件寫入區域和波特率。

圖4-1 配置串口程序圖

4.2.2數據采集

用一個條件語句表示是否啟動串口發送程序，既數據采集是否開始。

圖4-2 數據開始采集程序

4.2.3啟動開關

啟動是否接受串口的數據。

圖4-3數據開始采集程序

4.2.4包頭包尾判斷

只有LabVIEW檢測到包頭包尾才處理數據，否則丟失數據。

圖4-4包頭包尾判斷程序

4.2.5 提取串口信息

將下位機發送的數據經過處理得到地磁總場F，分量(X、Y、Z)數據。

圖4-5提取串口信息程序

4.2.6數據處理

將處理后的數據格式化后放入虛擬式示波器顯示。

圖4-6數據處理程序

4.2.7數據顯示

將處理后的數據格式化后放入虛擬式示波器顯示。

圖4-7數據顯示程序

4.2.8數據存儲

將得到的地磁要素（總場、分量、磁偏角和磁傾角）和當前時間儲存在txt文件中。

圖4-8數據存儲程序

4.3前面板及效果圖

4.3.1 ardunio芯片發送數據

圖4-9ardunio實物圖

4.3.2 前面板初始狀態

圖4-10前面板效果圖

4.3.3前面板數據開始采集

圖4-11 開始采集效果圖

4.3.3 前面板數據連續采集

圖4-12 連續采集效果圖

第五章 問題分析

1、開始時沒有注意包頭包圍問題，導致labview收集的數據移位，收集的數據完全沒有任何意義。

2、在葛老師的指點下，我們將數據的采集模式改為當ardunio接收到labview 的命令后不停的向上位機發送數據。

3、為解決數據掉包的問題，我們選擇將采集的數據連續發送兩次，而VISA讀入的緩沖區為數據區的兩倍，這樣可以解決數據掉包問題。

4、為了將采集的數據無間隔的接收，ardunio每隔50ms發送數據一次，這樣可以避免第一次數據無緣無故突變為0.

5、采用條件結構，可以實現波形圖表和文本格式顯示，即可實現暫停的功能。

6、文本寫入的方式與格式會影響最后數據的儲存，這點需要注意。

第六章 小組分工

由李文柏負責上位機的程序，吳斌負責下位機的程序編寫，孫鵬負責程序的整合調理、布局，大家一起進行程序的調試，問題分析及解決問題，進行優化。最后大家一起商量、討論繪制PPT，撰寫報告。

第七章 心得體會

    通過一周的labview學習，讓我掌握了LabVIEW的VISA接口程序，讓我從不懂到略微懂在到熟悉的過程。其中遇到很大問題，也有想放棄的想法，很感謝團隊的吳斌和李文伯給予我物質和精神上的資助，讓我有毅力堅持下去，努力解決我所遇到的問題。

    在這里我還是很感謝曹炳與徐姝同學給予的幫助，讓我們走出困境，雖然花費很長時間，但我覺得我從中學到了知識，這是值得的。

致  謝

課程設計終于順利完成，首先在此感謝我們的指導老師葛健老師給予我們的幫助，對我們提起的要求，引導我們分析問題與解決問題；還有在做設計的過程中，也遇到了很多新的問題，解決這些問題得益于徐姝團隊和曹炳團隊對我們的慷慨幫助，此次課程設計才能夠順利完成；最后感謝我的團隊，與我的隊友們團結協作，并肩作戰，給與我莫大的幫助和無限的能量，問題才能得以解決，取得課程設計的圓滿成功。

參考文獻

[1]牛群峰，王莉，胡紅生，吳才章．Labview虛擬儀器系統開發與實踐[M]．北京：中國電力出版社．

[2]張凱，郭棟.labview虛擬儀器工程設計與開發[M].北京：國防工業出版社

[3]楊高科.labview虛擬儀器項目開發與管理[M].北京：機械工業出版社    

[4]李江全，任玲，廖結安，溫寶琴.labview虛擬儀器從入門到測控應用130例[M].北京：電子工業出版社