1、毕业设计开题报告 测控技术与仪器 基于 LabVIEW 的心率计设计 1 前言 （课题的研究背景和意义） 心率计是常用的医学检查设备，实时准确的心率测量在病人监视、临床治疗及体育竞赛等方面都有着广泛的应用。 但随着现代医学的不断发展和进步，人们对各种测量仪器的要求也越来越高，而传统的心率计 测量误差较大、元件参数调试困难、可靠性差。 因此，一款基于虚拟仪器和 LabVIEW 的心率计必有很好的市场前景 20 年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎， 这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框
2、图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。 美国 国家仪器公司 NI（ National Instruments）提出的虚拟测量仪器（ VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了 “ 软件 即是仪器 ” 的先河。 “ 软件即是仪器 ” 这是 NI 公司提出的虚拟仪器理念的核心思想。从这一思想出发，基于电脑或工作站、软件和 I O 部件来构建虚拟仪器。 I O 部件可以是独立仪器、模块化仪器、数据采集板（ DAQ）或 传感器 。NI 所拥有的虚拟仪器产品包括软
3、件产品（如 LabVIEW）、 GPIB 产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、 DSP 产品和 VXI 控制产品等。 同其他技术相比， 虚拟仪器技术 具有四大优势 ： 1、性能高 虚拟仪器技术是在 PC 技术的基础上发展起来的，所以完全 “继承“ 了以现成即用的 PC 技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件 I/O，使您在数据 高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术现其更强大的优势。 2、扩展性强 NI 的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于 NI 软件的灵活性，只需更新计算机或测量
4、硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。3、开发时间少 在驱动和应用两个层面上， NI 高效的 软件构架 能与计算机、仪器 仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。 NI 设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。 4、无缝集成 虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而
5、连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。 NI 的虚拟仪 器软件平台为所有的 I/O 设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。 2 主题 （发展现状和发展方向） 虚拟仪器技术不断地扩展其功能及应用范围。现在 LabVIEW 不仅能在 PC上开发测试程序，而且可以在嵌入式处理器和 FPGA 上设计硬件。这一技术也将最终提供这样的一个独立环境，使用户可以从设计测试系统到定义硬件的功能，如图 3 所示。测试工程师将能使用合适的功能来进行系统级的设计。当他们需要定义专门的测量功能时，他们也将可以用同样的软件工具来 “细化 ”到合适的级别以定义测量的功能
6、 。例如，工程师可以开发 LabVIEW 程序来使用模块化仪器进行某些测量，如 DC 电压和上升时间。当工程师需要开发专门的测量时，他们也可以使用 LabVIEW 对原始的测量数据进行分析，从而开发出专门的测量，比如峰值检测。如果在某些情况下他们需要使用一些新的硬件功能来实现测量，如定制的触发，那么他们可以用 LabVIEW 定义一个触发和滤波方案，并嵌入到仪器卡上的 FPGA 中。 虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型： 1、 PC 总线 插卡型虚拟仪器 这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的 软件 ， 如 LabVIEW相结合它 能 充分利用计算机的总线
7、、机箱、电源及软件的便利。但是受 PC 机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外， ISA 总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI 总线的虚拟仪器价格比较昂贵。 2、并行口式虚拟仪器 最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种 测量测试仪器 的功能，可以组成数字存储示波器、 频谱分析仪 、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国 LINK 公司的 DSO-2XXX 系列虚拟仪器 ,它们的最大好
8、处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式 PC 机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合 于研发部门和各种教学实验室应用。 3、 GPIB 总线方式的虚拟仪器 GPIB 技术是 IEEE488 标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模 自动测试系统 发展，典型的 GPIB 系统由一台 PC 机、一块 GPIB 接口卡和若干台 BPIB 形式的仪器通过 GPIB 电缆连接而成。在标准情况下，一块 GPIB 接口可带多达 14 台仪器，电缆长度可达40 米。 GPIB 技术可用计 算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的
9、人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动 测量系统 。 GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。 4、 VXI 总线方式虚拟仪器 VXI 总线是一种高速计算机总线 VME 总线在 VI 领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的 RFI/EMI 屏蔽。由于它 的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持的优点，很快得到广泛的应用。经过多年的发展， VXI 系统的组建和使用越来越方便，尤其是组建大、中规模自动测量系统以及对速度、精度要求高的场合。有其他仪器
10、无法比拟的优势。然而，组建 VXI 总线要求有机箱、零槽管理器及 嵌入式控制器 ，造价比较高。 5、 PXI 总线方式虚拟仪器 PXI 总线方式是 PCI 总线内核技术增加了成熟的技术规范和要求形成的，增加了多板同步触发总线的技术规范和要求形成的，增加了多板发总线，以使用于相邻模块的高速通讯的局总线。 PXI 的高度可扩展性。 PXI 具有 8个扩展槽，而台式 PCI 系统只有 34 个扩展槽，通过使用 PCI PCI 桥接器，可扩展到 256 个扩展槽，台式 PC 的性能价格比和 PCI 总线面向仪器领域的扩展优势结合起来，将形成未来的虚拟仪器平台。 虚拟仪器的发展过程 1、 GPIBVSI
11、PXI 总线方式（适合大型高精度集成系统） GPIB 于 1978年问世， VXI 于 1987 年问世， PXI 于 1997 年问世。 2、 PC 插卡 并口式 串口 USB 方式（适合于普及型的廉价系统，有广阔的应用发展前景） PC 插卡式于 80 年代初问世，并行口方式于 1995 年问世，串口 USB 方式于 1999 年问世。 综上所述，虚拟仪器的发展取决于三个重要因素。 计算机是载体 ,软件是核心 高质量的 A/D 采集卡及调理放大器是关键。 3 总结 虚拟仪器技术已成为测试、工业 I O 和控制和产品设计的主流技术，随着虚拟仪器技术的功能和性能已被不断地提高，如今在许多应用中它
12、已成为传统仪器的主要替代方式。随着 PC、半导体和软件 功能的进一步更新，未来虚拟仪器技术的发展将为测试系统的设计提供一个极佳的模式，并且使工程师们在测量和控制方面得到强大功能和灵活性。 可想而知，基于 LabVIEW 的心率计在测量和使用时可以有更强的适用式和灵活性，同时比一般心率计更容易维护，更重要的是，它能够在电脑上记录测量数据并在线传递给医生，让病人即使在家里也能得到及时得到医生的建议和治疗。 4 参考文献 1美国 NI 公司， NI 数据采集技术文摘入门篇 2黄松岭，吴静 .虚拟仪器设计基础教程 M.北京：清华大学出版社， 2008 3邓炎，王磊等 .LabVIEW7.1 测试技术与
13、仪器应用 M.北京：机械工业出版社 ,2004 4秦树人 .虚拟仪器 M.北京：中国计量出版社， 2004 5邓君华 .基于 LabVIEW 的虚拟仪器设计 M.北京：电子工业出版社， 2003 6 黄松岭，吴静，虚拟仪器设计基础教程，清华大学出版社， 2008.10 7 陈锡辉 , 张银鸿， LabVIEW 8.20 程序设计从入门到精通，清华大学出版社， 2007.07 8汪敏生译 .LabVIEW 基础教程 M.北京：电子工业出版社， 2002 9National Instruments.DAQ PCI E Series User Manual,Part Number 320945C-01.1997 10侯国屏，王珅，叶齐鑫 .LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计 M.北京：清华大学出版社， 2005 11 杨智，袁媛，贾延江，虚拟仪器教学实验简明教程 :基于 LabVIEW 的 ELVIS，北京航空航天大学出版社， 2008.03
