红外线防盗系统设计开题报告

（1）研究背景

LabVIEW是Laboratory Virtual Instrument Workbench（实验室虚拟仪器工程平台）的简称，是一种基于图形编程语言（G语言）的开发环境具有十分强大的数据库。它使用“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，使用图标表示功能模块，使用图标之间的连线表示各模块的数据传递。同时，LabVIEW继承了高级编程语言的结构化和模块化编程的优点，支持模块化与层次化设计，这种结构的设计增强了程序的可读性。LabVIEW是不熟悉文本语言编程的设计者在测控领域建立计算机系统——虚拟仪器，被誉为“科学家与工程师”的语言。

传统台式示波器是由仪器厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，它有特定的输入/输出接口和仪器操作面板，具有波形显示、参数测量等功能。当要实现更多的测量功能时，就要配置更多的仪器，这给用户的使用带来诸多不便，并且传统示波器的测量精度比较低，无法满足高精度的测量要求。而且，传统示波器缺乏相应的计算机接口，配合数据采集及数据处理比较困难。此外，传统示波器体积相对庞大，制造成本比较高，这就增加了测量系统的开发成本。

    随着计算机技术和测量技术的发展，虚拟仪器技术得到飞快发展，虚拟示波器系统也就应运而生。虚拟示波器系统由用户定义仪器功能，桌面整洁，操作条理，不但使测量人员从繁复的仪器堆中出来，而且具有测量精度高、测量速度快、系统组建时间短、可扩展性强、技术更新快和仪器智能化等优点。此外，虚拟示波器系统开发成本低，结合网络技术可以实现远程数据自动测量、自动记录、自动数据处理。

（2）研究的意义

示波器、信号发生器、频谱分析仪是科研机关、企业研发实验室、大专院所的必备测量设备，而虚拟示波器系统集成了示波器、信号发生器和频谱分析模块，具有很大的应用价值，主要为：

    1) 可以加强实验室技术基础建设。实验室仪器仪表的现代化水平反映了实验室技术基础，而基于计算机技术的虚拟示波器系统极大地降低了仪器成本，使大部分学校的实验室都能配备，这给学生的实验操作带来了极大的方便。同时，虚拟示波器系统是计算机技术和测量技术的完美结合，不仅提高实验仪器的技术含量，还符合实验室仪器仪表现代化的教学要求。

    2) 缩短测量系统的开发时间。虚拟示波器系统提供良好的性能扩展能力，用户可以通过自定义模块快速开发出一整套测量系统，提高系统的开发效率。

    3) 远程数据测量。有的测量环境十分恶劣，用传统仪器测量数据可能会使测量人员的人身安全受到威胁，用虚拟示波器系统可以进行远程数据测量，使测量人员远离危险环境。

    4) 仪器智能化。虚拟示波器系统是计算机技术与测量技术的完美结合，利用它可以实现24小时无人值守的参数测量、数据分析、数据存盘等功能，为数据的实时测量提供保障。

    总之，虚拟示波器系统是虚拟仪器在测量方面的典型应用，具有十分实用的价值。

（3）国内外研究状况及发展动态

示波器是电子测量中的最基础、最常用的测试仪表，虚拟示波器是示波器测量技术中的研究热点和发展方向。虚拟示波器的设计涉及电子测量、信号处理和计算机技术等多方面的内容，其中硬件电路是完成整个示波器功能的基础，同时也是决定虚拟示波器性能的关键所在。要设计出性能优越的的硬件电路就必须对其中的关键技术进行深入研究。

    目前，主流的虚拟仪器主要是VXI、PXI、各种计算机总线等总线标准的各种插卡和仪器模块,间或有少数其他总线形式的仪器模块，工作方式多是插入各种总线式仪器机箱内或直接插入计算机主机箱内，少数情况下是模块以接口形式接入计算机。它们多数属于中低频范围，主要是工程应用类仪器设备，射频微波类以及高准确度类仪器设备较少。由于一部分虚拟仪器模块及系统（如数据采集系统）早在虚拟仪器概念提出之前就已经存在，所以，虚拟仪器概念的建立、提出和发展，一直是围绕着现有仪器设备的功能和性能，逐步强调和加大软件在仪器中的地位和作用，并以软件技术代替硬件技术为核心进行，逐渐将非虚拟仪器虚拟化。

我国的VXI总线技术是反映我国目前虚拟仪器水平的一个方面。此外，互联网已经使数据共享进入新阶段，加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算技术的发展，而这些技术是传立仪器不可能实现的。虚拟仪器技术很好地利用了互联网的功能，因此，可以把来自测量或控制设备中的数据直接发布到网页上，或是用手持式的数字助理工具读取数据，甚至还可以将数据输出到手机上。使用虚拟仪器技术，可以使用互联网的强大功能远距离控制仪器设备，或是与远在其它办公地点甚至其它国家的同事合作处理一个项目。

    商业科技的发展浪潮将会继续，同时也会将虚拟仪器技术推向新的水平。因此，性能的提高将会更容易实现，从而节省宝贵的开发及系统集成时间，同时又比传统仪器测量方案成倍地降低成本。没有人能够准确地预测未来的虚拟仪器将会发展到怎样的程度，但是有一点可以肯定——PC机及其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心，而有了它的帮助虚拟仪器技术将会更成熟。

    总之，虚拟仪器技术的应用前景是很广阔的。它可应用于建模与仿真、科学计算可视化、设计与规划、教育与训练、遥作与遥现、医学、艺术与娱乐等多个方面[9]。网络时代的到来和信息化要求的不断提高，网络技术应用到虚拟仪器领域中是虚拟仪器发展的大趋势。虚拟仪器和网络技术的结合可以实现资源共享，共同完成测试任务，可以在任何地点、任意时刻获取到测量数据信息；可以进行异地或远程控制、数据采集、故障监测、报警等。

波形分析是信号处理中重要的分析手段。虚拟示波器的出现改变了原有示波器的整体设计思路，用软件代替了硬件。将传统仪器由硬件实现的数据分析与显示功能，改由功能强大的计算机及其显示器来完成，使工程技术人员可以用一部笔记本电脑到现场就可轻松完成信号的采集、处理及频谱分析和波形分析。 LabVIEW(实验室虚拟仪器集成环境)是NI公司(美国国家仪器公司)的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境，可实现数据采集、仪器控制、过程监控和自动测试等实验室研究和工业自动化领域的实际任务。LabVIEW从基本的数学函数、字符串处理函数、数据运算函数、文件I／O函数到高级分析库，包括了信号处理、窗函数、滤波器设计、线性代数、概率论与数理统计、曲线拟合等，涵盖了仪器设计中几乎所有需要的函数。LabVIEW的功能模块包括数据采集、通用接口总线和仪表的实时控制、数据分析、数据显示以及数据的存储。拥有大量数据采集和仪表控制的功能模块和开发工具，因此，LabVIEW可以编出外观和功能都与真实仪表很相似的程序。

（1）虚拟示波器的设计方案

虚拟示波器是虚拟仪器平台测控系统输出部分中常用的电子测试仪器之一，是一种分析和比较信号的综合性仪器，能在荧光屏上将电压或电流以时间函数的形式描绘出来，是电信号的时域测量和显示仪器。它的主要功能是精确复现作为时间函数的电压波形，显示的波形用来确定数量的信息(如幅度、频率)，也可用来获得其质量的信息(如波形)；还可用来比较两个不同的波形，并测量它们的时间和相位关系。

本虚拟示波器的主要功能包括：2种通道信号输入、触发控制、通道控制、时基调整控制、幅度调整控制、波形显示等。虚拟示波器主要由软件控制完成信号的采集、处理和显示。其功能结构如图1所示。最终能实现数据采集、处理、显示等功能。

                        图1 虚拟示波器的总体设计图

虚拟示波器由信号模拟模块和相应的软件组成，将它们安装在一台PC机上完成系统软件与信号模拟模块之间的通信。软件采用模块化设计思想编写，每个功能的实现由一个模块完成，软件总体上包括程序控制、波形显示、通道选择、位置调整、触发控制等模块组成，最终能实现数据采集、调节、处理、显示等功能。程序控制模块是虚拟示波器软件的主要部分，完成提供本示波器的操作以及停止按钮。在运行次程序之后，点击其帮助信息可以出现简单的操作说明对话框，还设置了其相应的键盘快捷键。 外部数据的采集，可以根据需要来采集显示外部信号，也可任意选择波形(方波、正弦波、三角波等)。

（2）各子摸块的功能及实现

1）信号模拟模块的实现

设计并完成一个信号模拟模块，要求能模拟出方波、正弦波、三角波、锯齿波等波形，作为本设计中的信号源。

2）通道选择模块的实现

由于工作时要对两个模块进行联通，在工作时就要求对相应切换端口进行切换，所以在设计这一模块时要重点注意线路连接的准确性，以保证整体运行时的畅通。

3) 波形显示模块的设计及相应编程

波形显示模块主要包括幅值调整、位移调整和精度调整。通过幅值、位移及精度的调整，可方便的放大或延展波形，便于观察。为了方便查看，检验信号是否与理论上相符，则要设计相应的显示界面，并适合大众的观察习惯，便于使用。 波形显示模块主要包括幅值调整、位移调整和精度调整。

4) 信号波形调整模块的实现及整体软件的仿真

对该模块的要求是通过位置调整对整体软件进行协调，是省体方面所必需。整体软件的仿真是检验设计放案的正确性和最终实现设计要求索要通过的。

2012.1.13—2012.2.24       查阅相关资料，确定整体的设计思路

        2.25—4.1          设计系统的各个单元模块

        4.2--4.30          实现各模块之间的合作

        5.01—5.07         整理完善

        5.08—5.20         撰写论文，完成论文初稿

        5.21—5.31         向导师提交论文并听取导师意见，修改论文

        6.1—6.7           完成毕业论文正式稿，准备答辩

该设计构思较为严密。选题较为新颖，具有一定的社会现实意义。符合所学专业的所学知识，并且能够对所学知识和能力进行综合训练，可以开题。

指导教师：         

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