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12级《虚拟仪器》课程设计任务书

课程设计题目： 虚拟仪器 时间：7周——12周

一、设计题目及任务

学生可根据喜好和兴趣，从以下题目中选择一题或经老师同意的其它题目进行设计。

1．虚拟相位差计（1人）（135、136） ? 设计一个双路正弦波发生器，其频率和相位差可调； ? 采用过零法、FFT频谱分析法和相关法设计一个相位计； ? 仿真分析不同方法的优缺点及各自实用条件；

? 分析信号幅值、噪声幅值、采样点数等值的变化对测量结果的影响。 分两种情况测量：

? 不经过数据采集的仿真； ? 经过数据采集。（132）

2．通用串口调试工具设计（1人）（135、136） 按以下界面或自己设计一个通用串口调试工具。要求能设置COM口、波特率、数据位、校验位、停止位等。

3.虚拟频谱仪（1人）（135、136） ? 设计一个信号发生器，分别产生正弦波、方波、三角波信号； ? 设计频谱分析仪，对正弦波、方波、三角波信号进行频谱分析； ? 产生叠加谐波，并分析叠加谐波的周期信号的频谱分析。 ? 非周期信号的频谱分析。 分两种情况测量：

? 不经过数据采集的仿真；

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? 经过数据采集。（132）

4．虚拟扫频仪设计（1人）（135、136） 要求能进行幅频、相频特性分析。信号可以模拟产生或通过硬件输入。

5．交流信号的虚拟仪器测量（1人）（135、136） ? 通过DAQ卡或虚拟信号发生器产生交流电压、电流信号； ? 测量交流电压、电流信号的有效值或幅值、频率、相位差等； ? 计算一个周期（或若干个整周期）的平均功率，即有功功率； ? 同时计算视在功率、无功功率、功率因数等；

? 首先，应当在环境下（不经过数据采集，使用仿真信号源）检查算法的效果。

6．网络化虚拟仪器设计（1人）（135、136） ? 建立一个虚拟波形发生器或其它虚拟仪器面板； ? 采用B/S模式实现仪器的网络化控制。

? 采用C/S模式实现仪器的网络化控制，可采用DataSocket或TCP/IP方式。

7．基于声卡的虚拟仪器设计（1人）（135、136） ? 可测试信号、频谱；

? 可回放记录数据的图形，回放速度可调； ? 产生多种信号，频率幅值可调。

8．通用虚拟滤波器设计（1人）（135、136） ? 建立一个虚拟波形发生器，要求信号频率连续可调； ? 设计通用滤波器，能进行高通、低通、带通及带阻滤波； ? 分析各种数字滤波器频率响应特性，及各种数字滤波器性能比较。

9．虚拟数字电压表设计（1人）（135、136） ? 实现电压数字显示，通道配置与选择； ? 实现交、直流选择，采样频率，采样点数设置；

? 直流档显示直流电压，交流档显示有效值，平均值和峰值；

? 应用DAQ卡获取电压信号，或产生模拟信号，分别进行交直流电压测量。

10．Apple Watch仿真设计（1人）（135、136） ??设计Apple Watch界面，显示时间；

? 设计连接天气、航班信息、播放音乐、测量心跳、计步、闹钟等功能键，及相关子界面及功能程序设计。

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11．动态响应分析仪（1人）（135、136） ??设计典型的一阶统和二阶系统的动态过度过程分析仪； ??系统输入为：单位阶跃、正弦、脉冲或上升斜波信号可选； ??输入信号参数可设置，如二阶系统阻尼状态等；

??给出系统动态响应的时域分析，显示系统输出波形及关键参数。

12．模拟汽车仪表盘的设计（1人）（135、136） ? 模拟汽车控制面板，可以对显示面板中的参量进行控制；

? 控制面板上带有车速表， 里程表， 转速表 ，燃油表（初始油量设为300升，当油量低于30升时，油量指示器闪烁报警）；

? 左右转向灯，汽车转弯时，发出明暗交替的闪光信号，以表示汽车向左或向右转向行驶。

13. 计算器设计（1人）（135、136） 按Windows系统附件中的计算器设计一个基于LabVIEW的计算器。

14. 交通系统中红绿灯控制设计（1人）（135、136） 交通灯通常指由红、黄、绿三种颜色灯组成用来指挥交通的信号灯。根据我国交通法律上规定设计一款交通灯模拟系统，真实直观的反映出十字路口红绿灯亮灭情况。模拟等候红灯队列，智能调节红绿灯时间长度。

15.自动售货机（1人）（135、136） 自动售货机由三个投币口组成，可分别投入5角、1元、5元等三种硬币。当购买一定数目的货物以后，在取物口取出商品，然后在退币口取出余额。同时为了指示系统当前的状态，配有L1、L2指示灯，当系统出现错误时，会根据提前设定方式进行报警输出。自动售货机界面请参见自

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动售货机示意图。

自动售货机示意图

16．虚拟数据记录仪设计（1人）（135、136） ? 可回放记录数据的图形，回放速度可调； ? 连续、定时采集和存储一个电压信号； 数据来源有两种： ? 经过DAQ数据采集卡； ? 经过串行口（132）。

17．锅炉温度监控系统的设计。（1人）（132或135）RS232 ? 参考“锅炉温度控制实验平台”，根据温度控制原理进行系统设计；

? 采用标准MODBUS RTU通讯协议通过计算机的RS232串行接口与锅炉温度控制实验平台的仪表通信获取锅炉温度反馈信号；

? 用LabVIEW软件设计实时控制监视界面和控制算法，并通过RS232串行接口将控制信号输入仪表实现锅炉温度的控制；

? 分析引起温度测量与控制误差的因素、及改进策略。

18．温度测控系统设计。（1人）myDAQ ? 参考“锅炉温度控制实验平台”，根据温度控制原理进行系统设计； ? 应用myDAQ卡获取温度信号；

? 设计温度控制算法，实现温度精确控制；

? 分析引起温度测量与控制误差的因素、及改进策略。

19．虚拟振动测试系统设计。（1人）DAQ ? 参考“传感器与检测技术实验仪实验指导书”，根据振动测量原理进行系统设计； ? 应用DAQ卡获取实验台振动信号；

? 设计振动分析仪，分析振动梁的幅频特性，获得振动加速度、速度和振幅； ? 测试振动梁的振动频率和固有频率。

20.电机转速及角度控制的设计。（1人）NI ELVIS ? 参考“Quanser直流电机使用说明书”，采用NI ELVIS 实验平台，对电机转速控制系统进行设计； ? 应用NI ELVIS 实验平台的DI口及AI口获取电机转速及角度信号；

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? 设计一个基于NI ELVIS 实验平台的电机转速及角度控制算法，实现转速及角度的精确控制； ? 分析引起转速及角度测量与控制误差的因素、及改进策略。

21．智能数字PID调节器的设计 （1人选） myDAQ ? 参考“智能PID调节器使用说明书”，采用myDAQ卡，根据智能PID调节器工作原理进行系统设计； ? 应用myDAQ卡的AI口或DI口获取测量信号;设计模拟信号采集、处理、输出及人机接口电路，可在线键

盘参数设置、定时检测、显示、报警等；

? 掌握PID控制规律及算法，应用myDAQ卡的AO口实现数字PID控制。

22.一阶倒立摆平衡控制的设计。（1人）NI ELVIS ? 参考“Quanser倒立摆使用说明书”，采用NI ELVIS 实验平台，根据一阶倒立摆控制原理进行系统设计； ? 应用NI ELVIS获取一阶倒立摆电机的角度及摆臂的角度信号； ? 设计一阶倒立摆平衡控制算法，实现一阶倒立摆的平衡控制；

? 分析引起摆臂震荡和编码器线缆和倒立摆臂出现缠绕的原因，提出改进的策略。

23．步进电机变频调速及角度和方向控制设计。（1人） myDAQ ? 参考“步进电机使用说明书”，采用myDAQ卡，根据步进电机控制原理进行系统设计； ? 应用myDAQ卡的DI口及AI口获取测量信号； ? 控制步进电动机变频调速、方向及角度。

24．直流电机闭环调速控制设计。（1人）myDAQ ? 参考“直流电机使用说明书”，采用myDAQ卡，根据直流电机控制原理进行系统设计； ? 应用myDAQ卡的DIO口及AIO口获取测量信号并输出控制信号； ? 掌握PID控制规律及算法 ? 实现直流电动机的闭环调速。

25．应变测试系统设计。（1人）myDAQ ? 参考“传感器与检测技术实验仪实验指导书”，根据应变测量原理进行系统设计； ? 应用myDAQ卡的DI口及AI口获取应变测量信号；

? 对应变单臂、半桥、全桥特性进行实验研究，并进行分析比较； ? 实验研究温度对应变测量的影响，显示和分析实验结果。

26．差动变压器性能实验与位移测试。（1人）DAQ卡 ? 参考“传感器与检测技术实验仪实验指导书”，根据差动变压器原理进行系统设计； ? 应用DAQ卡获取应变测量信号；

? 实验研究差动变压器特性、激励频率对其特性的影响，显示和分析实验结果； ? 对差动变压器的零点残余电压进行补偿，并进行位移测量，显示和分析实验结果。

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