基于虚拟仪器的大型拖曳水池试验系统的设计与实现

摘要

随着科学技术的进步，对测量技术的要求也越来越高。电子测量技术在各个领域的应用越来越广泛。传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，已经很难满足实际测量工作中多样性、多功能的需要。随着集成电路和计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术应运而生。与传统仪器相比，虚拟仪器在测试领域的应用极大地提高了测试的灵活性和扩展性。
　　 本文以中国船舶科学研究中心试验室数字化、信息化项目为背景，为了提高拖曳水池试验效率和加强系统功能，结合虚拟仪器技术和LabVIEW开发环境设计并实现了大型拖曳水池试验系统。
　　 在本试验系统中，除了运用很多常规的数据采集和信号处理的方法外，还对一些具体的实现方式进行了改进，并在设计上做了一些成功的创新。试验系统中成功运用三层式结构组织程序，合理地优化了系统结构；通过生产者消费者设计模式和消息队列设计模式搭建程序框架，使系统的功能和流程更加清晰；基于心跳消息和多线程的通讯方式及智能仪器识别系统提高了系统自动化程度。数据实时监控技术，基于Java存储过程的数据存储，日志模块设计，方式灵活的系统配置，以及试验报告生成功能等一系列技术的设计和创新都有效地提高了系统的运行效率、稳定性、可操作性、灵活性和可扩展性。试验系统的开发，实现了拖曳水池试验室常规试验的标准化和自动化，达到了试验室数字化建设的预期目标。
　　 本文首先从开发大型拖曳水池试验系统的重要意义入手，回顾了数据采集系统和虚拟仪器技术的发展；然后介绍了数据采集的理论基础、LabVIEW中的实现方法和试验系统的硬件平台；接下来重点阐述了系统开发的总体设计思路，包括软件框架、系统的工作流程及各个功能模块；在此基础上，详细论述了本试验系统开发中有所创新和改进的关键技术和技巧；最后进行了对全文的总结和后续工作的展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 虚拟仪器技术

1.2.1 虚拟仪器的概念和发展状况

1.2.2 虚拟仪器开发环境LabVIEW

1.3 本文的主要内容和组织结构

第二章 基于LabVIEW的数据采集和处理

2.1 数据采集

2.2 数据采集系统及其发展现状

2.2.1 数据采集系统

2.2.2 数据采集系统的发展现状和趋势

2.3 数据采集设备

2.3.1 数据采集设备的类型

2.3.2 数据采集设备的主要指标

2.3.3 LabVIEW数据采集函数

2.4 信号处理

第三章 拖曳水池试验系统硬件平台

3.1 深水拖曳水池试验

3.2 试验系统硬件结构

第四章 试验数据采集系统的设计

4.1 系统结构设计

4.2 系统功能设计

4.2.1 数据采集系统的工作流程

4.2.2 管理试验

4.2.3 采集数据

4.2.4 生成试验报告

4.3 程序框架设计

4.3.1 生产者消费者模式

4.3.2 生产者消费者模式在系统框架设计中的运用

4.3.3 消息队列模式

4.3.4 消息、队列及其特点

4.3.5 消息队列模式的运用

第五章 系统关键技术的研究与实现

5.1 软件系统框架

5.1.1 主界面的设计

5.1.2 欢迎界面的设计

5.1.3 StartLogo设计

5.1.4 系统退出控制

5.2 智能仪器识别系统软件设计

5.2.1 通讯消息方式

5.2.2 通讯时连接状态的保持和检测

5.2.3 异步、同步通讯方式

5.2.4 模块设计和实现

5.3 数据采集实时监控

5.3.1 数据处理

5.3.2 显示数据

5.4 基于Java存储过程的数据库通信

5.4.1 Java存储过程

5.4.2 LabVIEW中实现数据库通信

5.4.3 Java存储过程的创建

5.5 基于独立线程和面向对象思想的日志模块

5.5.1 日志线程

5.5.2 日志类

5.6 灵活的数据存储和系统配置

5.6.1 文本文件

5.6.2 电子表格文件

5.6.3 二进制文件

5.6.4 INI文件

5.6.5 XML文件

5.7 测试报告自动生成技术

5.7.1 创建模板

5.7.2 表格处理

5.7.3 图形处理

5.7.4 实现

第六章 总结和展望

6.1 总结

6.2 展望

致 谢

参考文献

附录： 作者在攻读硕士学位期间发表的论文