基礎Labview的光電測試系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文

1、本科畢業(yè)論文(設計)任務書論文題目：基礎labview的光電測試系統(tǒng)的研究姓 名： 年級、專業(yè)：2007級4班、通信工程指導教師： 起止時間：2010年10月25日至2011年4月8日選題研究的主要內容：本文介紹了基于labview的有關于發(fā)光二極管，利用labview這個平臺，實現對二極管的光電參數的自動測試，通過測試系統(tǒng)與測試分選機的通信科實現在線測試分選，提高了測試的精度和效率，具有穩(wěn)定性高，測量效率高等特點。結果形式：labview虛擬軟件選題研究的意義及可行性論證：意義： 對labview有更深的了解和認識 能靈活應用labview平臺解決一些問題，這次對可實現最發(fā)光二極管的光電參數

2、的自動測試，提高測試系統(tǒng)的精度和效率。 可行性： 具有很大的現實意義，最終可基于labview平臺成功實現對發(fā)光二極管的光電參數的自動測試。進度安排：2010年10月25日2010年11月18日：查閱資料，確定畢業(yè)論文題目2010年11月19日2010年12月19日：查找其labview軟件2011年12月20日2011年01月20日：對其軟件的應用達到應用2011年01月21日2011年02月10日：完成論文的初稿2011年02月11日2011年03月31日：完善設計，修改論文2011年04月01日2011年04月08日：論文分組答辯研究所需條件： labview虛擬軟件指導教師對選題的評語

3、： 簽字：2010年 月 日院學術委員會意見：簽字：2010年 月 日基礎labview的光電測試系統(tǒng)的研究 中文摘要本文介紹了基于labview的有關于發(fā)光二極管，利用labview這個平臺，實現對二極管的光電參數的自動測試，通過測試系統(tǒng)與測試分選機的通信科實現在線測試分選，經過大量的實測檢驗，提高了測試的精度和效率，表明了測試系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高，編程靈活簡易，軟件維護性和可展性好，測試效率高，操作簡單等優(yōu)點。關鍵詞labview,發(fā)光二極管，參數，測試labview based test system of the photoelectric abstract in this paper a

4、re based on the light-emitting diodes labview, labview use this platform to realize the optical parameters of the diode automatic test, the test system and test separator to achieve the communication line test subjectes sorting through a large number of experimental test. the efficiency of experimen

5、t and the accuracy and reliability of the measurement result is also improved. it is high stability ,easy and flexible programming and good ductility, testing, high efficiency, easy operation . key words: labview, led, parameter, measurement目 錄中文摘要iabstractii第1章 緒論11.1關于虛擬儀器的基本概念11.1.1什么是虛擬儀器21.1.1虛

6、擬儀器的特點21.1.1虛擬儀器的構成及分類2第2章關于labview32.1labview環(huán)境32.2創(chuàng)建、編輯和調試vi32.3創(chuàng)建子vi32.4循環(huán)和圖表3第3章case和sequence結構43.1case結構43.2sequence結構43.3formula node結構4第4章基于labview的發(fā)光二極管54.1發(fā)光二極管的定義54.2測試系統(tǒng)的設計54.3系統(tǒng)的硬件結構54.4關鍵技術54.5波長的計算5參考文獻.6附錄.6致謝.6 第1章 緒論1.1 關于虛擬儀器的基本概念1.1.1什么是虛擬儀器二十世紀八十年代末美國研制成功了虛擬儀器。虛擬儀器的發(fā)展標志著自動測試與電子測量

7、儀器領域技術發(fā)展的一個嶄新的方向。所謂虛擬儀器（virtual instrument,簡稱vi），就是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義，具有虛擬面板，測試功能由測試軟件實現的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標點擊虛擬面板，就可操作這臺計算機系統(tǒng)硬件平臺，就如同使用一臺專用電測量儀器。 vi包括三個部分：前面板，框圖程序和圖標連接器。程序前面板用于設置輸入量和觀察輸出量。它模擬真實儀器的前面板。其中，輸入量被稱為controls（控件），用戶可以通過控件向vi中設置輸入參數等；輸出量被稱為indicators（指示器），vi通過指示器向用戶提示狀態(tài)或輸出數據等。用戶還可以使用多種圖

8、標，如旋鈕、開關、按鈕、圖表及圖形等，使前面板易看易懂?？驁D程序用于圖形編程語言編寫，可以把理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D中的部件可以看成程序節(jié)點，如循環(huán)控制、事件控制和算術功能等。圖標接口部件可以讓用戶把vi程序變成一個對象（vi子程序），然后在其他程序中像子程序一樣調用它。圖標表示在其他程序中被調用的子程序，而接線端口則表示圖標的輸入輸出口，就像子程序的參數端口對應著vi程序前面板控件和指示器的數值。labview的強大功能歸因于它的層次化結構。用戶可以把創(chuàng)建的vi程序當做子程序調用，以創(chuàng)建更復雜的程序，而這種調用階數是無限制的。 1.1.2虛擬儀器的特點 與傳統(tǒng)一起相比虛擬儀器有以下特點：

9、（1）融合了計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數據處理、顯示、存儲方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。（2）利用計算機豐富的軟件資源。節(jié)省了物質資源，增加了系統(tǒng)的靈活性。通過圖形用戶界面技術，真正做到界面友好，人機互動。（3）基于計算機總線和模塊化儀器總線，使儀器的硬件實現了模塊化、系列化，大大縮小了系統(tǒng)的尺寸。（4）使vi系統(tǒng)具有方便，靈活的互聯(lián)能力，因此vi技術可方便的構建自動測試系統(tǒng)，實現測量、控制過程的網絡化。（5）用戶可以根據自已的需要選擇不同廠家的產品，是虛擬儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活，效率更高，縮短了系統(tǒng)組建和維修時間。1.1.3虛擬儀器的構成及其分類 虛擬儀器從構成要素上講，

10、由計算機、應用軟件和儀器硬件等構成。從構成分式上講則由以daq板和信號調理為儀器硬件而組成的pc-daq測試系統(tǒng)，或已gpib，vxi，serial和field bus等標準總線儀器為硬件組成的gpib系統(tǒng)、vxi系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現場總線系統(tǒng)等多種形式。如圖所示：目前，虛擬儀器的構成有以下幾種：（1） pc-daq插卡式的vi這種方式用數據采集卡配以計算機平臺和虛擬儀器軟件，便可構成各種數據采集和虛擬儀器系統(tǒng),它充分利用了計算機的總線、機箱、電源以及軟件的使用，其關鍵在于ad轉換技術。這種方式受pc機機箱、總線限制，存在電源功率不足，機箱內噪聲電平較高、無屏障，插槽數目不多、尺寸較小等缺點。（

11、2） 并行口式的vi 最新發(fā)展的可連接到計算機并行口的測試裝置，其硬件集成在一個采集盒里和探頭上，軟件裝在計算機上，可以完成各種vi功能。（3） gpib總線方式的vigpib（general purpose interface bus）技術是ieee488標準的vi早期的發(fā)展階段。它的出現使電子測量由獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展。gpib技術可以用計算機實現對儀器的操作和控制，形成大的自動測試系統(tǒng)。gpib測試系統(tǒng)的結構和命令簡單，造價較低，主要市場在臺式儀器市場。（4） vxi總線方式的vivxi總線是vmebus extension for instrumention的縮寫

12、，是高速計算機總線vme在vi領域的擴展，有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的rfiemi屏蔽。由于它的標準開放，且具有結構緊湊，數據吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持等優(yōu)點，得到廣泛的應用。（5） pxi總線形式的vipxi總線是pci extension for instrumention 的縮寫，是pci在vi領域的擴展，這種新型模塊化儀器系統(tǒng)是在pci總線內核技術上增加了成熟的技術規(guī)范和要求形成的，具有多板同步觸發(fā)、精確定時的星形觸發(fā)、相鄰模塊間高速通訊的局部總線以及高度的可擴展性等優(yōu)點，適用于大型高精度集成系統(tǒng)。（6） 網絡接口方式的vi盡管interne

13、t技術最初并沒有考慮如何將嵌入式智能儀器設備連接在一起，不過ni等公司已經開發(fā)了通過web瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設備的產品，使人們可以通過internet操作儀器設備。根據虛擬儀器的特性，我們能夠方便的將虛擬儀器組成計算機網絡。（7） usb接口方式的viuniversal serial bus（usb）因為其在pc機上的廣泛使用、即插即用的易用性和usb2.0高達480mbitss的傳輸速率，逐漸的成為儀器控制的主流總線技術?，F在計算機上的usb接口越來越多，也使得工程師可以很方便的將基于usb的測量儀器連接到整個系統(tǒng)中。無論哪種vi系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦，臺式微機和工作站等

14、各種計算機平臺加上應用軟件而構成的。注意:此處文字的格式為正文首行縮進,此處文字不必刪除,打印時不顯示第2章 關于labview2.1 關于labview環(huán)境labview是以軟件為核心的虛擬儀器架構下，一個符合行業(yè)標準且功能強大的應用開發(fā)環(huán)境（ade）對于實現測試系統(tǒng)的快速開發(fā)是至關重要的。labview是虛擬儀器的倡導者美國國家儀器公司（ni）于1986年設計推出的一個專門用于開發(fā)設計、控制和測試系統(tǒng)的軟件工具，其獨特的圖形化開發(fā)環(huán)境為科學家和工程師提供了一個簡單易用且功能強大的程序開發(fā)平臺，在科學領域，工業(yè)領域和產品研發(fā)領域得到了廣泛的應用。labview系統(tǒng)環(huán)境由labview應用和若

15、干相關文件組成。在windows環(huán)境下，labview程序圖標用于啟動labview程序的操作；labview uninstall 圖標用于啟動卸載應用程序或從計算機上移去labview以及相關問文件。另外，labview installer會自動的把ni-daq（數據采集）配置應用程序安裝到labview程序組。當在啟動屏幕上選擇new vi時，屏幕上出現一個無標題的面板窗口。面板窗口顯示vi的前面板，框圖程序窗口用來創(chuàng)建vi的框圖程序。前面板和框圖程序由一些圖形化對象集組成，這些對象是labview編程元素。框圖程序含有與前面板控件和指示器對應的連線端子、常數、函數、子vi、結構和把數據從

16、一個對象傳送到另一個對象的連線。前面板和框圖程序窗口都含有一個易于人控制的vi命令和狀態(tài)的工具欄。其中一個工具欄是可以使用的，取決于現在工作在前面板還是框圖程序窗口。labview菜單中使用率最高的是彈出菜單，幾乎所有用于創(chuàng)建vi的對象都有一個彈出菜單供選擇和修改。如要訪問彈出菜單，只需將光標放在所期望的面板或對象上，然后單擊鼠標右鍵即可。labview具有圖形化可移動的工具模板（tools palette），用于創(chuàng)建和運行程序。labview共有三類模板，包括工具（tools）、控制（controls）和功能函數（functions）模板。2.2 創(chuàng)建、編輯和調試vi用任意的labview工

17、具都可以用鼠標右鍵單擊labview功能（函數）或者子程序，彈出“創(chuàng)建常數”、“創(chuàng)建控制”或“創(chuàng)建指示器”等選擇菜單。如果用的是連線工具，則產生的常數、控件或者指示器還會自動的與所單擊部件接好連線。數據流控制labview程序的運行方式。對一個節(jié)點而言，只有當它的輸入端口上的數據都被提供以后，它才能被執(zhí)行。當節(jié)點程序運行完畢 后，它把結果數據送給所有的輸出端口，并且數據很快的從源端口送到目的端口。labview有兩種常見的創(chuàng)建前面板控制對象和指示對象的方法：從控制模板和從框圖程序中創(chuàng)建。編輯功能包含選擇、移動、刪除、復制對象，標注一個對象，選擇和刪除連線，連線的伸縮線，不良連線，改變文本的字體

18、、風格和尺寸，改變對象尺寸等。程序調試技術包括以下幾個方面：（1）找出錯誤：如果一個vi程序不能執(zhí)行，則在面板模板上的運行按鈕中將會出現一個折斷的。如要列出錯誤清單，則單擊斷箭的運行按鈕。（2）設置程序高亮執(zhí)行（3）vi程序的單步執(zhí)行：為了調試程序，可以讓框圖一個節(jié)點一個節(jié)點的執(zhí)行，這就是單步執(zhí)行。（4）探針：可以用探針工具查看當框圖程序流經某一根連接線時的數據。將探針放在某根連線上，從工具模板中選擇探針工具，再用鼠標左鍵單擊希望放置探針的連接線。 （5）斷點：使用斷點工具可以在程序的某一地點中止程序執(zhí)行，以便用探針或者單步方式查看數據。使用斷點工具單擊希望設置斷點的地方，斷點即被設置。 la

19、bview的單步特性包括：a、單步進入子vi循環(huán)等。b、單步通過一個節(jié)點，并停留在主vi的下一個節(jié)點上。c、通過一個節(jié)點后，停止單步執(zhí)行，返回至vi。2.3 創(chuàng)建子vi創(chuàng)建labview應用程序的關鍵是理解和使用vi的分層屬性，即將高層框圖程序中的一部分放入一個圖表中，并給予一個較小的圖表數，從而可以在高層程序中調用，使高層的程序簡潔化。這樣，程序容易調試、理解和維護。如果框圖程序中要調用子vi，則程序中要有一個圖標來描述這個子vi，子vi也要有一個連接器，數據通過該連接器的各端口與上層vi交換。具有圖標和連接器的vi能作為子vi在其他vi程序中被調用。從functions模板中選擇selec

20、t a vi（選擇一個vi），屏幕上出現一個文件選擇對話框。子vi類似于子程序，子vi節(jié)點類似于子程序調用。子vi節(jié)點不是子vi本身，就如同程序、子程序調用語句不是子程序本身一樣。在一個程序中含有數個同一個vi節(jié)點，表示相同的子程序被調用了數次，但是內存中并沒有該子vi的多個拷貝。雙擊子vi圖標，將打開子vi的前面板窗口，再從windows菜單中選擇show diagram，出現該子vi的框圖程序窗口。這樣，就可對子vi的前面板或程序進行操作和修改，子vi節(jié)點有在線幫助。把框圖程序中的某部分轉換為子vi，可以達到簡化程序的目的。首先用選擇工具選中要轉成子vi的部分，然后選擇editsub vi

21、 from selection，選中部分被新的子vi圖標替換，從而被轉換成子vi。2.4 循環(huán)和圖表在labview中，有四種結構控制程序流程：while loop 循環(huán)，for loop循環(huán)，case結構和sequence結構。一個while loop循環(huán)可以重復需要多次編碼的框圖程序部分。通過訪問functions模板的structures（結構）子模板，選擇while loop循環(huán)，然后用鼠標拖曳至欲重復編碼的區(qū)域，當釋放鼠標按鈕時，選擇的編碼已包含在while loop循環(huán)的邊界內。完整的while loop循環(huán)是一個尺寸大小可改變的框架，可以通過鼠標的拖放，將框圖程序元素放入whil

22、e loop循環(huán)的邊界內。一旦接入條件端子的值為“真”，while loop循環(huán)就運行。for loop循環(huán)按照接入計數的預定數決定循環(huán)次數，循環(huán)是通過將框圖程序放入可以被重復的循環(huán)體內所創(chuàng)建。從function模板的structure子模板中選擇for loop循環(huán)，然后使想重復的代碼包含與于for loop循環(huán)是一個可改變大小的框盒。一個for loop循環(huán)有兩個接線端子：計數端和重復端。計數端指示了要執(zhí)行循環(huán)的次數，重復端包含了已經執(zhí)行的循環(huán)次數。wait until next ms multiple功能可以控制循環(huán)時間。波形圖指示器是一種用于顯示單根或多根曲線的特殊數字指示器。有三種模

23、式：strip chart ，scope chart 和sweep chart。strip chart：卷軸式滾動顯示。scope chart：繪制數據時，當曲線到達右邊界時，圖形被刷新，然后從左邊界再次開始，圖形進行折回繪制。sweep chart：在舊、新數據之間通過移動的垂直線來不斷顯示。通過激活波形圖指示器來進行特性、圖表參數、圖形的設置。強制點出現于當labview強行轉變一個端子的數據類型時，從而與另一個端子的數據類型匹配。第3章 case和sequence結構3.1 case結構從function模板structures子模板中選取case結構放到框圖程序中，可以用case結構把

24、節(jié)點（框圖程序中的可執(zhí)行單元，例如函數、結構、subvi等）圍起來，也可以把節(jié)點拽進case結構中。case結構類似于傳統(tǒng)的、基于文本編程語言中的開關語句或者ifthenelse語句。case結構每次只能有一種情況是可見的，每種情況包含一個子框圖程序，究竟執(zhí)行哪種情況由選擇端子上所接的值而定。選擇端子上的值可以是數字型，也可是布爾型。如果數據類型是布爾型，則case結構只有一個true case和一個false case。如果數據是數字型，則case結構可以有多達2- 1個case。case結構中，只要有一個case的輸出數據通道未被連線，則該輸出通道就仍為白色，所以要確認case結構中每個c

25、ase結構中每個case的輸出通道都已連接一個值。3.2 sequence結構sequence結構在functionsstructures子模板中。sequence結構內可以有其他的封閉結構或節(jié)點。sequence結構看起來就像膠卷的邊框，順次執(zhí)行框內的程序。在傳統(tǒng)的基于文本的語言里，程序按語句出現的次序執(zhí)。在以數據流概念編制的程序里，當一個節(jié)點的所有輸入數據都有效時，就執(zhí)行該節(jié)點。但有時候我們也需要一個接一個的執(zhí)行節(jié)點。sequence結構就是labview中用來控制節(jié)點執(zhí)行次序。首先執(zhí)行放在框架frame（0）內的節(jié)點，然后再執(zhí)行frame（1）中的節(jié)點，再接著是frame（2）中的，這樣

26、依次執(zhí)行?？蚣苌系模?x）說明了sequence結構中有幾個frame。sequence locals是sequence結構用來在兩個frame間傳送數據的變量。sequence locals在frame的邊界上。送到一個frame的sequence locals上的數據在后面的frame中有效，但在其前面的frame中無效。當然，要在后面的frame中得到數據，必須在其邊界上創(chuàng)建sequence locals。3.3 formula node結構可以從fuctionsstructures子模板中選取formula node放到框圖程序中，用標簽工具可以在formula node里寫入方程式。

27、formula node尺寸可變。可以用formula node實現在框圖程序里直接寫入代數式。當函數式有多個變量或子相當復雜時，formula node就很有用了。通過formula node，可以直接在框圖程序里編寫一個或多個復雜的式子，以替代在框圖程序里創(chuàng)建類似的子框圖程序。單擊formula node的邊界，在其彈出菜單里選取add input（add output）命令創(chuàng)建formula node輸入和輸出端子。在formula node中可寫入一個或者多個式子，但每個式子必須以分號（;）結尾。當創(chuàng)建輸入端子或輸出端子，必須給端子一個變量名，這個名字要與formula node里的變

28、量名完全對應。這個名字要區(qū)分大小寫，如果用大小寫字母r命名一個端子，在formula node中就必須有大小寫字母r為名字的變量。第4章 基于labview的發(fā)光二極管4.1 發(fā)光二極管的定義發(fā)光二極管（led）既是一種發(fā)光光源，有時一種半導體器件，它的光學、電學參數，如光強、峰值波長、主波長、色度坐標、正向電壓和反向電流等是衡量其是否能正常的最基本參數。因此準確?？焖俚臏y量這些參數非常重要。近幾年已經出現了自動化程度較高且測量精度較高的發(fā)光二極管檢測儀，但是這些儀器是大多是做離線測試，不能進行在線測試分選，效率不高，但針對這些，一種基于labview的發(fā)光二極管光電參數的測試。4.2 測試系

29、統(tǒng)的設計根據準確、快速、直接的測量要求，測試系統(tǒng)應完成發(fā)光發(fā)光強度、主波長、峰值波長、色度坐標、正向電壓和逆向電流等參數的測試。測試系統(tǒng)軟件采用ni公司的labview開發(fā)平臺，可方便的實現了信號采集、數據處理和對硬件的控制，并設計出友好的人機界面。測試系統(tǒng)主要由pci-9112輸入輸出控制模塊、測量與控制模塊和數據處理模塊等組成。其中pci-9112輸入輸出控制模塊主要負責控制pci-9112數據采集卡的數字量輸入輸出和模擬量輸入輸出。測量與控制模塊主要負責各種數據的采集，并將各種測量數據傳給數據處理模塊。數據處理模塊分析處理數據，計算出led各項參數。4.3 系統(tǒng)的硬件結構系統(tǒng)硬件結構：系

30、統(tǒng)主要由工業(yè)控制計算機、分光鏡、光譜測試儀、光電探測器、數據采集卡pci-6023e、pci-9112以及信號調理、控制電路組成，測試系統(tǒng)的組成框圖如圖所示：本系統(tǒng)采用的pci-9112數據采集卡提供16通道單端或8通道差分輸入，12位分辨率、2通道12位多路切換電壓輸出（a01、a02），且可通過軟件編程選擇電壓輸出范圍、16通道ttl數字輸入以及16通道ttl數字輸出。測量led正向電壓時，編程使led驅動電源電路模塊輸出20ma電流驅動led發(fā)光，此時將led兩端輸入到pci-9112數據采集卡的兩路模擬輸入通道中，通過讀取這兩路模擬輸入通道的電壓值并將讀取到的電壓相減即可得到led的正

31、向電壓值。測量反向電流時，編程使led驅動電流模塊輸出5伏電壓驅動led。led發(fā)出的光經分光鏡后分別到達光譜測試儀和光電探測器。光譜測試儀中的線陣ccd上的各個像元對應led各個波長的能量特征，經ccd采樣、放大，經過變換后送入計算機經處理器處理后，計算可得出光源主波長，色度坐標。最終電壓輸入到pci-9112數據采集卡的模擬量輸入通道中，經過計算機處理后可得到發(fā)光強度值。4.4 關鍵技術發(fā)光強度計算：發(fā)光強度測量電路模塊原理框圖，光電探測器將led的發(fā)光強度轉變?yōu)楣怆娏鳎缓蟮竭_光電耦合器，此時通過pci-9112輸入輸出端口控制模塊控制pci-9112的數字量輸出通道的輸出電壓，從而控制

32、通道選擇電路的輸出，通道選擇電路的輸出用來控制光電耦合器選擇不同的通道進行測量，當通道選擇電路輸出低電平時光電耦合器輸出光電流至弱光測量通道，當其輸出高電平時光電耦合器輸出光電流至強光測量通道，光電流經過光測量通道后轉變?yōu)楣怆妷?，此光電壓輸出到pci-9112數據采集卡的模擬量輸入通道。通過軟件讀取通道上的光電壓值后，由光電壓得出發(fā)光強度。本系統(tǒng)采用如下技術方案由光電壓得出發(fā)光強度值：波長在幾十納米范圍內，光強和光強電壓符合i=kv，k為直線斜率，i是光強，v是光電壓。在實際測量時先測得一已知發(fā)光強度下的光電壓值，代入方程：i=kv即可求得k值。主波長計算：各種顏色的色度坐標構成了1931ci

33、e-xyz色度圖（下圖所示）。圖中從780nm沿邊緣線到380nm為單色光顏色的色度坐標，w1（0.3333,0.3333）為等能白點的色度坐標。若led的色度坐標為s（x,y）,連接w2交邊緣線于a1，a1即為該led的主波長，它反應了人眼觀察led顯示的目視感覺。4.5 波長的計算用兩種方法可以計算出主波長：（1）將1931cie-xyz系統(tǒng)色度圖分成四個部分，用曲線擬合計算主波長。用三次樣條曲線擬合從360507nm的色度圖，得到如下函數：y=0.64-9.94x+57.92x-125.54x依次類推，用三次樣條曲線擬合從508520nm的色度圖，得到如下函數： y=0.67+7.58x-127.10x+767.33x用三次樣條曲線擬合從520540nm的