本书主要以LabVIEW虚拟仪器软件为平台，以虚拟仪器技术应用项目为重点介绍了如何借助虚拟仪器技术完成工业测控的应用。全书分为五篇：第一篇为预备篇，介绍虚拟仪器的基本知识和虚拟仪器测控系统的软硬件环境。第二篇为体验篇，认识和使用虚拟仪器产品——ELVIS，并介绍基于Arduino开源平台的数据采集。第三篇为入门篇，介绍电烤箱温度测控系统。第四篇为提高篇，介绍数字测控对象检测与控制技术。第五篇为应用篇，主要通过电气设备性能测试、自动称重系统、基于机器视觉的PCB检测、智能家居系统等实际应用项目，帮助读者掌握实际应用技能。
本书以虚拟仪器的应用技术为重点，淡化原理，注重实用，以项目、案例为线索进行内容的编排。
本书适合作为高等职业院校自动化类、电子信息类等相关专业的教材，也可作为高校教师项目教学的配套教材，亦可供广大工程技术人员参考。
 

第三版前言         
随着我国从制造大国向制造强国的不断深入推进，智能制造已成为企业升级改造、谋求发展的必经之路。LabVIEW是专为测试、测量和控制应用而设计的系统工程软件，可快速访问硬件和数据信息。LabVIEW提供了一种图形化编程方法，可直观地显示应用的各个方面，包括硬件配置、测量数据和调试。这种可视化方法可让用户轻松集成任何供应商的测量硬件，使用程序框图直观地表示复杂的逻辑，开发数据分析算法，以及设计自定义工程用户界面。其图形化编程语法使得工程系统的可视化、创建和编程变得更为简单，因此，它在缩短测试时间、提供基于采集数据的商业应用等方面具有明显优势。作为未来企业的一线技术主力，高职学生学会使用LabVIEW软件将在未来就业竞争中具有一定优势。
常州信息职业技术学院自2003年开始与NI公司开展深度合作，2010年编写完成本书第一版，2015年完成本书第二版修订，2018年建成了国家级精品在线开放课程“虚拟仪器应用技术”。本次修订主要做了以下工作：
1.更新教材LabVIEW软件版本。
2.体验篇增加项目二 用Arduino完成数据采集任务。
3.重新设计和梳理项目教学知识点内容，为教材配套了多媒体教学资源，将教材进行新形态一体化全面升级，结合“虚拟仪器应用技术”国家级精品在线开放课程开展在线辅导与答疑，课程网址https://www.icourse163.org/course/CCIT-1001755342。
4.应用篇增加项目八 智能家居系统。
5.将课后习题调整为CLAD练习和编程练习两部分，并增加了部分CLAD习题。
本书由常州信息职业技术学院组织修订，秦益霖教授提出整体修改意见，李晴副教授负责组织具体修订工作并统稿，其中第一篇由李晴和朱敏共同修订，第二篇由李晴和上海恩艾仪器有限公司高明泽工程师共同修订，第三篇由陈琳修订，第四篇由钱声强修订，第五篇由朱敏、李晴、秦益霖共同修订。
本书在修订过程中得到了上海恩艾仪器有限公司、苏州凌创电子科技有限公司、亚龙智能装备集团股份有限公司等企业技术专家的大力支持和帮助，在此表示感谢。
由于编者的水平有限，书中难免存在不足和疏漏之处，诚望广大读者和有关专家给予指正。

  编  者  
2020年7月

第一版前言
2008年，百年不遇的世界金融危机，对全球经济造成重创，但中国经济却呈现V型反转，中国制造大国的地位得到进一步巩固。现代制造业正在向规模化、自动化、个性化方向发展，产品的个性化需求对测试技术提出了更高的要求。
虚拟仪器具有基于开放软件平台、图形化开发界面等优点，可以在不改变或少改变硬件的前提下，通过软件灵活地满足多种不同的测试与控制需求。使用虚拟仪器技术，工程师可以利用图形化开发软件方便、高效地创建完全自定义的解决方案，以满足灵活多变的需求趋势——这完全不同于专门的、只有固定功能的传统仪器。目前，财富500强中85%的制造型企业已经选择了虚拟仪器技术，大幅度减小了自动化测试设备（ATE）的尺寸，使工作效率提升了十倍之多，而成本却只有传统仪器解决方案的一小部分。虚拟仪器在我国正逐步得到广泛应用。
美国国家仪器公司（简称NI）是全球虚拟仪器技术的倡导者和领先者，过去的三十多年里，NI通过虚拟仪器技术为测试、测量和自动化领域带来了一场革新。虚拟仪器技术把现成、即用的商业技术与创新的软/硬件平台进行集成，从而为嵌入式设计、工业控制以及测试和测量提供了一种独特的解决方案。
常州地处制造业发达的长三角地区，对于现代测试技术的需求非常大。然而，由于掌握虚拟仪器技术的专业人才还非常少，大大影响了先进技术的应用。2003年，常州信息职业技术学院在规划电气自动化技术专业培养方案时，确立了为常州及周边地区现代制造业服务，培养具备综合职业素质、扎实的基本技能以及专项技能的“1+2”型高职人才，为推动产业升级提供人才保障和技术支持的目标。为了培养学生的专项技能，我院选择美国国家仪器公司作为重要的合作伙伴，并于2004年开始共建虚拟仪器联合实训室。
通过与NI公司紧密合作，我院组建了强有力的专、兼职教学团队，开发虚拟仪器应用技术课程，在课程的定位、课程的架构、课程项目载体的选择方面进行了积极、大胆的创新和探索。2007年，我院成为教育部、财政部100所高职示范性院校建设立项单位，其中电气自动化技术专业成为重点建设专业，这使得虚拟仪器应用技术课程建设更上一层楼。课程组以典型岗位工作任务为引领，将实际工作任务及工作过程提炼、序化，设计成循序渐进的学习项目。借鉴澳大利亚TAFE学院培训包（training package）的概念，创新设计了“AAA”课程架构。A1学徒项目包（apprenticeship-oriented project package）和A2应用项目包（application-oriented project package），将职业岗位技能需求和职业教育目标相结合，规定出每个学习项目及整个项目包中学生达到能力标准所需的考核要求，这两个项目包作为课程架构的“认证”部分，即必修内容。A3拓界项目包（across-oriented project package）作为课内教学的补充和拓展，在课外通过兴趣小组、技能竞赛、毕业设计、科技创新大赛、参与教师科技服务项目等各种形式提供虚拟仪器技术的自主学习和深入研究。这些项目形式不定，学习时间、地点不定，由学生自行选择。自主学习，作为课程架构的“非认证”部分，即选修内容。
目前，关于虚拟仪器的教材虽然较多，但是适合高职院校尤其是适应项目教学的教材还很少。为了把我国高职示范性院校建设的成果进行推广，作者在我院校本教材的基础上，结合多年项目教学经验，把撰写一本有特色、有创新、与高职项目教学相配套的教材作为教学团队的目标。相信这些经验会对从事虚拟仪器方面教学的同行起到一个抛砖引玉的作用，能对广大有志于从事虚拟仪器应用的学生和工程技术人员提供一定的帮助。这正是本书的主要写作目的，也是作者团队极力想做的一件事。
本书是按照项目教学的思路进行编排的，建议具备一定实训条件的学校在实训室进行一体化教学，边讲边做，随时解答学生疑问，尤其是进行到项目三以后，教师要放手让学生自主思考、广开思路，让学生学会用多种方法解决实际问题。同时建议采用一次课4学时连排的方式以保证项目实施的完整性。具体建议课时见“附录A 学时分配表”，暂不具备实训条件的学校可根据“附录B 软件知识点分布表”选择相关知识点和项目实施教学。
本书由常州信息职业技术学院虚拟仪器课程组编写完成，该教学团队长期从事虚拟仪器课程教学和实训室建设，是一个充满活力、富有创新精神的双师型团队。课程组2009年度被评为常州信息职业技术学院优秀教学团队，所有作者均为电气自动化技术专业省级优秀教学团队主要成员。团队围绕虚拟仪器教学课程与美国国家仪器公司的紧密合作，先后编写了《虚拟仪器讲义》、《虚拟仪器项目教学手册》、《虚拟仪器项目教学任务书》等一系列的校本讲义，本书正是经过多轮使用后，总结经验完善优化编写的项目教学教材。
全书由秦益霖提出整体构思并统稿，由李晴组织编写，由吕景全最终审定。项目开篇由秦益霖、李晴共同编写；体验篇由李晴、钱声强共同编写；入门篇由朱敏、陈琳共同编写；提高篇由钱声强、陈琳编写；应用篇由秦益霖、朱敏、李晴共同编写。受篇幅的限制，还有一些应用没有涉及。由于学识水平的欠缺，错误之处在所难免，希望同行专家和广大读者给予批评指正。
本书在撰写过程中得到了教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会、上海恩艾仪器有限公司、中国铁道出版社等单位的鼎力支持，感谢教育部高职高专自动化技术类专业教学指导委员会主任吕景全教授、NI中国公司陈庆全经理、黄植希工程师和季雷工程师的大力支持，常州信息职业技术学院的王露高级实验员、牛杰老师、江苏科技大学研究生马祥林同学在实验调试、资料收集、文档处理等方面做了大量工作，邓志良教授、李众教授等也为本书的编写提出了许多宝贵意见，在此表示衷心感谢！同时感谢作者的家人，如果没有你们的无私奉献和支持就没有这本书！

           编  者                                                       2010年4月

目录
第一篇  预备篇 1
1.1　虚拟仪器的基本知识 1
1.2　虚拟仪器软件编程环境 7
1.3　虚拟仪器硬件配置方案 19
思考与练习 43
第二篇  体验篇 45
项目一　认识和使用虚拟仪器产品——NI ELVIS 45
2.1　任务1　认识NI  ELVIS平台 46
2.2　任务2?使用NI  ELVIS中的仪器 56
思考与练习 69
项目二?用Arduino完成数据采集任务 70
2.3?任务3　认识Arduino开源平台 70
2.4?任务4　使用Arduino完成数据采集任务 74
思考与练习 82
第三篇  入门篇 83
项目三  电烤箱温度测控系统 83
3.1　任务1　仿真温度检测程序设计 84
3.2　任务2　温度转换程序设计 91
3.3　任务3　温度信号的实时图形显示和分析报警 102
3.4　任务4　温度传感器信号的调理和ELVIS采集 112
3.5　任务5　电烤箱温度测控系统的设计和实现 120
CLAD练习 126
编程练习 133
第四篇  提高篇 134
项目四?数字测控对象检测与控制 134
4.1　任务1　霓虹灯控制 135
4.2　任务2　数字式显示器控制 149
4.3　任务3　交通信号灯控制 158
CLAD练习 171
编程练习 175
第五篇  应用篇 177
项目五?电气设备性能测试 177
5.1　任务1　RC电路过渡过程的测试和计算 178
5.2　任务2　数字信号的频率测量和滤波处理 186
5.3　任务3　电力设备谐波的测试和计算 195
项目六?自动称重系统测试 202
5.4　任务4　自动称重系统测试 203
CLAD练习 222
编程练习 224
项目七?基于机器视觉的PCB检测 224
5.5　任务5　基于机器视觉的PCB检测 225
CLAD练习 235
编程练习 236
项目八?智能家居系统 236
5.6?任务6　智能家居系统 236
CLAD练习 251
编程练习 251
附录A  学时分配表 253
附录B  软件知识点分布表 254
附录C  CLAD考点详解 256
参考文献  264

李　晴，常州信息职业技术学院

本书为项目任务式教材，国家级精品在线开放课程“虚拟仪器
应用技术”配套教材