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4 NI LabVIEW数据视觉化和用户界面设计
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图 5. 工程类输入控件和显示控件
模拟和数字波形图
采集或生成数据后,或者如果数据已经在文件或数据库中,您可使用图形或图表来图形化显示数据。 图形和图表的区别在于数据显示与更新方式不同。每当新的值发送到图形时,图形上的原有数据集合 就被覆盖。波形图可显示均匀采样得到的单个或多个波形;它仅绘制单值函数,比如 y = f(x),并且 点沿 x 轴均匀分布,比如随时间变化采集到的波形。您能通过交互和编程方式添加指针和注释,从而 凸显重要的数据点。
图 6. 波形图, 结合注释和指针
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相比之下,图表将新的数据点追加到已经被显示的数据上以形成历史趋势。在图表上,可以结合先前 采集的数据查看当前读数或测量值。在图表中增加更多可显示的数据点时,图表将会滚动显示以便在 图表右侧显示所增加的新数据点,而旧数据点会在左侧消失。通常在每秒只增加少量数据点的慢速过 程中可以使用图表。波形图表是显示一个或多个图形的特殊数值显示控件,所显示图形数据通常以恒 定速率迚行采集。
图 2. 自定义的 LabVIEW 前面板
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前面板的可定制性不受您使用的输入控件与显示控件所属类型的局限。LabVIEW 具有 3 个不同且可 定制的控制主题。您能使用默认设置迚行最快速开发、让 LabVIEW 看起来像其他各类 Windows 应用, 或定制自己的输入控件和颜色配置以符合公司的品牉形象与个人偏好。
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图 1. 直接通过您希望显示的数据,创建显示控件。 LabVIEW 可显示程序框图上各类已经接受采集或处理的数据;用户无需转换任何内容或编写代码来 创建一个新的显示控件。只需右键单击连线并选择创建»显示控件,就能将合适的显示内容添加至前 面板。一旦创建了它,您就能定制颜色、单元、刻度、范围并且直接缩放前面板。 有别于大多数编程语言和环境,LabVIEW 在开发时关注技术用例,因此它往往提供工程和科学类展 示。用户可使用温度计显示温度、借助数字波形图查看数字测试矢量、并排比较时域和频域信息。如 果您希望查看用工程单位表示的电压(10 mV 而不是.01),您能够办到。如果您发现波形中出现不 寻常的内容又希望更仔细地查看,可通过缩放工具或单击标尺并输入新的结束点来交互式操控图形。 创建自定义用户界面 无论您是为实验室创建简单的数据记录程序,还是创建复杂的生产测试系统,有时都需要创建适合他 人使用的应用程序。在这些情况下,您要能够控制程序操作员能够改变的内容、限制潜在输入、提供 反馈。 凭借 LabVIEW,您既能完全控制前面板向用户展现的内容,也能自由决定将应用程序的哪些部件保 留至程序框图源代码。右键单击输入控件从而编辑输入范围、强制转换、提示信息等属性,令您的应 用程序更易使用和理解。
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图 13. 前面板, 结合显示直升机仿真器的三维图片控件 LabVIEW 前面板还能显示修饰和静态图像,通过导入常见文件类型(如:PNG、 JPG、BMP 和 GIF) 来辅助组织、解释或添加标注。
视觉化和 UI 功能
常用的 OS 输入控件和显示控件
LabVIEW 包含 OS 定义的各类标准输入控件,如:数字和字符串显示、按钮、滑动杆、迚度条和选项 卡。您能使用 LabVIEW 类型的输入控件、OS 类型的输入控件,或修改输入控件的类型,从而满足自 身需要。
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图片控件和修饰
图 12. 图片控件, 显示机械臂的当前位置 当您拥有自定义的显示需求时,图片控件和三维图片控件就给了您一叠空白画布,您能在上面绘制任 何需要的视觉化效果。搭配控制应用程序或设备测试时,图片控件尤其重要;它意味着您能查看自身 控制或测试的设备,这让数据更富意义并能立即生效。您还能将传感器数据直接映射至现有三维模型。
图 10. 数字波形图 混合信号图可同时显示模拟与数字数据,它能够结合所有被波形、XY 和数字波形图接受的数据类型。 一幅混合信号图中可包含多个绘图区域。但一个绘图区域仅能显示数字曲线或者模拟曲线之一,无法 兼有二者。LabVIEW 在绘图区域中绘制图像上数据。混合信号图可自动创建足以容纳所有模拟和数 字数据的绘图区域。向一幅混合信号图添加多个绘图区域时,每个绘图区域都有其各自的 y 标尺。所 有绘图区域共享同一个 x 标尺,以便比较多个数字和模拟信号。
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图 3. 标准 LabVIEW 输入控件和显示控件
图 4. 标准 Windows 输入控件和显示控件 特定工程的输入控件和显示控件 除了功能最齐全的编程环境应当拥有的标准输入控件,LabVIEW 还包含科学和工程应用设计中常见 且大为增加的输入控件和显示控件。内含的输入控件让您能搭配类似熟知物理仪器的前面板来创建 VI; 因此,这种方式更易于程序操作员的理解与使用。
NI LabVIEW 方法的优势
传统仪器和大多数软件应用程序时常具有固定的用户界面。它们显示的数据和适合用户的输入控件, 通过接受定义涵盖了特定硬件或软件的全部功能,且不属于任何一类特定用例。 该方式会带来 2 类不便:
显示的数据一般不会立即生效。许多时候您只关注采获数据的子集,或者数据可能只在经过处 理和分析后有用。 LabVIEW 面板以外的控件在您处理特定事宜时极成阻碍。复杂的菜单、设置和模式使得仪器 难以使用。
专用曲线和控件
某些 LabVIEW 附加工具通过提供适合更特定用例的组件来扩展可视化功能。
控制设计与仿真
针对控制设计和类似的应用程序,常用曲线(如:零枀点、根轨迹、Nichols、Bode 和 Nyquist)都 位于 LabVIEW 控制设计与仿真模块中。
图 14. 伯德图, 源自 LabVIEW 控制设计与仿真模块
图 15. 根轨迹图, 源自 LabVIEW 控制设计与仿真模块
图像处理与机器视觉
针对图像处理应用程序的 NI 视觉开发模块(LabVIEW 版)具有多个视觉化工具,包括:使用模拟和 数字、彩色或黑白相机,在实时或离线(在.JPG、.PNG 和.TIFF 文件中)状态下显示并且分析图片、 图像和视频的能力。您能通过红外摄像头实时显示并分析图像。
减少多种工具的使用困难
无需购买单独的视觉化套件 在线采集、分析并显示, 省去转换困难或格式的非兼容性 借助相同工具, 创建进程显示和无须人工干预的嵌入式应用程序
替代 LabVIEW 等集成化工具使用的方式是使用一类通用编程语言并竭力集成或执行您需要的视觉化 工具。集成视觉程序库非但增加额外成本,还可能需要您将数据转化为特定程序库消费数据时的各类 格式。通过较为低级的图形工具自行开发视觉项目,是一项耗时且困难的任务,这势必派生出欠佳的 功能。 另一种选择是:将采获的数据移至另一项应用。虽然常见,但它在多数情况下不是非常奏效。手动转 移数据容易造成错误;特别是当您将它从一个工具转移至另一个工具,并且不得不对它迚行转换或赋 予它不同格式时。 另一方面,当您开发无须人工干预的嵌入式系统时,就时常被迫使用不同工具来创建应用逻辑和 UI 或人机对话界面(HMI)代码。许多嵌入式应用程序通过 C 等底层语言编写;它们可与另一语言创建的 主机应用程序通信。同样,数据在被显示前,必须被传回并被转换为适当的数据类型。LabVIEW 创 建的调试 UI,适合运行于无须人工干预的对象上的代码。这让用户能轻松地将数据回传至运行在 PC 上的主机应用程序;应用程序之后可使用 LabVIEW 输入控件和显示控件来显示数据。
NI LabVIEW 数据视觉化和用户界面设计
NI LabVIEW 包含完整拖放式输入控件和显示控件的集合,以便您能快速轻松地创建适合应用的用户 界面并有效显示结果,而无需集成第三方组件或从头创建视图。 快速拖放方式不影响灵活性。超级用户可通过控件编辑器和编程控制用户界面 (UI)元素来定制内置控 件,以创建枀具自定义的用户体验。
图 7. 扫描模式中的波形图表 XY 图形是通用的 Cartesian 绘图对象,可以用来绘制多值函数,比如:圆形或具有可变时基的波形。 XY 图形可以显示任何均匀采样或非均匀采样的点的集合。XY 图中可显示 Nyquist 平面、Nichols 平 面、S 平面和 Z 平面。
图 8. XY 图表结合多图形 可使用 LabVIEW 密度图形和图表通过在 Cartesian 平面上放置颜色块可以在二维图形上显示三维数 据。例如,您可以使用密度图形和图表显示模式化的数据,比如温度模式和地形(其中大小代表高 度)。
图 16. NI 视觉开发模块 (LabVIEW 版 )中的矩阵编码、红外、彩色和灰度图像 例如,使用视觉开发模块,您能直接通过标准显微镜或原子力显微镜采集图像,还能直接测量图像。 图 17 中,视觉开发模块可检测纳米管(100 µm 范围)间的边缘并测量它们之间的距离。
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您可使用控制设计显示控件来显示 Nichols、 Nyquist、枀点-零点映射和根轨迹图。借助 CD Plot 选 板上的显示控件,您能显示您所创建 VI 的前面板上的这些曲线。您还能通过使用 CD Nichols VI、 CD Nyquist VI、CD Pole-Zero Map VI、CD Root Locus with Gain VI,创建这些源自程序框图的显示控 件。