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1、 本科毕业论文(设计)任务书论文题目：基础Labview的光电测试系统的研究姓 名： 年级、专业：2007级4班、通信工程指导教师： 起止时间：2010年10月25日至2011年4月8日选题研究的主要内容：本文介绍了基于Labview的有关于发光二极管，利用Labview这个平台，实现对二极管的光电参数的自动测试，通过测试系统与测试分选机的通信科实现在线测试分选，提高了测试的精度和效率，具有稳定性高，测量效率高等特点。结果形式：Labview虚拟软件选题研究的意义及可行性论证：意义： 对Labview有更深的了解和认识 能灵活应用Labview平台解决一些问题，这次对可实现最发光二极管的光电参
2、数的自动测试，提高测试系统的精度和效率。 可行性： 具有很大的现实意义，最终可基于Labview平台成功实现对发光二极管的光电参数的自动测试。进度安排：2010年10月25日2010年11月18日：查阅资料，确定毕业论文题目2010年11月19日2010年12月19日：查找其Labview软件2011年12月20日2011年01月20日：对其软件的应用达到应用2011年01月21日2011年02月10日：完成论文的初稿2011年02月11日2011年03月31日：完善设计，修改论文2011年04月01日2011年04月08日：论文分组答辩研究所需条件： Labview虚拟软件指导教师对选题的评
3、语： 签字：2010年 月 日院学术委员会意见：签字：2010年 月 日基础Labview的光电测试系统的研究 中文摘要本文介绍了基于Labview的有关于发光二极管，利用Labview这个平台，实现对二极管的光电参数的自动测试，通过测试系统与测试分选机的通信科实现在线测试分选，经过大量的实测检验，提高了测试的精度和效率，表明了测试系统具有稳定性高，编程灵活简易，软件维护性和可展性好，测试效率高，操作简单等优点。关键词Labview,发光二极管，参数，测试- II -Labview based test system of the photoelectric Abstract In this
4、paper are 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 ex
5、periment 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 录中文摘要IAbstractII第1章 绪论11.1关于虚拟仪器的基本概念11.1.1什么是虚拟仪
6、器21.1.1虚拟仪器的特点21.1.1虚拟仪器的构成及分类2第2章关于Labview32.1Labview环境32.2创建、编辑和调试VI32.3创建子VI32.4循环和图表3第3章Case和Sequence结构43.1Case结构43.2Sequence结构43.3Formula Node结构4第4章基于LabVIEW的发光二极管54.1发光二极管的定义54.2测试系统的设计54.3系统的硬件结构54.4关键技术54.5波长的计算5参考文献.6附录.6致谢.6 - III -第1章 绪论1.1 关于虚拟仪器的基本概念1.1.1什么是虚拟仪器二十世纪八十年代末美国研制成功了虚拟仪器。虚拟仪器
7、的发展标志着自动测试与电子测量仪器领域技术发展的一个崭新的方向。所谓虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI），就是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标点击虚拟面板，就可操作这台计算机系统硬件平台，就如同使用一台专用电测量仪器。 VI包括三个部分：前面板，框图程序和图标连接器。程序前面板用于设置输入量和观察输出量。它模拟真实仪器的前面板。其中，输入量被称为Controls（控件），用户可以通过控件向VI中设置输入参数等；输出量被称为Indicators（指示器），VI通过指示器向用户提示状态或输
8、出数据等。用户还可以使用多种图标，如旋钮、开关、按钮、图表及图形等，使前面板易看易懂。框图程序用于图形编程语言编写，可以把理解成传统程序的源代码。框图中的部件可以看成程序节点，如循环控制、事件控制和算术功能等。图标接口部件可以让用户把VI程序变成一个对象（VI子程序），然后在其他程序中像子程序一样调用它。图标表示在其他程序中被调用的子程序，而接线端口则表示图标的输入输出口，就像子程序的参数端口对应着VI程序前面板控件和指示器的数值。Labview的强大功能归因于它的层次化结构。用户可以把创建的VI程序当做子程序调用，以创建更复杂的程序，而这种调用阶数是无限制的。 1.1.2虚拟仪器的特点 与传
9、统一起相比虚拟仪器有以下特点：（1）融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。（2）利用计算机丰富的软件资源。节省了物质资源，增加了系统的灵活性。通过图形用户界面技术，真正做到界面友好，人机互动。（3）基于计算机总线和模块化仪器总线，使仪器的硬件实现了模块化、系列化，大大缩小了系统的尺寸。（4）使VI系统具有方便，灵活的互联能力，因此VI技术可方便的构建自动测试系统，实现测量、控制过程的网络化。（5）用户可以根据自已的需要选择不同厂家的产品，是虚拟仪器系统的开发更为灵活，效率更高，缩短了系统组建和维修时间。1.1.3虚拟仪器的构成及其
10、分类 虚拟仪器从构成要素上讲，由计算机、应用软件和仪器硬件等构成。从构成分式上讲则由以DAQ板和信号调理为仪器硬件而组成的PC-DAQ测试系统，或已GPIB，VXI，Serial和Field bus等标准总线仪器为硬件组成的GPIB系统、VXI系统、串口系统和现场总线系统等多种形式。如图所示：目前，虚拟仪器的构成有以下几种：（1） PC-DAQ插卡式的VI这种方式用数据采集卡配以计算机平台和虚拟仪器软件，便可构成各种数据采集和虚拟仪器系统,它充分利用了计算机的总线、机箱、电源以及软件的使用，其关键在于AD转换技术。这种方式受PC机机箱、总线限制，存在电源功率不足，机箱内噪声电平较高、无屏障，插
11、槽数目不多、尺寸较小等缺点。（2） 并行口式的VI 最新发展的可连接到计算机并行口的测试装置，其硬件集成在一个采集盒里和探头上，软件装在计算机上，可以完成各种VI功能。（3） GPIB总线方式的VIGPIB（General Purpose Interface Bus）技术是IEEE488标准的VI早期的发展阶段。它的出现使电子测量由独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展。GPIB技术可以用计算机实现对仪器的操作和控制，形成大的自动测试系统。GPIB测试系统的结构和命令简单，造价较低，主要市场在台式仪器市场。（4） VXI总线方式的VIVXI总线是VMEbus eXtension for I
12、nstrumention的缩写，是高速计算机总线VME在VI领域的扩展，有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFIEMI屏蔽。由于它的标准开放，且具有结构紧凑，数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、众多仪器厂家支持等优点，得到广泛的应用。（5） PXI总线形式的VIPXI总线是PCI eXtension for Instrumention 的缩写，是PCI在VI领域的扩展，这种新型模块化仪器系统是在PCI总线内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的，具有多板同步触发、精确定时的星形触发、相邻模块间高速通讯的局部总线以及高度的可扩展性等优点，适用于大型高精度集成系统。（6） 网络接
13、口方式的VI尽管Internet技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过NI等公司已经开发了通过Web浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Internet操作仪器设备。根据虚拟仪器的特性，我们能够方便的将虚拟仪器组成计算机网络。（7） USB接口方式的VIUniversal Serial Bus（USB）因为其在PC机上的广泛使用、即插即用的易用性和USB2.0高达480Mbitss的传输速率，逐渐的成为仪器控制的主流总线技术。现在计算机上的USB接口越来越多，也使得工程师可以很方便的将基于USB的测量仪器连接到整个系统中。无论哪种VI系统，都是将仪器硬件搭载到
14、笔记本电脑，台式微机和工作站等各种计算机平台加上应用软件而构成的。注意:此处文字的格式为正文首行缩进,此处文字不必删除,打印时不显示第2章 关于Labview2.1 关于Labview环境LabVIEW是以软件为核心的虚拟仪器架构下，一个符合行业标准且功能强大的应用开发环境（ADE）对于实现测试系统的快速开发是至关重要的。LabVIEW是虚拟仪器的倡导者美国国家仪器公司（NI）于1986年设计推出的一个专门用于开发设计、控制和测试系统的软件工具，其独特的图形化开发环境为科学家和工程师提供了一个简单易用且功能强大的程序开发平台，在科学领域，工业领域和产品研发领域得到了广泛的应用。LabVIEW系
15、统环境由LabVIEW应用和若干相关文件组成。在Windows环境下，LabVIEW程序图标用于启动LabVIEW程序的操作；LabVIEW Uninstall 图标用于启动卸载应用程序或从计算机上移去LabVIEW以及相关问文件。另外，LabVIEW Installer会自动的把NI-DAQ（数据采集）配置应用程序安装到LabVIEW程序组。当在启动屏幕上选择New VI时，屏幕上出现一个无标题的面板窗口。面板窗口显示VI的前面板，框图程序窗口用来创建VI的框图程序。前面板和框图程序由一些图形化对象集组成，这些对象是LabVIEW编程元素。框图程序含有与前面板控件和指示器对应的连线端子、常数
16、、函数、子VI、结构和把数据从一个对象传送到另一个对象的连线。前面板和框图程序窗口都含有一个易于人控制的VI命令和状态的工具栏。其中一个工具栏是可以使用的，取决于现在工作在前面板还是框图程序窗口。LabVIEW菜单中使用率最高的是弹出菜单，几乎所有用于创建VI的对象都有一个弹出菜单供选择和修改。如要访问弹出菜单，只需将光标放在所期望的面板或对象上，然后单击鼠标右键即可。LabVIEW具有图形化可移动的工具模板（Tools Palette），用于创建和运行程序。LabVIEW共有三类模板，包括工具（Tools）、控制（Controls）和功能函数（Functions）模板。2.2 创建、编辑和调
17、试VI用任意的LabVIEW工具都可以用鼠标右键单击LabVIEW功能（函数）或者子程序，弹出“创建常数”、“创建控制”或“创建指示器”等选择菜单。如果用的是连线工具，则产生的常数、控件或者指示器还会自动的与所单击部件接好连线。数据流控制LabVIEW程序的运行方式。对一个节点而言，只有当它的输入端口上的数据都被提供以后，它才能被执行。当节点程序运行完毕 后，它把结果数据送给所有的输出端口，并且数据很快的从源端口送到目的端口。LabVIEW有两种常见的创建前面板控制对象和指示对象的方法：从控制模板和从框图程序中创建。编辑功能包含选择、移动、删除、复制对象，标注一个对象，选择和删除连线，连线的伸
18、缩线，不良连线，改变文本的字体、风格和尺寸，改变对象尺寸等。程序调试技术包括以下几个方面：（1）找出错误：如果一个VI程序不能执行，则在面板模板上的运行按钮中将会出现一个折断的。如要列出错误清单，则单击断箭的运行按钮。（2）设置程序高亮执行（3）VI程序的单步执行：为了调试程序，可以让框图一个节点一个节点的执行，这就是单步执行。（4）探针：可以用探针工具查看当框图程序流经某一根连接线时的数据。将探针放在某根连线上，从工具模板中选择探针工具，再用鼠标左键单击希望放置探针的连接线。 （5）断点：使用断点工具可以在程序的某一地点中止程序执行，以便用探针或者单步方式查看数据。使用断点工具单击希望设置断
19、点的地方，断点即被设置。 LabVIEW的单步特性包括：a、单步进入子VI循环等。b、单步通过一个节点，并停留在主VI的下一个节点上。c、通过一个节点后，停止单步执行，返回至VI。2.3 创建子VI创建LabVIEW应用程序的关键是理解和使用VI的分层属性，即将高层框图程序中的一部分放入一个图表中，并给予一个较小的图表数，从而可以在高层程序中调用，使高层的程序简洁化。这样，程序容易调试、理解和维护。如果框图程序中要调用子VI，则程序中要有一个图标来描述这个子VI，子VI也要有一个连接器，数据通过该连接器的各端口与上层VI交换。具有图标和连接器的VI能作为子VI在其他VI程序中被调用。从Func
20、tions模板中选择Select a VI（选择一个VI），屏幕上出现一个文件选择对话框。子VI类似于子程序，子VI节点类似于子程序调用。子VI节点不是子VI本身，就如同程序、子程序调用语句不是子程序本身一样。在一个程序中含有数个同一个VI节点，表示相同的子程序被调用了数次，但是内存中并没有该子VI的多个拷贝。双击子VI图标，将打开子VI的前面板窗口，再从Windows菜单中选择Show Diagram，出现该子VI的框图程序窗口。这样，就可对子VI的前面板或程序进行操作和修改，子VI节点有在线帮助。把框图程序中的某部分转换为子VI，可以达到简化程序的目的。首先用选择工具选中要转成子VI的部分
21、，然后选择EditSub VI From Selection，选中部分被新的子VI图标替换，从而被转换成子VI。2.4 循环和图表在LabVIEW中，有四种结构控制程序流程：While Loop 循环，For Loop循环，Case结构和Sequence结构。一个While Loop循环可以重复需要多次编码的框图程序部分。通过访问Functions模板的Structures（结构）子模板，选择While Loop循环，然后用鼠标拖曳至欲重复编码的区域，当释放鼠标按钮时，选择的编码已包含在While Loop循环的边界内。完整的While Loop循环是一个尺寸大小可改变的框架，可以通过鼠标的拖
22、放，将框图程序元素放入While Loop循环的边界内。一旦接入条件端子的值为“真”，While Loop循环就运行。For Loop循环按照接入计数的预定数决定循环次数，循环是通过将框图程序放入可以被重复的循环体内所创建。从Function模板的Structure子模板中选择For Loop循环，然后使想重复的代码包含与于For Loop循环是一个可改变大小的框盒。一个For Loop循环有两个接线端子：计数端和重复端。计数端指示了要执行循环的次数，重复端包含了已经执行的循环次数。Wait Until Next ms Multiple功能可以控制循环时间。波形图指示器是一种用于显示单根或多根
23、曲线的特殊数字指示器。有三种模式：Strip Chart ，Scope Chart 和Sweep Chart。Strip Chart：卷轴式滚动显示。Scope Chart：绘制数据时，当曲线到达右边界时，图形被刷新，然后从左边界再次开始，图形进行折回绘制。Sweep Chart：在旧、新数据之间通过移动的垂直线来不断显示。通过激活波形图指示器来进行特性、图表参数、图形的设置。强制点出现于当LabVIEW强行转变一个端子的数据类型时，从而与另一个端子的数据类型匹配。第3章 Case和Sequence结构3.1 Case结构从Function模板Structures子模板中选取Case结构放到框
24、图程序中，可以用Case结构把节点（框图程序中的可执行单元，例如函数、结构、SubVI等）围起来，也可以把节点拽进Case结构中。Case结构类似于传统的、基于文本编程语言中的开关语句或者ifthenelse语句。Case结构每次只能有一种情况是可见的，每种情况包含一个子框图程序，究竟执行哪种情况由选择端子上所接的值而定。选择端子上的值可以是数字型，也可是布尔型。如果数据类型是布尔型，则Case结构只有一个True case和一个False case。如果数据是数字型，则Case结构可以有多达2- 1个Case。Case结构中，只要有一个Case的输出数据通道未被连线，则该输出通道就仍为白色，
25、所以要确认Case结构中每个Case结构中每个Case的输出通道都已连接一个值。3.2 Sequence结构Sequence结构在FunctionsStructures子模板中。Sequence结构内可以有其他的封闭结构或节点。Sequence结构看起来就像胶卷的边框，顺次执行框内的程序。在传统的基于文本的语言里，程序按语句出现的次序执。在以数据流概念编制的程序里，当一个节点的所有输入数据都有效时，就执行该节点。但有时候我们也需要一个接一个的执行节点。Sequence结构就是LabVIEW中用来控制节点执行次序。首先执行放在框架Frame（0）内的节点，然后再执行Frame（1）中的节点，再接
26、着是Frame（2）中的，这样依次执行。框架上的（0x）说明了Sequence结构中有几个Frame。Sequence Locals是Sequence结构用来在两个Frame间传送数据的变量。Sequence Locals在Frame的边界上。送到一个Frame的Sequence Locals上的数据在后面的Frame中有效，但在其前面的Frame中无效。当然，要在后面的Frame中得到数据，必须在其边界上创建Sequence Locals。3.3 Formula Node结构可以从FuctionsStructures子模板中选取Formula Node放到框图程序中，用标签工具可以在Form
27、ula Node里写入方程式。Formula Node尺寸可变。可以用Formula Node实现在框图程序里直接写入代数式。当函数式有多个变量或子相当复杂时，Formula Node就很有用了。通过Formula Node，可以直接在框图程序里编写一个或多个复杂的式子，以替代在框图程序里创建类似的子框图程序。单击Formula Node的边界，在其弹出菜单里选取Add Input（Add Output）命令创建Formula Node输入和输出端子。在Formula Node中可写入一个或者多个式子，但每个式子必须以分号（;）结尾。当创建输入端子或输出端子，必须给端子一个变量名，这个名字要与
28、Formula Node里的变量名完全对应。这个名字要区分大小写，如果用大小写字母r命名一个端子，在Formula Node中就必须有大小写字母r为名字的变量。第4章 基于LabVIEW的发光二极管4.1 发光二极管的定义发光二极管（LED）既是一种发光光源，有时一种半导体器件，它的光学、电学参数，如光强、峰值波长、主波长、色度坐标、正向电压和反向电流等是衡量其是否能正常的最基本参数。因此准确。快速的测量这些参数非常重要。近几年已经出现了自动化程度较高且测量精度较高的发光二极管检测仪，但是这些仪器是大多是做离线测试，不能进行在线测试分选，效率不高，但针对这些，一种基于LabVIEW的发光二极管
29、光电参数的测试。4.2 测试系统的设计根据准确、快速、直接的测量要求，测试系统应完成发光发光强度、主波长、峰值波长、色度坐标、正向电压和逆向电流等参数的测试。测试系统软件采用NI公司的LabVIEW开发平台，可方便的实现了信号采集、数据处理和对硬件的控制，并设计出友好的人机界面。测试系统主要由PCI-9112输入输出控制模块、测量与控制模块和数据处理模块等组成。其中PCI-9112输入输出控制模块主要负责控制PCI-9112数据采集卡的数字量输入输出和模拟量输入输出。测量与控制模块主要负责各种数据的采集，并将各种测量数据传给数据处理模块。数据处理模块分析处理数据，计算出LED各项参数。4.3
30、系统的硬件结构系统硬件结构：系统主要由工业控制计算机、分光镜、光谱测试仪、光电探测器、数据采集卡PCI-6023E、PCI-9112以及信号调理、控制电路组成，测试系统的组成框图如图所示：本系统采用的PCI-9112数据采集卡提供16通道单端或8通道差分输入，12位分辨率、2通道12位多路切换电压输出（A01、A02），且可通过软件编程选择电压输出范围、16通道TTL数字输入以及16通道TTL数字输出。测量LED正向电压时，编程使LED驱动电源电路模块输出20mA电流驱动LED发光，此时将LED两端输入到PCI-9112数据采集卡的两路模拟输入通道中，通过读取这两路模拟输入通道的电压值并将读取
31、到的电压相减即可得到LED的正向电压值。测量反向电流时，编程使LED驱动电流模块输出5伏电压驱动LED。LED发出的光经分光镜后分别到达光谱测试仪和光电探测器。光谱测试仪中的线阵CCD上的各个像元对应LED各个波长的能量特征，经CCD采样、放大，经过变换后送入计算机经处理器处理后，计算可得出光源主波长，色度坐标。最终电压输入到PCI-9112数据采集卡的模拟量输入通道中，经过计算机处理后可得到发光强度值。4.4 关键技术发光强度计算：发光强度测量电路模块原理框图，光电探测器将LED的发光强度转变为光电流，然后到达光电耦合器，此时通过PCI-9112输入输出端口控制模块控制PCI-9112的数字
32、量输出通道的输出电压，从而控制通道选择电路的输出，通道选择电路的输出用来控制光电耦合器选择不同的通道进行测量，当通道选择电路输出低电平时光电耦合器输出光电流至弱光测量通道，当其输出高电平时光电耦合器输出光电流至强光测量通道，光电流经过光测量通道后转变为光电压，此光电压输出到PCI-9112数据采集卡的模拟量输入通道。通过软件读取通道上的光电压值后，由光电压得出发光强度。本系统采用如下技术方案由光电压得出发光强度值：波长在几十纳米范围内，光强和光强电压符合I=kV，k为直线斜率，I是光强，V是光电压。在实际测量时先测得一已知发光强度下的光电压值，代入方程：I=kV即可求得k值。主波长计算：各种颜
33、色的色度坐标构成了1931CIE-XYZ色度图（下图所示）。图中从780nm沿边缘线到380nm为单色光颜色的色度坐标，W1（0.3333,0.3333）为等能白点的色度坐标。若LED的色度坐标为S（x,y）,连接W2交边缘线于a1，a1即为该LED的主波长，它反应了人眼观察LED显示的目视感觉。4.5 波长的计算用两种方法可以计算出主波长：（1）将1931CIE-XYZ系统色度图分成四个部分，用曲线拟合计算主波长。用三次样条曲线拟合从360507nm的色度图，得到如下函数：y=0.64-9.94x+57.92x-125.54x依次类推，用三次样条曲线拟合从508520nm的色度图，得到如下函
34、数： y=0.67+7.58x-127.10x+767.33x用三次样条曲线拟合从520540nm的色度图，得到如下函数： y=0.81+0.89x-7.55x+11.87x从540700nm的一段色度图中，用直线拟合，得到如下函数： y=-0.9956x+0.9968采用这种方法可以快速计算出主波长的坐标，从而确定主波长，但其缺点是计算出来的波长误差较大。 （2）通过表逐次逼近法，即将该色度坐标和等能白点的斜率与每一个主波长的色度坐标和等能白点的连线的斜率进行比较，然后再进行线性插值计算主波长。设LED光源色度坐标与等能白点连线的斜率为k，主波长与等能白点连线的斜率为ka，则在LED光源色度
35、坐标对应的区间里，必有ka-1kka+1，由此，根据查表的算法可以确定光源的主波长在（a-1，a+1）内，再用插值得方法可以求出该LED光源的主波长a1。通过对两种计算主波长的方法进行对比后，本测试系统采用查表法计算主波长。解决上述技术关键点后，将所设计的测试系统应用于实际测试系统中，经过与标准LED材料测试结果的对比及多次重复性测试表明，本系统主波长测量参数误差不大于1nm，发光强度误差在10以内，达到了预期的高精度要求。4.6 总结基于LabVIEW的发光二极管光电参数测试系统的开发过程和实际应用表明，本测试系统实现了快速、准确、可靠的测试，以及测试的自动化，提高了工作效率。参考文献1 杨
36、乐平，李海涛，肖志胜等，LabVIEW程序设计与应用【M】。北京：电 子工业出版社，20012 李庆扬，王能超，易大义数值分析【M】。武汉：华中科技大学出版社，20033 李晓维，虚拟仪器技术分析【J】。电子测量与仪器学报；1996年03期4 戴云明，张立 基于LabVIEW的调频广播播出信号自动检测系统设计 【A】。2006年全国广播电视发射技术论文集5 汪敏生等译著，LabVIEW基础教程。北京：电子工业出版社，20026 徐国钧，苏绍基，光电探测仪的原理和应用【J】。云南大学学报，20017 周求谌，钱志红等，虚拟仪器与LabVIEW程序设计【M】。北京：北京航 空航天出版社，20048 周箭，虚拟仪器及技术研究【J】。浙江大学学报（工学版）；2000年06期9 National Instruments.选择正确的软件应用开发环境（ADE）【Z】 http:/ National Instruments.仪器总线技术的回顾与展望【Z】 http:/ - 16 -