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摘要：利用LabView软件设计了一种虚拟小功率计平台。介绍了功率计的实现步骤和设计难点，并给出实际测试结果。本平台在实际应用中得到了较好的效果。
关键词：虚拟仪器；LabView；小功率计
自20世纪90年代以来，在计算机技术的推动下，以虚拟仪器为标志的通用化、智能化和网络化测量仪器及测试系统得到了迅猛发展。以图形化软件编程方法和集成开发环境为标志的虚拟仪器开发环境是虚拟仪器技术研究的重要内容，也是虚拟仪器技术应用与发展的技术基础。美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI公司)的创新产品LabView是目前最为广泛的虚拟仪器软件开发环境。LabView为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，设计者利用它可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统以及构造自己的仪器。
正是基于LabView软件的上述特点及特性，我们选择了此种软件来实现一种功率计的功率测量平台。本平台具有逼真、形象的特点，并仿真多个参数的整个测量过程；操作使用方便，实时给出测量结果；软件流程清晰，控制功能强，易于扩展。
1虚拟仪器的设计方法
1.1 LabView简介
LabView(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司推出的一种基于G语言(Graphics Language，图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。
用LabView设计的虚拟仪器可脱离LabView开发环境，用户最终看见的是和实际硬件仪器相似的操作面板。
1.2 在LabView平台下虚拟仪器的组成
在LabView平台下，一个虚拟仪器由3部分组成：前面板(Panel)，框图程序(Diagram Programme)以及图标/连接端口(Icon/Terminal)。
前面板由控制、指示和修饰(Decoration)构成，是图形化用户界面，其功能等效于传统测试仪器的前面板，用于设置输入数值和观察输出量。每个前面板对应一个框图程序。
框图程序由节点(Node)和数据连线组成，用图形化编程语言编写，其功能等效于传统测试仪器与前面板相联系的硬件电路。所有的VI都有图标和连接器。图标和连接器指定了数据流进流出VI的路径。在框图中图标是VI的图形符号，而连接器则定义了输入和输出。图标和连接器端口可以把VI变成一个对象(SubVI，即VI子程序)，然后像子程序一样在其他VI中调用。
1.3 虚拟仪器的设计步骤
通常，一个虚拟仪器的设计步骤如下：
(1)在前面板设计窗口放置控件；
(2)在流程图编辑窗口放置节点、图框；
(3)数据流编程；
(4)运行检验，包括仿真检验和实测检验两方面；
(5)程序调试技术；
(6)数据观察；
(7)命名存盘。
2虚拟小功率计及功率测量的实现
功率测量的组成框图如图1所示。
图1 功率测量的组成框图
2.1 搭建功率计前面板
设计调整后的面板如图2所示。
图2 完整的前面板
2.2 设计、编辑后面板
2.2.1 创建结构
创建While循环结构作为主程序的结构，在While循环结构中创建Case循环结构，用于放置各个子程序。
2.2.2 编辑子VI及各部分的程序
①调零子VI
A 创建控制器，并命名为噪声输入、粗调、细调，其类型分别为双精度型、有符号16位整型、无符号16位整型；
B 创建指示器，命名为输出，类型为双精度型；
C 确定逻辑，输出为噪声输入、粗调、细调三者之和，且每个加数的加权系数是不同的，完整程序如图3所示。
图3 调零子VI
②档位控制子VI
A 创建控制器，命名为Boolean，Boolean2，类型均为Boolean型；
B 创建指示器，命名为Numeric，类型为双精度型；
C 确定逻辑，当Boolean开关为开状态时，输出为1.00，当Boolean2开关为开状态时，输出为1000.00，为此选用Select控件，程序如图4所示。
图4 档位控制子VI
③输出限幅器子VI
因小功率计量程有限，若输入超过量程，则输出只会显示最大量程，为此，用公式节点进行编程，其程序如图5所示。
图5 输出限幅器子VI
④校准输入子VI
此子VI的功能是，若选择的校准因子与小功率计所测频段对应的校准因子不相同，则输出会产生一定误差，其逻辑是对二者之差进行加权处理，程序如图6所示。
图6 较准输入子VI
⑤开关子VI
开关子VI的功能是：电源开关为开时，量程选择为mW档，mW的指示灯亮，否则UW的指示灯亮，同时对应量程起作用，用两个公式节点，编程实现其功能，程序如图7所示。
图7 开关子VI
⑥噪声产生程序
有两处需要噪声，一处是为实现仪器使用时进行调零操作，人为加入一个随机噪声；另一处是发射机的内部热噪声，仍选用随机噪声，程序如图8所示。
图8 噪声产生程序
⑦频率选择程序
此程序实现对发射机的不同频率进行选择的功能,选用Text Ring控件和公式节点,程序如图9所示。
图9 频率选择程序
2.2.3 连接各个子VI及各个部分的程序
根据功率测量的过程、各个子VI及各个部分的程序的输入、输出将分散的程序连接起来。
①连接噪声产生程序和调零子VI；
②连接电源开关与开关子VI；
③连接开关与档位控制子VI；
④连接频率选择程序与输出控件；
⑤连接其他的控件。
至此，后面板编辑设计完毕，程序如图10所示。
图10 完整的后面板程序图
3关于功率测量方面的重点难点
3.1 调零子VI设计
在实际的功率测量中，每次测量之前，要对功率计进行零点校准，以确保测量结果的准确性。用软件虚拟功率测量过程就必须包含这一步。在设计调零子VI过程中，完全地仿真功率计的工作过程，既要使调零子VI工作时完成调零功能，又要使调零子VI不工作时不影响其他部分的正常工作，只是影响测量结果的精度，这是难点所在。
经过多次调试和修改，确定采用Select和Add控件组合，使调零子VI处于加数的位置上，不影响被加数的性质，只是影响被加数的大小，从而模拟了调零操作。
3.2 开关子VI设计
开关子VI的功能是用电源开关来控制量程档位和量程显示开关，同时，电源开关还作为整个功率计的控制信号被用来控制其他控件的工作。其难点不仅在于控制量程档位和显示开关的逻辑编程，而且还在于整个功率计各个控件的时序和逻辑关系。
采用Select结构，使电源开关作为选择控件的输入信号，对量程档位和显示开关进行编程，使其受到电源开关的控制。另外，将电源开关直接作为其他控件的输入信号，从而达到控制其他控件的功能。
3.3 前面板布局
出于模块化的原则，前面板的布局是从分系统开始的。分系统布局好以后才进行平台的总体布局。这虽然使得编程任务变得相对容易，但是却增加了前面板的布局难度。因为，将布局完整的分系统的前面板转移到平台上面去，有些控件属性需要重新设置，有些控件需要重新创建。
因而，整体布局要在分系统布局之前完成，这将极大地简化工作量，提高工作效率。
3.4 后面板连线
后面板连线是最为繁琐的工作，因其不仅关系到控件之间的连线，而且关系到控件之间的时序、逻辑关系，所以是遇到的最大困难。
4结束语
运行结果如图11所示。本虚拟小功率计具有逼真、形象的特点，并仿真多个参数的整个测量过程；操作使用方便，实时给出测量结果；软件流程清晰，控制功能强，易于扩展。
图11 运行结果
参考文献
[1][美]Bishop R H著，乔瑞萍，林欣译.LabView6i实用教程[M].北京：电子工业出版社，2003
[2]杨乐平，李海涛，肖相生，等.LabView程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2001
[3]刘军华，郭会军，赵向阳，等.基于LabView的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社，2003
Application of LabView in the little virtual power meter
Liu Dejiang
The armed forces 91917, Beijing, 100841, China
Abstract: This paper proposes a method for realizing the little virtual power meter. First, this paper introduces the design of the little virtual power meter. Then, we discuss the method. At last, we give the result.
Key words: virtual instrument; Lab View; little power meter
关键词：虚拟仪器；LabView；小功率计
自20世纪90年代以来，在计算机技术的推动下，以虚拟仪器为标志的通用化、智能化和网络化测量仪器及测试系统得到了迅猛发展。以图形化软件编程方法和集成开发环境为标志的虚拟仪器开发环境是虚拟仪器技术研究的重要内容，也是虚拟仪器技术应用与发展的技术基础。美国国家仪器公司(National Instrument，简称NI公司)的创新产品LabView是目前最为广泛的虚拟仪器软件开发环境。LabView为虚拟仪器设计者提供了一个便捷、轻松的设计环境，设计者利用它可以像搭积木一样，轻松组建一个测量系统以及构造自己的仪器。
正是基于LabView软件的上述特点及特性，我们选择了此种软件来实现一种功率计的功率测量平台。本平台具有逼真、形象的特点，并仿真多个参数的整个测量过程；操作使用方便，实时给出测量结果；软件流程清晰，控制功能强，易于扩展。
1虚拟仪器的设计方法
1.1 LabView简介
LabView(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台)是美国NI公司推出的一种基于G语言(Graphics Language，图形化编程语言)的虚拟仪器软件开发工具。
用LabView设计的虚拟仪器可脱离LabView开发环境，用户最终看见的是和实际硬件仪器相似的操作面板。
1.2 在LabView平台下虚拟仪器的组成
在LabView平台下，一个虚拟仪器由3部分组成：前面板(Panel)，框图程序(Diagram Programme)以及图标/连接端口(Icon/Terminal)。
前面板由控制、指示和修饰(Decoration)构成，是图形化用户界面，其功能等效于传统测试仪器的前面板，用于设置输入数值和观察输出量。每个前面板对应一个框图程序。
框图程序由节点(Node)和数据连线组成，用图形化编程语言编写，其功能等效于传统测试仪器与前面板相联系的硬件电路。所有的VI都有图标和连接器。图标和连接器指定了数据流进流出VI的路径。在框图中图标是VI的图形符号，而连接器则定义了输入和输出。图标和连接器端口可以把VI变成一个对象(SubVI，即VI子程序)，然后像子程序一样在其他VI中调用。
1.3 虚拟仪器的设计步骤
通常，一个虚拟仪器的设计步骤如下：
(1)在前面板设计窗口放置控件；
(2)在流程图编辑窗口放置节点、图框；
(3)数据流编程；
(4)运行检验，包括仿真检验和实测检验两方面；
(5)程序调试技术；
(6)数据观察；
(7)命名存盘。
2虚拟小功率计及功率测量的实现
功率测量的组成框图如图1所示。
图1 功率测量的组成框图
2.1 搭建功率计前面板
设计调整后的面板如图2所示。
图2 完整的前面板
2.2 设计、编辑后面板
2.2.1 创建结构
创建While循环结构作为主程序的结构，在While循环结构中创建Case循环结构，用于放置各个子程序。
2.2.2 编辑子VI及各部分的程序
①调零子VI
A 创建控制器，并命名为噪声输入、粗调、细调，其类型分别为双精度型、有符号16位整型、无符号16位整型；
B 创建指示器，命名为输出，类型为双精度型；
C 确定逻辑，输出为噪声输入、粗调、细调三者之和，且每个加数的加权系数是不同的，完整程序如图3所示。
图3 调零子VI
②档位控制子VI
A 创建控制器，命名为Boolean，Boolean2，类型均为Boolean型；
B 创建指示器，命名为Numeric，类型为双精度型；
C 确定逻辑，当Boolean开关为开状态时，输出为1.00，当Boolean2开关为开状态时，输出为1000.00，为此选用Select控件，程序如图4所示。
图4 档位控制子VI
③输出限幅器子VI
因小功率计量程有限，若输入超过量程，则输出只会显示最大量程，为此，用公式节点进行编程，其程序如图5所示。
图5 输出限幅器子VI
④校准输入子VI
此子VI的功能是，若选择的校准因子与小功率计所测频段对应的校准因子不相同，则输出会产生一定误差，其逻辑是对二者之差进行加权处理，程序如图6所示。
图6 较准输入子VI
⑤开关子VI
开关子VI的功能是：电源开关为开时，量程选择为mW档，mW的指示灯亮，否则UW的指示灯亮，同时对应量程起作用，用两个公式节点，编程实现其功能，程序如图7所示。
图7 开关子VI
⑥噪声产生程序
有两处需要噪声，一处是为实现仪器使用时进行调零操作，人为加入一个随机噪声；另一处是发射机的内部热噪声，仍选用随机噪声，程序如图8所示。
图8 噪声产生程序
⑦频率选择程序
此程序实现对发射机的不同频率进行选择的功能,选用Text Ring控件和公式节点,程序如图9所示。
图9 频率选择程序
2.2.3 连接各个子VI及各个部分的程序
根据功率测量的过程、各个子VI及各个部分的程序的输入、输出将分散的程序连接起来。
①连接噪声产生程序和调零子VI；
②连接电源开关与开关子VI；
③连接开关与档位控制子VI；
④连接频率选择程序与输出控件；
⑤连接其他的控件。
至此，后面板编辑设计完毕，程序如图10所示。
图10 完整的后面板程序图
3关于功率测量方面的重点难点
3.1 调零子VI设计
在实际的功率测量中，每次测量之前，要对功率计进行零点校准，以确保测量结果的准确性。用软件虚拟功率测量过程就必须包含这一步。在设计调零子VI过程中，完全地仿真功率计的工作过程，既要使调零子VI工作时完成调零功能，又要使调零子VI不工作时不影响其他部分的正常工作，只是影响测量结果的精度，这是难点所在。
经过多次调试和修改，确定采用Select和Add控件组合，使调零子VI处于加数的位置上，不影响被加数的性质，只是影响被加数的大小，从而模拟了调零操作。
3.2 开关子VI设计
开关子VI的功能是用电源开关来控制量程档位和量程显示开关，同时，电源开关还作为整个功率计的控制信号被用来控制其他控件的工作。其难点不仅在于控制量程档位和显示开关的逻辑编程，而且还在于整个功率计各个控件的时序和逻辑关系。
采用Select结构，使电源开关作为选择控件的输入信号，对量程档位和显示开关进行编程，使其受到电源开关的控制。另外，将电源开关直接作为其他控件的输入信号，从而达到控制其他控件的功能。
3.3 前面板布局
出于模块化的原则，前面板的布局是从分系统开始的。分系统布局好以后才进行平台的总体布局。这虽然使得编程任务变得相对容易，但是却增加了前面板的布局难度。因为，将布局完整的分系统的前面板转移到平台上面去，有些控件属性需要重新设置，有些控件需要重新创建。
因而，整体布局要在分系统布局之前完成，这将极大地简化工作量，提高工作效率。
3.4 后面板连线
后面板连线是最为繁琐的工作，因其不仅关系到控件之间的连线，而且关系到控件之间的时序、逻辑关系，所以是遇到的最大困难。
4结束语
运行结果如图11所示。本虚拟小功率计具有逼真、形象的特点，并仿真多个参数的整个测量过程；操作使用方便，实时给出测量结果；软件流程清晰，控制功能强，易于扩展。
图11 运行结果
参考文献
[1][美]Bishop R H著，乔瑞萍，林欣译.LabView6i实用教程[M].北京：电子工业出版社，2003
[2]杨乐平，李海涛，肖相生，等.LabView程序设计与应用[M].北京：电子工业出版社，2001
[3]刘军华，郭会军，赵向阳，等.基于LabView的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社，2003
Application of LabView in the little virtual power meter
Liu Dejiang
The armed forces 91917, Beijing, 100841, China
Abstract: This paper proposes a method for realizing the little virtual power meter. First, this paper introduces the design of the little virtual power meter. Then, we discuss the method. At last, we give the result.
Key words: virtual instrument; Lab View; little power meter