LabVIEW教学用开发平台

一、培训目标

1. 基础编程：掌握 LabVIEW 数据类型、程序结构、子 VI 设计与调试技巧。

2. 硬件通信：精通 RS-232/485、TCP/IP、Modbus、PLC 等工业通信协议及实现。

3. 高级设计模式：熟练运用状态机、生产者 - 消费者模式构建复杂测控系统。

4. 项目实践：具备从需求分析到系统部署的全流程项目开发能力。

二、培训对象

本科学生（专业不限），具备基础电路知识或编程概念（如 C 语言）。

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三、培训内容与典型练习

第一阶段：LabVIEW 编程基础（8 课时）

课程内容

1. 开发环境与基本数据类型

2. 前面板控件设计与事件结构

3. 程序结构（顺序 / 循环 / 条件）与子 VI 创建

典型练习

1. 简易计算器：实现四则运算与异常处理

2. 温度监控系统：随机数模拟传感器数据，实时曲线显示

第二阶段：硬件接口与工业通信（14 课时）

课程内容

1. RS-232/485 串口通信原理与 VISA 函数

2. TCP/IP、UDP 网络编程与 HTTP 协议交互

3. 西门子 S7 协议与 Modbus RTU/TCP 实现

4. 三菱 PLC 通信与多设备协同控制

典型练习

3.      串口协议分析仪：实现 RS-485 数据帧捕获与解析

1. PLC     电机控制系统：通过 Modbus TCP 控制 S7-1200 PLC

第三阶段：高级设计模式与系统集成（12 课时）

课程内容

1. 状态机设计模式

   • 状态图建模（初始化→运行→暂停→终止）

   • 事件驱动与时间驱动状态转换

   • 层次化状态机架构设计

2. 生产者 - 消费者模式

   • 队列数据结构管理（FIFO/LIFO）

   • 多线程数据处理优化

   • 生产者 / 消费者比例调优策略

3. 数据库交互与报表生成

典型练习

5.      自动化生产线状态机

1. • 设计物料检测、传送、分拣状态转换

   • 实现故障报警与急停处理机制

   • 添加状态历史记录与统计功能

1. 高速数据采集系统

   • 基于生产者 - 消费者模式实现 USB 数据实时处理

   • 设计环形缓冲区防止数据溢出

   • 添加数据处理性能监测（帧率、缓冲区占用率）

第四阶段：综合项目实践（14 课时）

课程内容

1. 项目需求分析与架构设计

2. 多设计模式协同应用（状态机 + 生产者 - 消费者）

3. 系统调试与性能优化

4. 可执行程序打包与用户手册编写

典型练习

7.      智能家居监控系统

1. • 融合温湿度采集、数据库存储与 Web 远程控制

   • 使用状态机管理设备工作模式（自动 / 手动）

   • 基于生产者 - 消费者模式处理传感器数据流

8.     水质监测平台

1. • 多传感器数据融合（pH 值、溶解氧、浊度）

   • 状态机控制采样周期与校准流程

   • 异常数据报警与趋势预测分析

四、硬件推荐清单

设备 / 工具	型号 / 规格	用途说明
西门子 PLC	S7-200 SMART CPU SR20	Modbus/TCP 通信与逻辑控制
USB 转 RS485 模块	CH340G 芯片	串口设备互联
数据采集卡	NI USB-6008	模拟量 / 数字量采集
温湿度传感器	DHT22	环境数据采集
继电器模块	5V 直流控制	模拟设备开关控制
软件工具	LabVIEW 2022、MySQL 8.0	开发环境与数据库

五、考核方式

维度	占比	评分要点
平时成绩	30%	实验报告完整性、代码规范性（注释 / 模块化）、课堂参与度
项目实践	50%	功能完成度（40%）、设计模式应用（30%）、团队协作（20%）、答辩表现（10%）
期末考试	20%	LabVIEW 基础（30%）、通信协议（30%）、设计模式（40%）

六、课程安排（40 课时）

周次	主题	核心内容
1	LabVIEW 基础	开发环境、数据类型、程序结构、子 VI 设计
2	串口与网络通信	RS-232/485 配置、TCP/UDP 编程、HTTP 协议应用
3	PLC 与仪器控制	西门子 S7 协议、Modbus RTU/TCP、GPIB/SCPI 命令
4	状态机设计模式	状态图建模、事件驱动机制、层次化状态机实现
5	生产者 - 消费者模式	队列管理、多线程编程、数据处理优化
6-7	综合项目开发	需求分析、架构设计、模块编码、系统集成（重点实现多模式协同）
8	项目优化与部署	性能调优、故障处理、用户界面美化、可执行程序生成