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LabVIEW软件需求开发文档参考

news 2026/2/7 12:45:42

在项目开发的工作历程中，精准把握项目需求无疑是成功打造整个项目的首要关键步骤，同时也是一个至关重要且不可忽视的核心环节。明确且详尽的项目需求就如同建筑的基石，为后续的设计、开发、测试等一系列工作提供了坚实的支撑和清晰的指引。倘若需求理解出现偏差或需求本身模糊不清，极有可能导致项目方向的偏离、资源的浪费，甚至最终项目无法达成预期目标。

在此，特意给出一份需求参考内容。这份参考资料凝聚了过往项目的经验和智慧，无论是对于开发者而言，能够依据其更好地规划开发方案、合理分配资源以及把控开发进度；还是对于用户来说，可以借助它更清晰地表达自身期望和实际需求，确保项目成果能够最大程度地契合自身业务需求和使用场景。故而，这份需求参考资料具备较高的参考价值，期望开发者和用户都能从中受益。

一、引言

本文详细阐述一款工业测控软件的需求，该软件基于 LabVIEW 开发，主要应用于某特定工业场景中的设备控制与数据采集，具备多种功能，如温度校准、数据记录与查询等。通过明确软件的通讯参数、功能特性、硬件实现方式以及控制流程等方面的需求，为软件的开发、测试和维护提供全面的指导。

二、通讯参数

仪表	硬件接口	协议	波特率	数据位	发送
PLC	232	host link	115200	7,2,E
标准温度采集	232	无协议	19200	8,1,O	4D543F0A
真空计	485	Modbus RTU	9600	8,N,1
Lake Shore	USB 串口	LabVIEW
量程选择开关
数字万用表

三、软件功能

3.1 总体功能概述

本软件采用 LabVIEW 与其他仪表通讯，实现数据采集和设备控制功能。具备温度校准、数据记录与查询、故障报警及安全联锁保护等功能。支持用户设置多点或单点温度校准流程，可自动或半自动完成校准过程。提供友好的操作界面，方便用户进行系统维护。同时，软件配置远程以太网接口和 USB 接口，支持远程监测和控制。

3.2 具体功能模块

3.2.1 操作画面

操作画面包含真空操作、标准偶测温数据波形图、指标数据显示、校准温度点选择以及通讯状态显示等功能。用户可在画面中设定校准温度点，点击 “开始” 按钮，程序将自动按照设定温度进行校准。若校准过程中需要人工干预，可点击 “校准继续” 按钮继续下一个温度点的校准。

选择温度点	温度点名称
温度 1	77K
温度 2	87K
…	…
温度 6	323K

3.2.2 标准偶测温

标准偶测量画面主要展示波形图和指标的详细数据，包括准度、均匀性和波动度。波形图参考标准偶采集仪表官方软件的样式绘制，纵坐标为温度，其最大值为采集温度加上 0.5，最小值为采集温度减去 0.5；横轴为时间，随着时间增加，横轴时间范围会扩大，最左侧的开始时间固定。曲线颜色设定为：C1 为红色，C2 为绿色，C3 为黄色，温度显示保留四位小数。

准度计算：T 准度是 C1、C2、C3 与设定目标值（Set_C）的差值的绝对值。软件界面将显示三个准度计算值和一个最大值。
- \(T_{偏差\_C1}= C1 - Set_C\)
- \(T_{偏差\_C2}= C2 - Set_C\)
- \(T_{偏差\_C3}= C3 - Set_C\)
- \(T_{准度\_C1}= Abs(C1 - Set_C)\)
- \(T_{准度\_C2}= Abs(C2 - Set_C)\)
- \(T_{准度\_C3}= Abs(C3 - Set_C)\)
- \(T_{准度\_max}= Max(T_{准度\_C1}, T_{准度\_C2}, T_{准度\_C3})\)
均匀性计算：T 均匀性是每次采集 C1、C2、C3 三个值中最大值与最小值的差值，实时计算并显示在画面中。软件界面将显示一个均匀性值和一个 20 分钟内的最大值。
- \(T_{均匀性}= Max(C1, C2, C3) - Min(C1, C2, C3)\)
- \(T_{均匀性\_max}= Max(T_{均匀性}, 20min)\)
波动度计算：T 波动度是计算时间段内（20 分钟）的温度点（每分钟采四个点）最大值与最小值之间的差值。20 分钟后的波动度计算是以当前采集的温度点往前推算 20 分钟内的温度点进行计算，并实时显示计算数据。软件界面将显示三个波动度值和一个最大值。
- \(T_{波动度\_C1}= C1_{Max} - C1_{Min}\)
- \(T_{波动度\_C2}= C2_{Max} - C2_{Min}\)
- \(T_{波动度\_C3}= C3_{Max} - C3_{Min}\)
- \(T_{波动度\_max}= Max(T_{波动度\_C1}, T_{波动度\_C2}, T_{波动度\_C3})\)

3.2.3 数据记录查询

数据报表画面用于记录温度和真空度等相关实验数据，包括标准偶三个温度（C1、C2、C3）、LS 仪表的实时温度四个 PV 值和输出功率、PLC 采集的一个压力值以及两个真空度。数据记录周期默认 2 秒。用户可按照时间段和查询周期进行数据查询，查询结果可导出为 EXCEL 格式，并以当前的年月日时分秒命名保存在电脑硬盘中（例如：Data_20211226_183800）。查询周期是指在数据库提取数据的间隔时间。

3.2.4 温度曲线设置

待详细定义，需进一步与用户沟通明确具体需求。

3.2.5 校准点设置

用户可在软件中设定校准温度点，每个温度点绑定三个预先设定好的温度值。当执行到该温度点时，对应三个温度值可分别下载到仪表中；用户也可手动选择温度点并确定后下载到仪表中。同时，被检信息表用于将电阻测量的九个通道与编号绑定，编号作为测量电阻的唯一标识，记录在 EXCEL 表格中。

校准点	Lake A	Lake B	2704
77K	77.2℃	77.4℃	77.5℃
87K	87.3℃	87.1℃	87.4℃
…	…	…	…

电阻测量通道	编号
CH1	1001
CH2	1002
CH3	1003
…	…
CH9	1009

四、硬件实现

4.1 PLC

操作画面中的真空操作按钮和指示、模拟量数据显示采用 PLC 的 W 区，软件只需对应相关变量即可。数字量写入使用 W80 的 16 个位，数字量输出使用 W81 的 16 个位，模拟量写入使用 D80、D82、D84，模拟量采集使用 D90、D92、D94。

名称	写入地址操作	读取地址指示
机械泵	W80.00	W81.00
分子泵	W80.01	W81.01
前级阀	W80.02	W81.02
主抽阀	W80.03	W81.03
抽空阀	W80.04	W81.04
充气阀	W80.05	W81.05
放气阀	W80.06	W81.06
自动开	W80.07	W81.07
自动关	W80.08

写入（备用）	地址	数据类型	读取	地址	数据类型
1	D80	Real	压力	D90	Real
2	D82	Real	1 备用	D92	Real
3	D84	Real	2 备用	D94	Real

4.2 真空计

真空计通过 COM1 串口通讯，设备地址为 1、2（对应两个真空度数据），读取地址为 107，读取寄存器数量为 4。返回数据（如 12592、11061（DEC）即 3130、2B35 (HEX)）在软件界面以 1.0E+5 的形式显示，两个真空度数据需存储到数据库中。

4.3 标准偶温度采集

标准偶温度采集采用 232 接口，无协议，COM4 端口，波特率 19200，数据位 8,1,O，发送码为 4D543F0A。返回数据需解析，三个颜色分别对应三个温度值，以实数形式显示，保留四个小数位，转换为开尔文温度（采集温度加上 273.15）后显示在界面并存储到数据库中。

4.4 Lake Shore

Lake Shore 设备可实现以下功能：

控制三路温度 ABC 加热。
设定 PID 参数。
设定温度和速率。
控制加热使能。
实时读取温度和功率。

4.5 开关

待详细定义，需进一步明确开关的具体功能和与软件的交互方式。

4.6 8558A

8558A 数字万用表配合开关的档位测试电阻值，需要获取测试命令、电阻数据返回值以及测量完成值。

五、控制流程

5.1 控制规则

设定温度动态调整：设定温度 20 分钟后，若指标的波动度和均匀性满足要求，但准度不满足，则将三个偏差值的平均值与三个当前设定的温度相加，再下置到控温表中作为动态调整温度。
校准温度点设置：用户可在软件界面手动输入六个校准温度点，软件将按照设定顺序执行校准过程。
指标计算与判断：标准偶温度采集的三个温度（C1、C2、C3）参与准确度、均匀性和波动度的计算。在 20 分钟内，准确度和均匀性每分钟采集四个温度点进行计算，波动度在 20 分钟结束后计算。合格指标可设定，默认准确度、均匀性和波动度均小于 10mK 为合格。
电阻测量：当温度指标满足条件后，软件控制量程转换开关选择不同量程（CH1 - CH9）测量电阻值。每个量程测量一次电阻，每次测量前先测量一次标准偶的三个值，并将所有数据记录到 EXCEL 表格中。CH1 - CH9 循环测量 4 次。

5.2 控制流程步骤

初始化：系统启动后进行初始化操作，确保各设备和参数处于正常状态。
设定校准温度点：用户手动输入校准温度点，如 77K、97K、137K、323K 等。当第一个温度点校准完成后，可手动或自动进入下一个温度点的校准。
指标计算与调整：根据标准偶采集的三个温度计算指标。若准度指标不合格，按照设定温度动态调整规则调整设定值。
电阻测量：当指标合格后，开始测量电阻。具体步骤如下：
- 软件控制量程转换到需要的量程，测量一次电阻（CH1），将电阻值记录到 EXCEL 表格（使用固定格式模板）。
- 选择下一个量程（CH1 - CH9），测量电阻值并记录，同时每次测量前先测量一次标准偶的三个值并记录到 EXCEL 表格。
- 重复上述步骤，CH1 - CH9 循环测量 4 次，所有数据记录到 EXCEL 表格。

六、非功能需求

6.1 性能需求

数据记录周期默认 2 秒，确保数据采集的及时性和准确性。
系统响应时间应满足用户操作的实时性要求，避免出现明显的延迟。

6.2 可靠性需求

具备完善的故障和报警检测功能，及时发现并处理系统故障。
提供安全联锁保护功能，确保设备和人员的安全。

6.3 易用性需求

操作界面友好，布局合理，方便用户进行各种操作和设置。
提供清晰的提示信息和帮助文档，使用户能够快速上手和解决问题。

6.4 可维护性需求

软件架构设计应具有良好的模块化和可扩展性，便于后续的功能升级和维护。
代码应具有良好的可读性和注释，方便开发人员进行代码维护和修改。

6.5 安全性需求

对数据进行加密存储和传输，确保数据的安全性和保密性。
提供用户权限管理功能，不同用户具有不同的操作权限，防止非法操作。

七、需求变更管理

在项目开发过程中，可能会出现需求变更的情况。为了确保项目的顺利进行，需要建立有效的需求变更管理机制。具体步骤如下：

需求变更提出：任何涉及需求变更的人员（如用户、开发人员等）应填写需求变更申请表，详细说明变更的内容、原因和影响。
需求变更评估：由项目团队对需求变更进行评估，包括变更的可行性、对项目进度和成本的影响等。
需求变更审批：根据评估结果，由项目负责人或相关决策人员对需求变更进行审批。
需求变更实施：若需求变更获得审批，项目团队应按照变更要求对软件进行修改和测试，并更新相关文档。
需求变更确认：变更实施完成后，由用户对变更结果进行确认，确保满足其需求。

八、附录

8.1 术语表

LabVIEW：一种图形化编程环境，广泛应用于工业自动化、测试测量等领域。
PID 参数：比例（P）、积分（I）、微分（D）参数，用于控制系统的稳定性和响应速度。
开尔文温度：热力学温度单位，与摄氏度的换算关系为：开尔文温度 = 摄氏度 + 273.15。

8.2 参考文档

标准偶采集仪表官方软件使用手册
PLC 设备说明书
真空计设备说明书
Lake Shore 设备说明书
8558A 数字万用表说明书

8.3 相关图表

真空流程图（待补充详细说明）
标准偶温度曲线示意图（待补充）
控制流程框图（待绘制）
EXCEL 表格记录模板（待提供）在操作画面中添加一个新的功能，用于显示系统的实时运行状态。提供一些具体的步骤，帮助用户完成数据记录与查询功能的配置。如何确保软件的安全性和稳定性？

​一、引言