基于多媒体技术的仪表客户端设计.doc

1、 本科生毕业论文(设计)基于多媒体技术的仪表客户端设计院系名称姓名学号专业指导教师 年4月30日24摘要从1930年美国科学家范内瓦布什造出世界上首台模拟电子计算机开始，计算机逐渐进入人们的视线，融入日常的生活，并成为人们工作、生活、学习、娱乐不可或缺的重要工具。近几年来，国际上出现了一种测量仪器虚拟仪表。虚拟仪器是在PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统。这种虚拟仪表技术把计算机技术和仪表仪器技术完美地结合起来，为现代仪器技术掀开了崭新的一页。本文就是在把虚拟仪表的客户端结合了多媒体技术设计进行的。关键词： 多媒体； 虚拟仪表； 客户端； 软件系统目录

2、1 引言12 概 述22.1 什么是多媒体技术22.2技术多媒体技术在教学中的发展与运用23 教学需求与研发创意44 系统构成与主要功能64.1基于网络的虚拟仪表系统64.1.1 系统组成64.1.2参数的网络传输74.2虚拟仪表面板对象74.2.1面向对象的设计方法74.2.2面板对象数据结构74.2.3虚拟仪表实例84.3可视化设计与实现84.3.1面板对象图元集84.3.2交互绘图工具类84.3.3数据的动态图形显示85软件实现技术105.1多媒体的关键技术105.2一般多媒体系统的组成部分106总体实现126.1 Qt Creator开发126.2 Qt Create编程157结论与展

3、望231 引言将虚拟仪器技术应用于实验教学对于提高教学质量、合并实验室组建实验室中心具有重要意义。本文针对高校信息类实验室，提出了一套低成本的适用于实验教学的通用虚拟实验系统方案。该系统主要由通用模拟量测控模块，通用开关量测控模块，通用脉冲量测控模块，虚拟函数发生器，频率、周期、相位测量仪五大模块组成。该系统的一大特色就是尽量做到模块的通用性，争取用最少的实验设备来完成尽量多的实验内容，各个模块可以应用在信息类专业许多学生实验中。同时结合计算机的强大功能，充分体现了虚拟仪器的优势，能非常有效的提高实验效果，节约实验经费。另外该通用试样系统不仅适用于学生实验，而且还可以直接应用于项目工程中，从而

4、产生更大的经济效益。本文在描述了上述各虚拟仪器的外围硬件电路的同时，还做了大量的软件工作，包括编写了各仪器的虚拟控制面板、主机与单片机的通信软件、数据处理软件、各种控制算法软件等。2 概 述2.1 什么是多媒体技术多媒体技术是利用计算机、网络、广播电视等各种硬件设备及软件工具与科学方法，对文本、图形、图像、声音、动画、视频等多种信息进行综合处理，建立逻辑关系和人机交互作用的技术。具有集成性、实时性、交互性和可扩展性。多媒体技术的引入使人机交互更加丰富多彩，因为图像的引入使人们能够直观的理解人类的思维过程，如利用图像和CAD/CAM技术表达产品的设计与制造过程，不但提高了工效，而且便于各个工序的

5、理解与加工。声音和语言是人类交流中最普遍使用的方式，通过A/D转换模拟输出，配合人机交互操作，效果很好。而且视频图像直接、生动，是人类生活中最有效的交流方式。这些媒体如果单独存在都有很大的局限性，多媒体技术将文字、声音、图形、图像集成为一体，获取、存储、加工、处理、传输一体化，使人机交互达到最佳效果。2.2技术多媒体技术在教学中的发展与运用信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势，以多媒体和网络通信技术为核心的数字化技术的不断发展，正在越来越深刻地改变着我们的生活方式、工作方式和学习方式。现代教育提倡“教育要走现代化之路”，就必然离不开多媒体技术，将多媒体技术应用于课堂教学成为当今的一个重要趋势

6、，为了适应这个发展趋势，我国教育部已决定，普及信息技术教育，以信息化带动教育的现代化，努力实现我国基础教育跨越式的发展。努力推进信息技术与其他学科教学的整合，鼓励在其他学科的教学中广泛应用信息技术手段并把信息技术教育融合在其他学科的学习中。随着信息化的快速进展，信息多媒体技术在教学中得到广泛使用。如今的教室里基本上都配置的有电脑、扫描仪、屏幕等，便于教学的使用，提供了很多的方便。老师们制作幻灯片、文档等多种形式的课件，把教学内容用图片、文字、视频等多种方式表现出来，更便于讲解和有助于学生们的理解以及知识的延伸和扩展，丰富了学生们的视野，也加强了课堂上师生的互动和讨论，以及观点的交流，而且增强了

7、学习的乐趣，有助于兴趣的培养，加深了深入探究的渴望。同时，网络上也有一些优秀的软件、系统、网络平台等的出现。如工具类的灵格斯词霸、有道词典、百词斩等对英语词汇的查找和记忆提供了很大的帮助和便利，而印象笔记、OneNote、番茄时钟等，有助于平时学习的整理和效率的提高。除了软件以外，还有种较为新型的网络授课系统。网络授课是基于互联网络的远程在线互动培训课堂。一般系统采用音视频传输以及数据协同等网络传输技术，模拟真实课堂环境，通过网络给学生提供有效地培训环境。以Enter Online为例，每一个学员在连接互联网的计算机上安装Enter Online客户端，使用Enter Online在线培训系统

8、提供的学员账号，登陆Enter Online客户端，即可参加由培训学校提供的在线培训课程。这种多数会进行收费，而慕课，绝大多数课程都是免费的，这是新近涌现出来的一种在线课程开发模式，它发展于过去的那种发布资源、学习管理系统以及将学习管理系统与更多的开放网络资源综合起来的新的课程开发模式 。课程通常对学习者并没有特别的要求，但是所有的慕课都会以每周研讨话题这样的形式，提供一种大体的时间表，其余的课程结构也是最小的，通常会包括每周一次的讲授、研讨问题、以及阅读建议、测试等等。或者还有一种像网易公开课等这样的提供一个免费的公开的课程平台，而没有更多的互动。在教学加入信息多媒体技术后，把原本枯燥难懂的

9、文字用多种表现方式表达出来增加学习者之间的交流，更容易迸发出新的思维火花。而它不仅仅只存在于教学中，实验室里也离不开它的身影。应用在仪表等测量工具上，方便老师的演示和学生的操作。3 教学需求与研发创意在人类社会进入知识经济时代、信息技术高速发展的背景下，仪器仪表及其测量控制技术得到日益广泛应用，给仪器仪表行业的快速发展提供了良好契机。仪器仪表是信息产业的源头和组成部分，是信息技术的重要基础。钱学森院士对新技术革命有如下论述：新技术革命的关键技术是信息技术，信息技术是测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成，测量技术则是关键和基础。国际上也将信息技术生产行业定性为计算机、通讯、仪器仪表三个行业。

10、仪器仪表广泛应用于装备、改造传统产业的工艺流程的测量和控制，是现代化大型重点成套装备的重要组成部分，是信息化带动工业化的重要纽带。据有关资料显示，随着装备水平的提高，仪器仪表在工程设备总投资中的比重已达到18%左右。高水平科学研究和高新技术产业的发展迅速提高了对仪器仪表的需求，仪器仪表在实施科教兴国、知识创新和技术创新的过程中，正发挥十分重要的作用。各项高水平的科学实验是不能离开科学仪器的，现代科学的进步也越来越依靠尖端仪器的发展。现代生物、医学、生态环境保护、新材料（纳米材料等）、现代农业的发展等，同样是建立在尖端精密仪器科技的发展基础上。传统的仪表在监测维修方面耗时耗力。对安装使用环境要求

11、较高，会设有专人定期进行检查和维护，一旦有损坏，维修较为困难。这种仪表在修护方面消耗大量人力、物力和资源，而且维修工作量极大。随着微电子技术的发展，微处理器的速度越来越快，价格越来越低，已被广泛应用于仪器仪表中，使得一些实时性要求很高，原本由硬件完成的功能，可以通过软件来实现。甚至许多原来用硬件电路难以解决或根本无法解决的问题，也可以采用软件技术很好地加以解决。数字信号处理技术的发展和高速数字信号处理器的广泛采用，极大地增强了仪器的信号处理能力。数字滤波、FFT、相关、卷积等是信号处理的常用方法，其共同特点是，算法的主要运算都是由迭代式的乘和加组成，这些运算如果在通用微机上用软件完成，运算时间

12、较长，而数字信号处理器通过硬件完成上述乘、加运算，大大提高了仪器性能，推动了数字信号处理技术在仪器仪表领域的广泛应用。近些年来的PC机和工作站的性能不断提高，价格不断降低，给各个行业带来了新的机遇和活力。在仪器仪表测试领域也一样，近几年来，国际上出现的虚拟仪表就是一个典型的例子。虚拟仪表技术把计算机技术和仪表仪器技术完美地结合起来。虚拟技术是利用计算机界面和在线帮助功能，建立仪器虚拟板面，通过计算操作完成对对象的测试分析功能。虚拟仪器实质上是“软硬结合”、“虚实结合”的产物。它充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。在虚拟仪器中，硬件只是信号传输的介质，软件才是整个仪器系统的关键。软件操

13、作顺应潮流，省时省力，节约巨大硬件资源和维护成本。用户可根据自己的需要通过编制不同的测试软件来构建不同功能的测试系统。其中，许多硬件功能可直接由软件实现，系统具有极强的通用性和多功能性。目前市场上已经有一些虚拟仪表的软件类产品，但面板操作不是传统的可视化面板，在检测使用时极为不便。而软件和实际仪表在使用之间还是有一定的差距。所以开发研制关于可视化面板结构的仪表实验平台很有必要。4 系统构成与主要功能虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，它是计算机资源、模块化功能硬件与用于数据分析、过程通信及图形用户界面的应用软件的有机结合。它利用软件在屏幕上生成各种仪器面板，完成对数据的处理、表达、传

14、送、存储、显示等功能。虚拟仪器与传统仪器相比，其主要优点是可以由用户自己定义、自己设计仪器系统，以满足不同的要求，使仪器的功能更加强大、灵活，而且很容易同网络、外设及其他应用相连接。这样既降低了价格，节省开发、维护的费用，又缩短了技术开发周期。虚拟仪器的关键技术之一就是应用软件，这是因为，虚拟仪器的主要功能是由软件来体现的，即“软件就是仪器”。虚拟仪器的软件开发平台应该提供一个图形化的编程设计环境，值得一提的是NI的LabView和LabWindows及HP的VEE。这里研究的是基于网络的虚拟仪表系统是一个不包含数据采集及总线控制系统的虚拟测试平台，主要用于对测试数据文件的事后处理或对被测对象

15、进行实时仿真测试，形成网络化测试仿真系统。4.1基于网络的虚拟仪表系统系统利用软件在计算机屏幕上生成仪表面板，通过数据接口接收需要处理显示的仪表数据或软件产生的仿真数据，实时显示刷新数据、波形和图像。该系统具有两 个主要的特点：一是具有方便的交互性；二是实现了网络数据传输和绘制的实时性，可以在不同的网络端点显示不同的虚拟仪表，达到多机并行处理的目的。4.1.1 系统组成整个软件系统划分为两个独立的子系统：编控子系统和播出子系统。编控子系统的主要工作是建立、编辑演示模型并控制仿真的启动和结束。编控子系统又可以划分为两个子模块：编辑模块和播出控制模块。通过编辑模块，允许用 户设计建立满足自身需要的虚拟仪表模型，也可以对一个现有的仪表模型进行编辑。通过播出控制模块可以实现网络仿真功能，建立和播出子系统之间的连接关系； 并通过数据接口不断接收外部输入的仪表参数，向已建立连接关系的各播出子系统发送相应的指令数据包以更新仪表显示状态。播出子 系统负责接收播出控制系统发来的指令数据包（包括数字仪表模型、各种参数等），对指令进行解释，不断刷新显示当前仿真结果。在播出子系统中可以指定某可 视化对象是否可见，这样可以使在不同的计算机上运行的播出子系统显示不同的仪表面板来达到分布式并行处理的目的。4.1