[發(fā)明專利]一種基于LabVIEW的虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711062768.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN107728889A
• 公開（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔亞男;吳憲;代以;曹曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/0481
• 分類號(hào): G06F3/0481;G06F9/451;G06F9/445;G09B9/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種虛擬實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，具體涉及一種基于LabVIEW的虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。LabVIEW提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑，在原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。

傳統(tǒng)的雷諾實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)備昂貴，操作繁瑣，并且存在一定危險(xiǎn)性；教師在授課時(shí)，單憑書面的理論知識(shí)，并不能夠讓學(xué)生真正理解實(shí)驗(yàn)原理及目的；學(xué)生們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)只會(huì)按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行機(jī)械的操作，并不能從整體把關(guān)了解實(shí)驗(yàn)的目的和原理，對(duì)于動(dòng)手能力差的同學(xué)，操作失誤會(huì)得不到想要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，同時(shí)也會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞，縮短實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用壽命。

虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠靈活的運(yùn)用于不同的實(shí)驗(yàn)，不涉及真實(shí)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，通過虛擬實(shí)驗(yàn)，教師能夠更直觀便捷的教授實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生能夠充分的理解實(shí)驗(yàn)原理和現(xiàn)象；學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前通過虛擬實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)備，實(shí)驗(yàn)步驟更加熟悉，從而縮短真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作使用的時(shí)間，大大降低了操作失誤對(duì)儀器的損壞，虛擬實(shí)驗(yàn)相對(duì)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作更加便捷，同時(shí)能夠大大提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

對(duì)于傳統(tǒng)雷諾實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的不足，本發(fā)明不僅操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)效率高而且大大降低了硬件成本，對(duì)于教學(xué)質(zhì)量有顯著的提高，同時(shí)操作系統(tǒng)更加人性化，在操作不當(dāng)?shù)那闆r下會(huì)提示操作者正確操作。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種基于LabVIEW的虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括用于操作和顯示的圖形化用戶界面(前面板)和與之相關(guān)聯(lián)的程序框圖，程序框圖包括與前面板控件對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)和與實(shí)驗(yàn)原理相關(guān)的程序結(jié)構(gòu)，圖形化用戶界面包括雷諾實(shí)驗(yàn)理論預(yù)習(xí)區(qū)和虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)區(qū)，虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)區(qū)包括自循環(huán)雷諾實(shí)驗(yàn)裝置、操作界面、顯示界面。

優(yōu)選的，雷諾實(shí)驗(yàn)理論預(yù)習(xí)區(qū)包括四個(gè)選擇按鈕和顯示窗口，顯示窗口可以獨(dú)立的顯示四個(gè)選擇按鈕代表的雷諾實(shí)驗(yàn)理論知識(shí)。

優(yōu)選的，自循環(huán)雷諾實(shí)驗(yàn)裝置采用裝飾控件以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)圖片搭建而成，實(shí)驗(yàn)管道采用自定義的布爾控件裝飾，自定義的素材是動(dòng)態(tài)圖片，作圖軟件為Photoshop。

優(yōu)選的，操作界面包括實(shí)驗(yàn)開關(guān)、初始化、結(jié)束按鈕以及水溫、管徑和實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥可調(diào)控件。

優(yōu)選的，顯示界面包括數(shù)值顯示控件以及圓形指示燈，用于顯示各實(shí)驗(yàn)參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)管道狀態(tài)，方便數(shù)據(jù)記錄和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)觀察。

一種基于LabVIEW的虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟：

1)創(chuàng)建“一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊蟆薄ⅰ岸?shí)驗(yàn)裝置”、“三、實(shí)驗(yàn)原理”、“四、實(shí)驗(yàn)方法與步驟”四個(gè)選擇按鈕，通過事件結(jié)構(gòu)和條件結(jié)構(gòu)對(duì)顯示窗口寫入相應(yīng)的字符串，操作者選擇需要查閱的實(shí)驗(yàn)部分，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)信息會(huì)在顯示窗口顯示。

2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理編寫基本的公式和程序結(jié)構(gòu)，所需要的物理參數(shù)通過Labview中的控件進(jìn)行替換，水溫、管徑、實(shí)驗(yàn)流量調(diào)節(jié)閥采用可以調(diào)節(jié)大小的控件，從而適應(yīng)不同的實(shí)驗(yàn)環(huán)境；

按照真實(shí)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)，利用裝飾控件以及實(shí)驗(yàn)臺(tái)圖片搭建自循環(huán)雷諾實(shí)驗(yàn)臺(tái)，實(shí)驗(yàn)管道采用自定義的布爾控件裝飾，用Photoshop制作管道各種流動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)態(tài)圖片，通過Labview將這些動(dòng)態(tài)圖片對(duì)布爾控件自定義，自定義的布爾控件大小相同并按照一定順序重疊在一起；

連接相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的計(jì)算，并將雷諾數(shù)與各流動(dòng)狀態(tài)臨界雷諾數(shù)比較，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)管道隨著實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化呈現(xiàn)不同的流動(dòng)狀態(tài)。為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，把過渡狀態(tài)劃分成了過渡前期狀態(tài)和過渡后期狀態(tài)。

3)實(shí)驗(yàn)開關(guān)、初始化與結(jié)束按鈕均為布爾控件，利用條件結(jié)構(gòu)和事件結(jié)構(gòu)分別實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的開始和停止、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的初始化與結(jié)束運(yùn)行程序的功能。實(shí)驗(yàn)開關(guān)打開才能對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)驗(yàn)開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)參數(shù)會(huì)彈出“請(qǐng)先打開實(shí)驗(yàn)開關(guān)”提示框，避免操作者誤操作，實(shí)驗(yàn)開關(guān)關(guān)閉以及初始化都能使實(shí)驗(yàn)恢復(fù)初始狀態(tài)，以便于多次重復(fù)操作。

4)在顯示界面創(chuàng)建圓形指示燈以及數(shù)值顯示控件，連接相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)的顯示實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的雷諾實(shí)驗(yàn)理論預(yù)習(xí)區(qū)工作流程圖；

圖2是本發(fā)明的虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)區(qū)工作流程圖；

圖3是本發(fā)明虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的前面板；

圖4是本發(fā)明虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的程序框圖；

圖5是本發(fā)明虛擬雷諾實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)彈出提示框示意圖；