本书是北京市教学名师北京理工大学罗森林教授数十年科研与教学经验总结。全书特色如下： 纵向（从顶至下）分为三个层次，从基础理论到技术方法再到工程实践；横向全面覆盖计算机网络、移动通信网络、万物互联网络、军用专用网络等实际应用，并融入网络空间文化规律等内容。通过本书可以较为系统、全面地学习和理解信息网络领域的重要知识点，掌握信息网络的核心概念、原理和方法，从更高层次认识信息网络的系统工程思想，实践信息网络的全面技术。

 体系结构上强调系统性、全面性和层次性，从重要知识点入手浓缩其理论与技术，在抓住其精要的同时尽量覆盖相关信息，在涵盖了多门单项技术内容的同时保持了结构的清晰性和知识的系统性，内容全面但不厚重，重点突出且避免“只见树木不见森林”的弊端。

 知识内容上注重深入性、先进性和时效性，注重信息网络空间理论与技术的动态发展演化，理论分析全面、深入，技术先进、时效性强。

 教学应用上能满足各类高校多样化人才长期培养的需求，可供作为计算机科学与技术、软件工程、网络空间安全、信息安全与对抗等相关学科专业的教学、科研、应用人员阅读和使用，也可供其他专业及相关研究人员参考。

本书从工程实际应用出发，强调LabVIEW软件的实际操作和机械工程测试领域问题的分析与解决，教会读者如何基于LabVIEW软件的范例进行修改，从而寻求问题的z佳解决方案。全书分为3篇：第1篇为LabVIEW编程入门实例（第1章和第2章），介绍LabVIEW的基本工具和核心概念；第2篇为机械工程领域常见物理量测量模块的程序编制实例（第3~6章），以滚珠丝杠副为对象，给出了温度测量模块、输入扭矩测量模块、振动测量模块及定位精度测量与分析模块程序的详细编制过程；第3篇基于滚珠丝杠副综合性能实验平台，给出第2篇编制的测量模块具体应用方法（第7章和第8章）。

本书既可作为LabVIEW数据采集初学者的入门教材，也可作为高等院校测试技术、虚拟仪器技术、自动控制等相关课程的实训教材和教学参考书，还可作为相关工程技术人员的技术手册。

陈勇将：有超过8年的机械性能参数测试与分析工程经验，致力于机床系统动态特性分析、性能参数测量与分析、高精度定位控制等领域的研究工作。在教学中探索了“项目式教学”方法，切实引导学生动手搭建测试系统，突破了原有的课程体系，提高了学生独立思考问题、发现问题与解决问题的能力。在科研教学实践中，先后主持或参与了5项省部级科研项目，发表论文12篇，其中SCI检索论文2篇，获授权发明专利4项；指导学生获得g家级学科竞赛一等奖１项、二等奖2项，省级学科竞赛特等奖2项、一等奖1项、三等奖2项，并有1项创新创业实践项目获“g家级大学生创新创业训练计划”立项。

目录

第1篇LabVIEW编程入门实例

第1章温度报警系统

1．1温度报警系统程序编制说明

1．2温度报警系统程序编制步骤

1．2．1温度报警系统前面板制作

1．2．2温度报警系统程序框图编制

1．2．3温度报警系统调试、运行和保存

第2章可乐自动贩售机

2．1可乐自动贩售机程序编制说明

2．2可乐自动贩售机程序编制步骤

2．2．1可乐自动贩售机前面板制作

2．2．2可乐自动贩售机程序框图编制

2．3可乐自动贩售机程序的保存和运行

2．3．1保存VI

2．3．2运行VI

第2篇机械工程领域常见物理量测量模块

第3章滚珠丝杠副温度测量模块

3．1滚珠丝杠副温度测量模块程序编制说明

3．2滚珠丝杠副温度测量模块程序编制步骤

3．2．1滚珠丝杠副温度测量模块程序框图编制

3．2．2滚珠丝杠副温度测量模块前面板制作

第4章滚珠丝杠副输入扭矩测量模块

4．1滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序编制说明

4．2滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序编制步骤

4．2．1滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序框图编制

4．2．2滚珠丝杠副输入扭矩测量模块前面板制作

第5章滚珠丝杠副振动测量模块

5．1滚珠丝杠副振动测量模块程序编制说明

5．2滚珠丝杠副振动测量模块程序编制步骤

5．2．1滚珠丝杠副振动测量模块程序编制思路

5．2．2滚珠丝杠副振动测量模块程序框图编制

5．2．3滚珠丝杠副振动测量模块前面板制作

第6章滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块

6．1滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块程序编制说明

6．2滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块程序编制步骤

6．2．1滚珠丝杠副定位精度测量模块程序编制思路

6．2．2滚珠丝杠副定位精度测量模块程序框图编制

6．2．3滚珠丝杠副定位精度测量模块前面板制作

6．2．4滚珠丝杠副定位精度分析模块程序框图编制

6．2．5滚珠丝杠副定位精度分析模块前面板制作

第3篇基于滚珠丝杠副综合性能实验平台

第7章滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面

7．1滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序编制说明

7．2滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序编制步骤

7．2．1滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面前面板制作

7．2．2滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序框图编制

第8章滚珠丝杠副综合性能测量与分析实例

8．1测试平台

8.2测量内容

8．2．1滚珠丝杠副温度测量

8．2．2滚珠丝杠副输入扭矩测量

8．2．3滚珠丝杠副振动测量

8．2．4滚珠丝杠副定位精度测量

第3章

滚珠丝杠副温度测量模块

第3章滚珠丝杠副温度测量模块

滚珠丝杠副的温升直接引起其部件温位移的变化，其温度测量需要测量两端轴承、工作台和丝杠的温度，丝杠温度的测量需要考虑在工作状态下，丝杠一直在做旋转运动。

3．1滚珠丝杠副温度测量模块程序编制说明

1. 滚珠丝杠副温度测量模块前面板

本实例的前面板主要由数据显示、通道设置与传感器参数设置组成。完成后的前面板如图31所示。“数据显示”部分为“波形图表”控件； “通道设置”部分为“DAQmx物理通道”控件； “RTD传感器参数设置”和“红外传感器参数设置”包括“文件输入控件”和“文本下拉列表”控件； “数据采集”包括“文件路径输入控件”和“空白按钮”布尔控件。

图31滚珠丝杠副温度测量模块前面板

2. 滚珠丝杠副温度测量模块程序框图

本VI使用“While循环”和“Case结构”作为设计框架，使用NI自带的“DAQmx数据采集”模块作为主体部分(若没有此模块可以在NI官方网站自行下载)，主要分为通道设置、定时设置和数据采集三大部分。其中包括“DAQmx创建通道”“DAQmx定时”“DAQmx开始任务”“DAQmx读取”“DAQmx停止任务”“DAQmx清除任务”等一系列函数。同时在参考范例的基础上，修改数据记录的方式，使用“写入测量文件”函数来完成数据的记录。具体的程序框图如图32所示。

图32滚珠丝杠副温度测量模块程序框图

3．2滚珠丝杠副温度测量模块程序编制步骤

LabVIEW开发环境带有模板和项目范例，可以为使用者提供一个参考和设计框架，在此基础上进行修改和完善，会显著提高程序设计的效率，下面介绍如何查找范例。在LabVIEW启动界面或者新建VI的前面板或程序框图界面选择菜单栏中的“帮助”选项，如图33所示，选择“查找范例”命令，出现如图34所示的对话框。

图33“帮助”菜单栏

图34NI范例查找器

查找范例有三种方法。

(1) 按照任务浏览方式查找程序范例。例如，选择“硬件输入与输出”→DAQmx→“模拟输入”→“RTD或热敏电阻连续输入”范例，如图35所示。使用此种方法要求操作者对任务结构比较熟悉。

图35任务浏览方式查找程序范例

(2) 按照目录结构方式查找程序范例。例如，选择DAQmx→Analog Input→SubVIs→VoltageSWTimed Input．vi文件，如图36所示。

图36目录结构方式查找程序范例

(3) 如果不熟悉浏览方式，可以通过搜索的方式查找范例。例如，查找DAQmx，选择“电压软件定时输入”，如图37所示。

图37关键字搜索查找范例

注意：

① 对范例直接进行编辑时，建议将当前VI先另存为再进行编辑，以免修改了LabVIEW的自带范例内容。另存为应选择“创建不打开的磁盘副本”单选按钮。

② 若打开范例时弹出“出错NI服务定位器未运行”对话框，则打开计算机的“控制面板”→“系统和安全”→“管理工具”→“服务”快捷方式，启动NI Service Locator服务，然后重启LabVIEW，便可打开范例。

3．2．1滚珠丝杠副温度测量模块程序框图编制

1． 查找合适的范例

滚珠丝杠副温度测量模块所使用的传感器分别是RTD温度传感器和红外线非接触式温度传感器。RTD温度传感器是通过电阻值的变化来反映温度的变化，红外线非接触式温度传感器是通过电压值的变化来反映温度的变化。因此，针对RTD温度传感器采集程序的编制可基于“RTD或热敏电阻连续输入”范例的程序进行修改，而根据红外非接触式温度传感器的工作原理可基于“电压连续输入”范例的程序进行修改完成红外非接触式温度传感器测量程序的编制。

这里通过任务浏览的方法查找“RTD或热敏电阻连续输入”和“电压连续输入”范例。启动LabVIEW，在开始界面的菜单栏中选择“帮助”→“查找范例”命令，出现“NI范例查找器”对话框，依次选择“硬件输入与输出”→DAQmx→“模拟输入”→“RTD或热敏电阻连续输入”和“电压连续输入”范例，如图38所示。

图38查找“电压连续输入”范例

2． 修改范例

1) “While循环”和“条件结构”的联合使用

(1) 创建外部循环结构。新建VI，在程序框图界面空白处右击，依次选择“编程/结构”选项面板中的“While循环”和“条件结构”函数，如图39所示。

图39创建“循环结构”

(2) 创建“开始”按钮。切换至前面板，在空白处右击，进入“控件”选项面板，并选择“银色”→“布尔”→“空白按钮”控件。然后右击控件，在弹出的快捷菜单中设置“机械动作”为“单击时转换”； 再次右击控件，在弹出的快捷菜单中选择“属性”命令。然后在弹出的对话框中去掉“可见”中的“√”，并将“标签名”改为“开始”； 先后选中“显示布尔文本”与“多字符串显示”复选框，并在“开时文本”与“关时文本”文本框中分别输入“重设参数”与“确定参数”，如图310所示。

图310“开始”按钮控件属性修改

切换至程序框图，将“开始”控件与“条件结构”的“分支选择器”连接，如图311所示。

(3) 创建“假常量”函数。在空白处右击，选择“编程/布尔”选项面板中的“假常量”函数，分别与“真”分支和“假”分支右下角的“While循环”的“条件接线端”相连，如图312所示。

(4) 将“RTD或热敏电阻连续输入”和“电压连续输入”的程序框图复制到“条件结构”的“真”分支中。然后将“RTD或热敏电阻连续输入”程序中的“记录设置”模块、“触发设置”模块删去并整理接线。完成操作后显示如图313所示。

2) 通道设置的修改

(1) 修改范例“RTD或热敏电阻连续输入”的通道设置。

① 删除“选项面板”“簇”控件和“按名称解除捆绑”函数，右击“条件结构”控件,从弹出的快捷菜单中选择“删除条件结构”命令； 将标签名“最小值”“最大值”和“物理通道”分别修改为“最低温度”“最高温度”和“靠近电机轴承端”； 在“AI温度RTD”控件的“单位”“RTD

图311控件与结构的连接

图312假常量的创建

类型”和“r0”三个接线端处分别右击，从弹出的快捷菜单中选择“创建”→“输入控件”命令，添加“数值输入”控件并分别重命名为“单位”“RTD类型”和“0℃时电阻值”； 由于“AI温度RTD”函数的接线端较多，连线时可使用组合键Ctrl+H调出即时帮助查看对应的接线端，如图314(a)所示； 结果如图314(b)与图314(c)所示。

图314修改范例“RTD或热敏电阻连续输入”的通道设置

图315标识位置

② 本实例进行温度测量时需要用到3个贴片式RTD温度传感器，因此在图315中标出的位置处插入两个“AI温度RTD”函数； 如图316(a)所示，选中图中的连接线然后右击，在弹出的快捷菜单中选择“插入”→“DAQmx数据采集选板”→“DAQmx创建虚拟通道”图标，然后单击“多态VI选择器”下拉列表框，选择“模拟输入”→“温度”中的RTD选项，如图316(b)所示。最终结果如图316(c)所示。

图316创建并设置虚拟通道

③ 创建物理通道。本模块需要测量3个位置的温度，所以需要设置3个物理通道。将“靠近电机轴承端”物理通道复制并粘贴两次，并将标签名改为“工作台”和“远离电机轴承端”； 如图317所示，将各个输入控件分别与“AI温度RTD”函数连接。

图317控件与接口对应连接图

④ 创建分配名称。在3个“AI温度RTD”函数的分配名输入口右击,依次创建常量“靠近电机轴承端”“工作台”和“远离电机轴承端”，如图318所示。

图318控件与接口对应连接图

(2) 修改“电压连续输入”范例的通道设置。

同上一个范例进行修改，如图319所示。这里需要删去“最大电压”和“最小电压”输入控件，并在每个“AI电压”函数的“单位”“最大电压”“最小电压”以及“分配名称”接线端处各创建一个常量。

前言

LabVIEW是专为测试、测量和控制应用而设计的系统工程软件，它提供了一种图形化编程方法，可帮助读者对应用程序的各个方面进行可视化，包括硬件配置、数据测量与分析。本书基于滚珠丝杠副综合性能测量的工程实例，详细介绍了使用LabVIEW编制滚珠丝杠副综合性能测量系统的步骤，此系统包括温度测量模块、输入扭矩测量模块、振动测量模块和定位精度测量与分析模块。

滚珠丝杠副的温升直接引起其部件温度位移的变化，其温度测量需要测量两端轴承、工作台和丝杠的温度，丝杠温度的测量需要考虑在工作状态下，丝杠一直在做旋转运动。第3章给出滚珠丝杠副温度测量模块程序编制的详细步骤。

滚珠丝杠副输入扭矩即是与丝杠连接的伺服电机输出的扭矩，此扭矩数值是用来计算滚珠丝杠副传递效率的重要参数之一。滚珠丝杠副输入扭矩的测量需要考虑电压与扭矩的转换关系。第4章给出滚珠丝杠副输入扭矩测量模块程序编制的详细步骤。

伴随高速化的发展，滚珠丝杠副的振动问题越加突出。滚珠丝杠副的振动不仅产生污染环境的噪声，还会直接影响滚珠丝杠副进给系统的跟踪精度。滚珠丝杠副的振动通常采用加速度传感器进行测量，第5章给出滚珠丝杠副振动测量模块程序编制的详细步骤。

滚珠丝杠副的定位精度是螺母在数控系统控制下运动所能达到的位置精度，即螺母在按照数控指令完成运动后实际位置与目标位置的差值。滚珠丝杠副的定位精度直接影响了机床加工工件的表面质量和精度。第6章给出滚珠丝杠副定位精度测量与分析模块程序编制的详细步骤。

最后给出滚珠丝杠副综合性能测量与分析界面程序编制的详细步骤，并基于滚珠丝杠副综合性能实验平台，使用已编制的滚珠丝杠副综合性能测量与分析系统，对轴承端、工作台及丝杠的温度、伺服电机的输出扭矩、工作台的振动与实验台的定位精度进行测量与分析。

本书主要由陈勇将编写。此外，美国国家仪器有限公司（NI）院校计划部大区经理高明泽也参与了部分内容的编写。本书的出版得到了2017年教育部第一批产学合作协同育人项目（项目编号 201701009009）的支持。感谢清华大学出版社的编辑给我们的写作提出了宝贵的意见。由于时间仓促，书中难免存在不妥之处，敬请读者谅解并提出宝贵意见。

感谢丁海毅和刘祥在格式修改上提供的帮助。

陈勇将

2019年2月