基于labview的智慧校园系统设计.doc

I I 毕业设计报告 论文 报告 论文 题目 基于 LabVIEW 的智慧校园设计 作者所在系部 电子与控制工程学院 作者所在专业 电子信息工程 作者所在班级 B13211 作 者 姓 名 吴飞 作 者 学 号 201321572 指导教师姓名 刘金梅 完 成 时 间 2017 年 6 月 1 日 北华航天工业学院教务处制 1 1 北华航天工业学院北华航天工业学院 毕业设计 论文 任务书 理工类 毕业设计 论文 任务书 理工类 学生姓名 吴飞 专 业 电子信息工程 班 级 B13211 学 号 201321572 指导教师 刘金梅 职 称 副教授 完成时间 2017 6 1 毕业设计 论文 题目 基于 LabVIEW 的智慧校园设计 纵向课题 理论研究 教师科研 课 题横向课题 应用研究 教师自拟课题 应用设计 题目来源 学生自拟课题 题目类型 其 他 注 请直 接在所属 项目括号 内打 总体设计要求及技术要点 设计校园的一些基本应用 比如课程表 记事本 日程安排 生活贴士 天气等 包含新生的熟悉校园 一些闲置物品的交易等等 工作环境及技术条件 联网计算机一台 LabVIEW 软件 工作内容及最终成果 1 智慧校园系统的工作需求 2 分析系统完成工作需求所需模块 3 进行模块设计 4 各模块之间连接 2 2 5 完成程序的编制 时间进度安排 1 第七学期第 6 周 第 15 周 查阅资料 完成开题报告 文献综述 外文文 献翻译 第七学期第 16 周 第 17 周 开题报告审阅 答辩 2 第八学期第 1 周 第 4 周 做出登录界面 3 第八学期第 5 周 第 7 周 完成心情日记 课程表等 4 第八学期第 8 周 第 11 周 完成自习室教室查询 天气等 5 第八学期第 12 周 第 15 周 完成毕业设计论文 指导教师签字 年 月 日 教研室主任意见 3 3 教研室主任签字 年 月 日 I 北华航天工业学院 本科生毕业设计 论文 原创性及知识产权声明 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 基于 LabVIEW 的智慧校园系统设计 是本人在指导教师的指导下 独立进行研究工作取得的成果 除文中已经注明引用的内 容外 本设计 论文 不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果 对本 设计 论文 的研究做出重要贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明 因本毕 业设计 论文 引起的法律结果完全由本人承担 本毕业设计 论文 成果归北华航天工业学院所有 本人遵循北华航天工业学院有 关毕业设计 论文 的相关规定 提交毕业设计 论文 的印刷本和电子版本 本人同 意北华航天工业学院有权保存毕业设计 论文 的印刷本和电子版 并提供目录检索与 阅览服务 可以采用影印 缩印 数字化或其它复制手段保存论文 在不以营利为目的 的前提下 可以公布非涉密毕业设计 论文 的部分或全部内容 特此声明 毕业设计 论文 作者 指导教师 年 月 日 年 月 日 I I I 摘 要 论文的研究工作是以智慧校园系统设计为背景展开的 并且详细介绍了通过 LabVIEW 系统工作的情况 以自由模块的形式对系统进行设计 通过子 VI 调用 属性 节点等方式将各个模块连接起来 提高程序的灵活性和可编程性 本文在深入分析 LabVIEW 技术的基础上 重点解析了 LabVIEW 在各方法中的优势 同时阐述了其在智慧校园系统中的应用 论文的主要论述了如何使用 LabVIEW 进行智慧 校园系统的设计 整体上介绍了智慧校园的优势及必然的发展趋势 详细的概述了使用 LabVIEW 设计智慧校园各个模块的实现及功能 比较详尽地叙述了整个系统的相关事宜 关键词 LabVIEW 智慧校园 子 VI 系统设计 II II II AbstractAbstract The research work of this paper is to expand the smart campus system as the background and introduces the work of LabVIEW system the system is controlled by the free configuration form makes the program control way is more flexible and more complete control method Based on the analysis of LabVIEW technology focuses on the analysis of the advantages of LabVIEW in various methods and illustrates its application in intelligent campus system The paper mainly discusses how to use LabVIEW to design intelligent campus system introduces the overall smart campus advantages and the inevitable trend of development with the the realization and function of each design using LabVIEW smart campus module more detailed description of the system related issues KeyKey wordswords LabVIEW Wisdom Campus VI system design IIIIIIIII 目 录 第 1 章 绪论 1 1 1 课题背景及国内外研究概况 1 1 2 智慧校园的内涵与特征 1 1 3 课题实现的功能 3 第 2 章 智慧校园系统技术支持 4 2 1 校园网络环境 4 2 2 数据基础 4 2 2 1 基础数据库 4 2 2 2 资源与业务数据库 4 2 2 3 数据仓库 5 2 3 情景识别与环境感知技术 5 2 4 小结 5 第 3 章 系统软件概况 6 3 1 LABVIEW 软件简介 6 3 2 LABVIEW 的优势 7 3 3 小结 8 第 4 章 智慧校园系统方案设计 9 4 1 系统设计思想 9 4 2 系统设计流程图 9 4 3 程序简介 9 4 3 1 登陆模块 10 4 3 2 记事本模块 12 4 3 3 时间日期模块 14 4 3 4 课程表模块 15 4 3 5 自习室教室查询模块 16 4 3 6 校历模块 16 4 4 小结 17 第 5 章 结论 18 致 谢 19 参考文献 20 1 1 1 1 1 1 基于 LabVIEW 的智慧校园系统的设计 第 1 章 绪论 1 1 课题背景及国内外研究概况 在 21 世纪这个信息时代 信息化建设在各个领域不断发展 同时高校信息化建设的 也跟随着时代在发展进步 信息服务在各个院校的核心竞争力中的地位更加重要 尤其 在学校教学 科研与管理等方面尤为突出 在时代发展的潮流下 在信息服务的重要性 和迫切性日益增长下 各个高校已经着手于建设智慧校园管理系统 以便使学校管理更 加方便 增加学校的竞争力 但是在这个建设过程中 各个高校暴露出一些共性的不足 如网络基础设施的不够全面 一旦发生意外无法保障系统运行 安全保障意识及设备存 在很大隐患 建设过程中 投入资源精力仍然较少 系统总体建设水平仍有不足之处 尤为突出的是各个部门之间的信息流动不够及时 信息缺乏及时性和完备性 信息安全 保密性缺乏保障等 智慧校园管理系统的资源信息来源主要是三类 师生的信息 以便于教学计划的制 定及了解学生的实时情况 管理系统自身的数据以及设施环境的采集数据 以便于系统 和设变的维护 从高校信息化的目的来看 如今的信息管理系统发展水平解决了一部分 数据的采集 处理和服务所需求的技术 智慧校园系统的建设是为了校园信息管理的有 效性 统一性和智能化 为了提高学校的竞争力 为师生提供一个更好的更有效率的学 习平台 建立一个开放的 创新的 协作的和智能的综合信息服务平台 在这个平台中 师生们可以根据自己的需求与特点 获得不同的服务 通过综合信息服务平台 学生可 以获得适合自己的学习计划和学习内容 老师可以通过这个平台 真正的实现因材施教 管理者可以通过平台更加高效地采集 分析师生们的信息资源 智慧校园以物联网技术为基础 通过将各种应用服务构建成一个整体的系统 将教 学 管理等校园工作 学习和校园生活融合成一个有机整体环境 智慧校园的实现 必 须依靠物联网技术 将校园中的所有统一规划和连接 1 2 智慧校园的内涵与特征 不同学者对于智慧校园系统的内涵有不同的看法 一部分研究人员从智慧校园的建 设角度出发 认为智慧校园系统可以改革现有的教育体系 可以促进教学环境向着更优 化的方向发展 在这种新的校园管理模式下 可以有效的利用 共享资源 丰富学校的 校园文化 构建更高效率的校园管理 一部分研究人员从物联网在智慧校园建设中体现 重大作用的角度出发 认为智慧校园系统在软件系统和硬件设备的帮助下 将老师的授 2 2 2 2 2 2 课 学生的学习 科研人员的研究等校园的工作和生活连接起来 实现统一化管理 它 以物联网技术为纽扣 将人和系统连接起来 在人和系统之间可以实现信息的流通 使 得学校的管理运行更加智能化 另外一部分研究人员认为智慧校园系统以物联网技术为 核心 通过将各种软件系统和硬件设备相互连接起来 使其之间可以达到信息资源的交 互 以实现将教学 管理等校园工作 学习和校园生活融合成一个整体环境 还有一部 分研究者认为智慧校园将校园的学习和生活环境变得更加智能化 是物联网在学校教学 管理 公共安全 后勤保障中的具体应用 综合以上内容 智慧校园系统应该具备以下特点 1 探测校园整体环境 智慧校园系统的运行必须要以探测校园整体环境和感知师生 情况为基础 探测校园环境及其变化需要一些感知设备 在设备探测后 通过传感器 系统的设备和环境资源等信息可以随时随地探测 捕获 然后传递到系统中进行实时处 理 二是每个学生自身的学习情况以及学生自身的学习特点 比如通常的学习地点 学 习的时间段 学习的效率 学习的内容等等 通过学生使用智慧校园系统 系统自动统 计 保存和处理数据 并且反馈给使用者 2 网络无缝互通 智慧校园系统中所有软件通过网络程序相互连接 硬件设施通过 网络通信技术相互关联 因此 获取的信息可以实时 迅速的上传到系统 以供管理者 和使用者获取信息 这是管理者和所有用户学习 工作的基础 3 海量数据支撑 大量的数据是智慧校园系统建设的必然要求 智慧校园的建设必 须要对数据库中的数据进行整合 处理 智慧校园的发展必须要对外界信息能够接收 并且进行筛选 使得智慧校园的发展走向正轨 向着越来越成熟的方向进步 同时让智 慧校园可以更快速智能地处理采集的环境信息 适应环境的变化 更精准的分析师生反 馈信息 帮助师生制定计划 4 开放学习环境 现代社会是信息时代 信息爆炸性增长的特点决定了如今的教育 不能只注重于课本及老师的教授 如今学校需要培养创新型人才 因此不能再师之前的 填鸭式教学 所以智慧校园必须有着开放的学习环境 智慧校园要能够接收外界信息资 源 广泛地采集信息 筛选有用的信息 提供给师生 5 师生个性服务 智慧校园系统是以为师生提供个性服务 为管理者更方便快捷的 管理校园为宗旨的 因此 智慧校园系统将各种软件和硬件设备规划整合 以物联网技术为纽扣 将老 师的授课 学生的学习 科研人员的研究等校园的工作和生活连接起来 实现统一化管 理 智慧校园以海量数据为支撑 通过网络技术的连接 在外部设备和软件的作用下 为师生提供个性服务 使校园管理更加智能便捷 3 3 3 3 3 3 1 3 课题实现的功能 本文主要包括以下内容 1 登录模块 本模块用于用户登录系统 从而继续进行操作 2 校历模块 本模块中可以查看日期时间等 3 记事本模块 本模块中可以以日记形式记录当天心情及发生的事情 也可以查看 以前记录的心情等 4 课程表模块 本模块可以查询本学期的课程安排 5 自习室查询模块 本模块中可以查询当前时间自习室有无课程 以方便学生更好 的安排自己的课余自习 6 时间日期模块 本模块在主界面中 通过本模块可以在主界面中直接显示当前 的时间 4 4 4 4 4 4 第 2 章 智慧校园系统技术支持 2 1 校园网络环境 校园网连接核心交换区域 互联网接入区域 数据交换区域 总控中心和学生宿舍 楼 教学楼 图书馆等一些学习生活场所 校园网总体采用星型以太网拓扑结构 骨干 层采用 L3 层万兆以太网交换技术 通过交换机 路由器 VPN 各种服务器及无线 AP 等 来实现整个校园的互通连接 校园网通过有线局域网和 WLAN 无线网络移动技术 使得校园网遍布整个校园 覆盖 校园的所有生活学习环境 网络结构如图 2 1 所示 图 2 1 校园网总体构架 2 2 数据基础 2 2 1 基础数据库 智慧校园系统的建设必须要有一个基础数据库 基础数据库对于智慧校园系统而言 就相当于一座大厦的地基 而要打牢智慧校园系统这座大厦的地基 数据库中就需要存 有师生的基本信息 校园环境信息 校园发展信息等诸多数据 智慧校园智能化处理数 据就相当于为大厦打造结构框架 智慧校园建设完成 为师生提供个性服务 就是大厦 的开通使用 这些最基础的可以更快速智能地处理采集的环境信息 适应环境的变化 更精准的分析师生反馈信息 帮助师生制定计划 2 2 2 资源与业务数据库 5 5 5 5 5 5 学校的诸多事宜以及活动需要记录数据 比如课程地点 考试成绩 运动会 党支 部团支部活动 会议等 同样 诸多应用系统的运行时也需要记录师生操作记录 数据 比如教务管理系统 一卡通应用 图书借阅等 并且教师的精品课程 科研团队的研究 成果等数据资源也需要录入数据库备份 2 2 3 数据仓库 在大厦的使用运行中 大厦管理阶层会积累许多管理经验 如同大厦的使用运行一 般 智慧校园系统在运行中也会积累诸多的数据 通过研究这些 管理者可以更加方便 地管理系统 从数据中吸取经验 可以使得系统提供的服务越来越好 2 3 情景识别与环境感知技术 情景识别是智慧校园系统运行的一个必要技术 智慧校园系统通过情景识别技术对 使用者的学习场景进行识别 然后根据识别的场景来进行学习计划的制定 监测 评估 学习效率 并且根据使用者的学习内容可以进行资源的推送 环境感知技术是 智慧校园 的基础技术 智慧校园系统的运行必须要以探测校园 整体环境和感知师生情况为基础 探测校园环境及其变化需要一些感知设备 在设备探 测后 通过传感器 系统的设备和环境资源等信息可以随时随地探测 捕获 然后传递 到系统中进行实时处理 2 4 小结 本章对智慧校园系统的技术支持进行了简单分析 简要地阐述了它的通讯模式以及 其网络体系结构 并且重点说明了智慧校园系统的基础 数据库 6 6 6 6 6 6 第 3 章 系统软件概况 3 1 LabVIEW 软件简介 20 实际八十年代 美国国家仪器公司为了快速适应市场变化的需要 研制出一种一 种高效图像化虚拟仪器开发平台 从此 LabVIEW 开始与大众见面 一直到今天 其仍 以它上手快速 编程简单的特点吸引了大量编程人员使用它与解决生产和生活中有关测 量控系统有关的问题 LabVIEW 是一种图像化编程语言 以为其编程的图像化使得其编 写系统的过程变得方便 开发周期短 维护简单 使得开发人员可以用较短的时间开发 出具有强大功能的系统 从而能够把多出来的时间用在测试系统稳定性 分析数据的可 靠性上面 可以在实验室系统搭建上节省更多开支 节约更多时间 LabVIEW 也是通用的编程系统 其函数库非常强大 强大到你可以用它编写任何你 想要的程序 实现任何要实现的功能 C 语言和其他编程语言中的一些基本的函数在其 函数库中都存在 C 语言中的一些调试工具在 LabVIWE 中也都有相应的设置 这样有利 于开发人员对系统进行后期的调试 不像传统的文本编辑语言程序执行顺序完全按照语 句和指令的编写 LabVIEW 采用用每个程序节点的数据流向决定编写的的程序的执行顺 序 VI 是 LabVIEW 里最常见的程序模块 其很多控件给人直观的感受都类似于我们现实 生活中看到的仪器么 方便编程人员创建前面板 前面板就是使用者可以直接看到编程 结果 直接实现控制功能的界面 LabVIEW 的编辑代码是 G 代码 它只是在前面板和程序面板将各个仪器的标识用线 连起来就可以达到控制的功能 LabVIEW 的图形化源代码又被称作程序框图代码 因为 其在某种程度上类似于流程图 Lab VIEW 解决了很多方面的工程挑战 比如以下行业 1 电子产品 开发音频 视频和无线技术能够满足复杂需求的方案 2 航天航空和国防 航空航天和国防进行简化 在提升速度的同时满足严格的 质量和准确度需求 确保能经受住时间的考验 3 能源 能源电力是一个存在各种担忧的复杂领域 涵盖了能源安全 环境运 营保护 系统效率 分布式系统可靠性和控制以及清洁能源技术等诸多方面 4 半导体 对于模拟 混合信号和 RF 测试 传统 ATE 的测试覆盖范围往往无 法跟上半导体技术需求变化的脚步 半导体工程师需要可扩展的解决方案来应对 成本 设计和器件挑战 5 工业机械 复杂的工业 电力和能源系统必须能够运行灵活的测试系统和远 程状态监测 采用预测性监测和维护系统可让工程师在竞争中获得优势 6 物联网 通过本地处理和通信让机器更加智能化 用户可以在一个统一的集 7 7 7 7 7 7 成平台上以前所未有的新方式解决问题 做出更加明智的商业决策 LabVIEW 具有前面板和程序面板两个面板 前面板是显示控件 输入控件等功 能 程序面板是来画程序框图 实现程序功能的 前面板和程序面板如图 3 1 所示 图 3 1 前面板和程序框图面板 3 2 LabVIEW 的优势 虚拟仪器没有常规仪器的控制面板 而是利用计算机强大的图形环境 采用可视化 的图形编程语言和平台 以在计算机屏幕上建立图形化的软面板来替代常规的传统仪器 面板 软面板上具有与实际仪器相似的旋钮 开关 指示灯及其他控制部件 在操作时 用户通过鼠标或键盘操作软面板 来检验仪器的通信和操作 除上述特点之外 与传统仪器编程工具 Visual Basic Visual C 相比 虚拟仪器 还有如下几个方面的优势 1 虚拟仪器首先不同于硬件设备的是虚拟仪器可以根据自己的设计方法 通过使用 不同的模块间的组合来完成特定的功能 而硬件设备是厂商设定好的功能 无法灵活的 实现任务的需求 2 虚拟仪器采用软件环境 没有硬件设备的诸多制约 可以直接使用软件进行数据 分析 结果预测 直接模拟仿真得出结论 体现了虚拟仪器的灵活性 3 因为虚拟仪器是直接采用软件进行模拟仿真 受硬件的制约程度低 所以在进行 程序设计的时候 不需要考虑硬件的程序兼容性 并且虚拟仪器在与其他设备连接时更 8 8 8 8 8 8 加方便 在数据传输方面也更加便捷 4 虚拟仪器可以直接便捷的编辑处理数据 也可以对需要处理的数据或处理过的数 据传输到其他设备 而硬件设备几乎都有固定的存储空间 因此虚拟仪器在数据存储容 量问题上具有很大的优势 5 虚拟仪器是图形界面程序设计方式 可以更加直观地显示程序 同时虚拟仪器中 也可以利用 C 来编辑程序 因此使用虚拟仪器可以更加灵活选用程序编辑方式 6 虚拟仪器是采用软件环境进行程序编辑的 因此虚拟仪器的花费少 而且虚拟仪 器也没有硬件设备的开发和维护费用 3 3 小结 系统软件是设计的基础 在设计系统程序之前 要对程序的设计结构有个深入的了 解 本章大体介绍了整个系统的软件概况 使读者对总体的设计有个大致了解 9 9 9 9 9 9 第 4 章 智慧校园系统方案设计 4 1 系统设计思想 本课题设计采用 LabVIEW 软件进行简单设计 设计分为五个模块 分别是 登陆模 块 时间日期模块 记事本模块 课程表模块以及自习室教室查询模块 用户进入系统 后 通过登录界面登陆进入系统主界面 在主界面中用户可根据不同需求进行不同的操 纵来实现目的 比如选择课程表选项来查看本学期的课程表 或者选择记事本选项来查 看待办事项等等 4 2 系统设计流程图 总体构架如表所示 4 3 程序简介 登录界面 校历 记事本 自习室查询 课程表 天气 一卡通 101010101010 设计程序时首先创建一个项目 将各个模块分为不同的 VI 建立在项目列表下面 设计分为五个模块 分别是 登陆模块 时间日期模块 记事本模块 课程表模块以及 自习室教室查询模块 每个模块实现不同功能 将各个模块做好之后 再使用子 VI 调 用模块 属性节点等功能连接起来 使其成为一个整体 实现系统功能 4 3 1 登陆模块 登陆模块可以让用户登陆到系统中 在登录模块中 用户输入账号和密码进行登陆 如果账号和密码正确 则登陆到系统 如果账号和密码不正确 则提醒 账号密码错误 请重新登录 在登录模块中同样可以进行账号密码的修改 在登录模块设计中 使用了 while 循环 事件结构 条件结构以及顺序结构等等 While 循环匡住整个程序 来保证程序的正常运行 事件结构中包含两个事件 一个是 确定登陆事件 在账号和密码输入正确的前提下 点击登陆按钮将成功登陆系统 跳转 到系统主界面 另一个是修改账号密码事件 在选项卡中设置修改账号密码选项 点击 修改按钮即可修改账号密码 条件结构中分为真与假两个条件 账号密码为真则跳转进 入系统主界面 账号密码为假 则提示 账号密码错误 请重新输入 顺序结构则是 为了进行界面的切换 在登陆成功之后 将登录界面关闭 打开系统主界面 登录模块 之登陆如图 4 1 所示 图 4 1 登录模块之登陆 111111111111 登录模块之修改账号密码如图 4 2 所示 图 4 2 登录模块之修改账号密码 登录模块之输入密码错误如图 4 3 所示 图 4 3 登陆模块之输入密码错误 121212121212 登录界面如图 4 4 所示 图 4 4 登录界面 4 3 2 记事本模块 记事本模块分为查看和编辑两个功能 查看功能可以让用户查看之前记录的心情 事件等 或者查看待办事项 编辑功能可以让用户记录事件 心情等 查看模块使用读取文本文件控件来读取记事本 编辑模块使用字符串输入控件 连接字符串控件 写入文本文件控件 获取日期时 间字符控件 布尔按钮控件等等来完成功能 利用联机字符串控件将日期时间以及写入 内容连接起来 并通过写入文本文件控件将其写入文档中保存 每单击一次布尔按钮就 将写入内容录入一次 131313131313 查看记事本模块如图 4 5 所示 图 4 5 查看记事本之功能 查看记事本模块程序如图 4 6 所示 图 4 6 查看记事本之程序 141414141414 编辑记事本程序如图 4 7 所示 图 4 7 编辑记事本之程序 编辑记事本功能如图 4 8 所示 图 4 8 编辑记事本之功能 4 3 3 时间日期模块 时间日期模块可以让用户查询当前的时间日期 时间日期模块如图 4 9 所示 图 4 9 显示时间日期 151515151515 4 3 4 课程表模块 课程表模块可以让用户在系统中查询本学期的课程安排 规划自己的学习 在本模块中使用了文件调用功能 将编辑好的课程表调用到程序中 以便于学生查 询 课程表功能如图 4 10 所示 图 4 10 课程表之功能 课程表程序如图 4 11 所示 图 4 11 课程表之程序 161616161616 4 3 5 自习室教室查询模块 在本模块中 可以查询当前空闲自习室 以便于学生上自习 自习室模块如图 4 12 所示 图 4 12 自习室查询 4 3 6 校历模块 校历模块可以查询学校校历 校历模块如图 4 13 所示 图 4 13 校历模块 171717171717 4 4 小结 独立模块的程序部分设计目的在于增加程序的灵活控制性 方便设计者在检查程序 的过程当中 单独检验某一个模块 从而使程序有了更友好的使用方法 本章从程序的 整体与部分等方面详细做了介绍 将一个整体切割为五个部分 通过调用 子 VI 等联系 起来 在保证了功能实现的同时 尽量增加程序的可读性 方便在需要时进一步改进 181818181818 第 5 章 结论 一切进步的 对人类发展有帮助的事物都有着相似的发展规律 从诞生到发展壮大 必然有一个循序渐进的发展阶段 智慧校园也不例外 伴随着相关问题的出现 问题 的解决 人们以及校园发展的需求 智慧校园也在不断的发展进步 随着智慧校园的发展进步 校园生活变得更加智能 便捷 智慧校园系统的建设也 提高了学校核心竞争力 通过情景识别技术和环境感知技术 智慧校园系统可以随时 随地感知环境资源变化和获得师生学习生活情况的反馈 分析并存储到系统的数据库 中 智慧校园系统也可以根据学生的成绩反馈为老师指定教学计划 真正实现因材施 教 可以根据学生的学习情况为学生指定学习计划 可以根据记录的科研数据来为科 研人员计算 推测结果 智慧校园系统可以通过网络的互联 将获取的数据整理综合 把握学校发展的整体 情况 通过网络技术获取外界信息 综合学校自身信息 深入分析数据 来为学校发 展做贡献 1919191919