LabVIEW在線性擬合與數(shù)據(jù)處理實驗中的應用

方洵 魏亞茹 鄭玉恒

摘 要：誤差理論與數(shù)據(jù)處理是測控技術與儀器專業(yè)的一門專業(yè)基礎課，課程的理論性強，公式繁多復雜，給學生學習該門課程造成了一定的困難.利用圖形化編程語言 LabVIEW 進行實驗軟件的開發(fā)，將該課程實驗的數(shù)據(jù)處理部分利用軟件完成，使學生有更多的時間專注于誤差理論和數(shù)據(jù)處理方法的理解。

關鍵詞：LabVIEW;線性擬合;數(shù)據(jù)處理

1.LabVIEW編程開發(fā)環(huán)境介紹

LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產生的程序是框圖的形式。

與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調試。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 LabVIEW 的程序模塊。

LabVIEW提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

2.軟件設計實例

2.1實驗原理

用最小二乘的方法，設計輸出電壓隨廢氣濃度的變化關系。

2.2程序設計

給定廢氣濃度（X），輸出電壓值（Y），設計VI，實現(xiàn)輸入壓力值與輸出電壓值之間的最佳線性擬合直線。

2.3程序框圖設計

本實驗采用了LabVIEW數(shù)組函數(shù)，簇函數(shù)，創(chuàng)建數(shù)組，數(shù)組捆綁，XY圖以及線性擬合函數(shù)來實現(xiàn)功能及數(shù)據(jù)計算與處理。得到數(shù)據(jù)快速且數(shù)據(jù)準確，相比于人為計算，減少了出錯率，有效提高了效率。

2.4.線性擬合函數(shù)介紹

（1）輸入參數(shù)

Y：是由因變值組成的數(shù)組。Y的長度必須大于等于未知參數(shù)的元素個數(shù)

X：是由自變量組成的數(shù)組。X的元素必須等于Y的元素個數(shù)。

權重：是觀測點（xi，yi）的權重數(shù)組。權重的元素數(shù)必須等于Y的元素數(shù)。若權重未連線，VI將把權重的所有元素設置為1.

容差：確定使用最小絕對殘差或Bisquare方法時，何時停止斜率和截距的迭代調整。對于最小絕對殘差方法，若兩次連續(xù)的交互之間殘差的相對差小于容差，該VI將返回結果殘差。對于Bisquare方法，若兩次連續(xù)的交互之間斜率的和截距的相對差小于容差，該VI將返回斜率和截距。若容差小于等于0，VI將設置容差為0.0001。

方法：指定擬合方法。有3種方法可選擇：最小二乘（默認），最小絕對殘差，Bisquare。

參世界限：包含斜率和截距的上、下限。若知道特定參數(shù)的值，可設置參數(shù)的上、下限為該值。

（2）輸出參數(shù)

最佳線性擬合：返回擬合模型的Y值。

斜率：返回擬合模型的斜率。

截距：返回擬合模型的截距。

殘差：返回擬合模型的加權平均值。若方法設置為最小絕對殘差值，則殘差為加權平均絕對誤差;否則殘差為加權均方誤差。

3.結語

本實驗是基于LabVIEW編程環(huán)境對誤差與數(shù)據(jù)處理的，同樣在其他編程環(huán)境上可實現(xiàn)，例如MATLAB與C語言。但相比于其他編程環(huán)境，LabVIEW則具有獨特的優(yōu)勢，LabVIEW操作更為簡單，結果更加形象，效率更為高效。只需對相關圖標的端口進行連線，捆綁等操作，點擊運行，即可完成大量繁復程序工作，結果可同時用數(shù)據(jù)與圖形圖表呈現(xiàn)，易于理解。

在誤差理論與數(shù)據(jù)處理的教學改革中，LabVIEW編程環(huán)境能夠實現(xiàn)高效的編譯，是一款教育與學習的有力工具。

參考文獻：

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