基于虛擬儀器溫度測(cè)量系統(tǒng)

1、大連大學(xué)2 20 01 13 3 屆屆畢畢業(yè)業(yè)論論文文（設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）題目名稱： 基于虛擬儀器的溫度測(cè)量系統(tǒng) 所所 在在 學(xué)學(xué) 院院： 信息工程學(xué)院 專專業(yè)業(yè)（班班級(jí)級(jí)）： 自動(dòng)化 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名名： 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師： 評(píng)評(píng) 閱閱 人人：DALIAN UNIVERSITY基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)2 基基于于 虛虛擬擬儀儀器器 的的溫溫度度檢檢測(cè)測(cè)系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)總計(jì)：畢業(yè)論文 36 頁(yè) 表 格 表 插 圖 10 院院 長(zhǎng)長(zhǎng) ： 基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)3 指導(dǎo)教師 評(píng) 閱 人 完成日期 2013/5/15 基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)I摘摘 要要本文介紹了利用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái) L

2、abVIEW, 進(jìn)行溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì), 其中包括了該系統(tǒng)硬件和軟件部分的設(shè)計(jì)。針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)存在的若干問題，基于虛擬儀表技術(shù)，以 LabVIEW 為軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)溫度測(cè)量系統(tǒng)。將傳感器測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計(jì)算機(jī)，再利用虛擬儀器開發(fā)軟件 LabVIEW 進(jìn)行編程，有效地運(yùn)用了 LabVIEW 虛擬儀器技術(shù)，將諸多重要步驟都在配備硬件的普通 PC 電腦上完成，使得整個(gè)測(cè)量的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向軟件的設(shè)計(jì)，是虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用于溫度測(cè)量領(lǐng)域的一個(gè)典型范例。 結(jié)果表明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、界面良好、易于操作，測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、溫度控制精度高，系統(tǒng)交互性好，性價(jià)比高，可以滿足工業(yè)測(cè)試的需要。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：溫度

3、測(cè)量； LabVIEW； 虛擬儀器；PC-DAQ; 基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)IIABSTRACTThe paper introduced how to use the virtual instrument platform LabVIEW, designing the temperature control system， In view of traditional temperature measurement existence questions，it uses LabVIEW as software platform，the temperature measuring system

4、 based on virtual instrument technique is designedIt can realize the data acquisition of temperature as well as data transmission，analysis and display，with the development software of virtura instrumrents LabVIEWThe LabVIEW virtual instrument technology is eficiently used to complete many important

5、processes in common PC computer which is integrated of hard waresSo it makes the key point of the measurement move to software design，and it is a typical example of applying virtual instrument technology into temperature measurement fieldExperimental results show that the system is simple，good inter

6、face，easy operation，measurement accuracy，stable，temperature control accuracy better ，its interactive perform ance is good, and its perform ance price ratio is highto meet the needs of industrial testKeywords: Temperature Measurement; LabVIEW; Virtual Instrument; Thermocouple; PC-DAQ; 基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)II

7、I目 錄摘摘 要要 .IABSTRACT .II1. 緒緒論論 .11.1 論文的研究背景及意義 .11.2 虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展 .21.2.1 虛擬儀器現(xiàn)狀.21.2.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì).31.3 論文的設(shè)計(jì)任務(wù)及主要工作 .31.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù).31.3.2 論文完成的主要工作.42 2. . 虛虛擬擬儀儀器器概概述述 .52.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介 .52.1.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介.52.1.2 PC-DAQ 式虛擬儀器.52.2 LabVIEW 簡(jiǎn)介 .62.1.1 G 語(yǔ)言簡(jiǎn)介.72.1.3 工作流程.73 3. .硬硬件件系系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .93.1 基于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng) .93.2

8、 系統(tǒng)硬件組成 .123.3 溫度傳感器 .123.4 溫度變送器 .133.5 數(shù)據(jù)采集卡 .144 4. . L La ab bV VI IE EW W 軟軟件件模模塊塊設(shè)設(shè)計(jì)計(jì) .154.1 前面板設(shè)計(jì) .154.2 程序框圖設(shè)計(jì) .164.2.1 系統(tǒng)總體框圖.164.2.2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明.16結(jié)結(jié)論論 .20致致謝謝 .21參參考考文文獻(xiàn)獻(xiàn) .22大大連連大大學(xué)學(xué)學(xué)學(xué)位位論論文文版版權(quán)權(quán)使使用用授授權(quán)權(quán)書書 .31基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)11. 緒論緒論1.11.1 論文的研究背景及意義論文的研究背景及意義溫度在日常生活、科研研究、業(yè)生產(chǎn)中是經(jīng)常需要測(cè)量和控制的一個(gè)基本物理

9、量, 許多科研和生產(chǎn)過程密切相關(guān)，溫度檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用極具普遍性和重要性。PC-DAQ 式虛擬儀器功能靈活、通用性強(qiáng)、可靠性高、性價(jià)比高，是一種非常實(shí)用的虛擬儀器結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)用非常廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)與工業(yè)水平的不斷發(fā)展，高精度的溫度測(cè)量成為需求所在，同時(shí)也需要提高溫度測(cè)量的范圍。過去所使用的溫度測(cè)量系統(tǒng)已經(jīng)漸漸無(wú)法滿足現(xiàn)代工程應(yīng)用的需要，因此需要一種新的溫度測(cè)量方法?；谔摂M儀器的溫度測(cè)量以其特有的方便、快捷、穩(wěn)定、高效而被廣泛研究。工業(yè)生產(chǎn)中需要有高的產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，同時(shí)也需要低的消耗，這些都需要合理的溫度范圍和測(cè)溫的精確性，虛擬儀器正是能滿足以上要求的新興技術(shù)。虛擬儀器在測(cè)控領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越

10、明顯，Labwiew 也廣泛應(yīng)用于各種科研實(shí)踐與生產(chǎn)中，這對(duì)虛擬儀器溫度測(cè)量技術(shù)的研究具有重要意義。LABVIEW 軟件平臺(tái)下的虛擬儀器測(cè)量技術(shù)，在如今的測(cè)控領(lǐng)域有著很重要的位置。所以將溫度測(cè)量與 LABVIEW 虛擬儀器相結(jié)合就成了溫度測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。在傳統(tǒng)測(cè)溫領(lǐng)域中，使用的大多是一些傳統(tǒng)測(cè)量器件，都是通過用硬件不能改變的固定軟件實(shí)現(xiàn)功能。這些系統(tǒng)無(wú)法輕易改變功能和結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)新的功能往往要更換整個(gè)軟件，這種特性不能適應(yīng)當(dāng)今對(duì)測(cè)量系統(tǒng)越來(lái)越高的要求。虛擬儀器可以利用計(jì)算機(jī)的運(yùn)算處理功能，以強(qiáng)大的處理能力來(lái)解決數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲(chǔ)等方面的問題，其交互式界面也便于系統(tǒng)的控制和顯示測(cè)

11、量數(shù)據(jù)，程序框圖和外部電路都比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器軟件有很好的擴(kuò)展性，升級(jí)功能簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。 基于虛擬儀器的溫度測(cè)量系統(tǒng)研究是響應(yīng)時(shí)代的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)和自動(dòng)化進(jìn)程的加快都是必不可少的一部分。需求決定生產(chǎn)，對(duì)溫度測(cè)量高精度低成本的要求也是發(fā)展虛擬儀器溫度測(cè)量的重要誘因。而越精確、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)的溫度測(cè)量方式越能滿足工業(yè)與生活的需求。而基于虛擬儀器的溫度測(cè)量正是這樣一種高精度、方便、快捷、經(jīng)濟(jì)性價(jià)比高的溫度測(cè)量方式?；谔摂M儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)21.21.2 虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展虛擬儀器的現(xiàn)狀及發(fā)展1.2.11.2.1 虛擬儀器現(xiàn)狀虛擬儀器現(xiàn)狀目前虛擬儀器技術(shù)發(fā)展迅猛，美國(guó)

12、國(guó)家儀器公司（National Instruments Corp.簡(jiǎn)稱 NI）等一批廠商設(shè)計(jì)制造制造并推出了許多關(guān)于虛擬儀器技術(shù)的儀器產(chǎn)品。這方面的人才和技術(shù)也越來(lái)越重要，為了培養(yǎng)更多的這方面的人才，在美國(guó)一些大學(xué)已經(jīng)將虛擬儀器技術(shù)作為一門課程。 虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的 RS232 串行總線、GPIB 通用接口總線、VXI 總線，以及已經(jīng)被 PC 機(jī)廣泛采用的 USB 串行總線和IEEE1394 總線1。以上各種總線配置需要虛擬儀器響應(yīng)配合，NI 公司為此開發(fā)了很多軟件以及硬件（插件），用以不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的組建。NI 公司也在發(fā)展虛擬儀器的專用總線系統(tǒng)，19

13、97 年 9 月 1 日推出模塊化儀器的主流平臺(tái) PXI，這是與 Compact PCI 完全兼容的系統(tǒng)。這種虛擬儀器模塊化主流平臺(tái) PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到 100Mb/s。是目前已經(jīng)發(fā)布的最高傳輸速度。虛擬儀器有許多軟件平臺(tái)，其中最早和最具有影響力的開發(fā)軟件是 NI 公司的 LabVIEW 軟件和 Lab windows/CVI。LabVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件，編程簡(jiǎn)單方便。其中 Lab windows/CVI 適用于 C 語(yǔ)言的開發(fā)人員，在 windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC 開發(fā)環(huán)境，除了上述開發(fā)軟件外 HP-VEE 和 HPT

14、IG 平臺(tái)軟件， Ez-Test 和 Tek-TNS 軟件，以及 Snap-Master 平臺(tái)軟件，也是國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件1。在我國(guó)在虛擬實(shí)驗(yàn)研究方面起步比較晚，相對(duì)于美國(guó)等國(guó)家有一定的差距，但近年來(lái)，隨著虛擬儀器在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，作用越來(lái)越大，我國(guó)的虛擬實(shí)驗(yàn)的研究和開發(fā)也得到重視，近年來(lái)隨著很多科研、學(xué)術(shù)、工程人員的研究，我們對(duì)虛擬儀表的研究成果顯著。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)虛擬儀表研究的深入，虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)已經(jīng)和很多技術(shù)相融合，如虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)控制技術(shù)等，與時(shí)代相融合是發(fā)展的必然趨勢(shì)，技術(shù)的融合為我們提供了更多樣的實(shí)驗(yàn)操作方式和實(shí)踐學(xué)習(xí)

15、方法。虛擬儀器技術(shù)是本課題的基點(diǎn)，虛擬儀器研發(fā)相對(duì)容易，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上實(shí)用性強(qiáng)，虛擬儀器可操作性好，是值得研究的3?；谔摂M儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)31.2.21.2.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器的發(fā)展趨勢(shì)現(xiàn)如今電子行業(yè)的發(fā)展越來(lái)越迅猛，已經(jīng)成為了當(dāng)今社會(huì)的主流行業(yè)。在電子行業(yè)中電子測(cè)試占據(jù)著重要的地位，可以說(shuō)是電子行業(yè)的基礎(chǔ)。在某種意義上來(lái)說(shuō)測(cè)試儀器的水平代表著電子技術(shù)發(fā)展的水平。電子技術(shù)在很多領(lǐng)域中都有應(yīng)用，這就表明電子測(cè)試儀器也更多的被用于許多非電量的精密測(cè)試設(shè)備的如此測(cè)量,因此也可以說(shuō)這些領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r9，與時(shí)代的發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)在測(cè)試行業(yè)已經(jīng)被普遍應(yīng)用，如自動(dòng)化、石油鉆探和提煉、生產(chǎn)中的

16、機(jī)器控制等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用。在虛擬儀器技術(shù)中對(duì)轉(zhuǎn)換器有比較高的要求，而高性能、低成本的 A/D 和D/A 轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)和發(fā)展無(wú)疑更進(jìn)一步推動(dòng)著虛擬儀器的發(fā)展。在硬件設(shè)計(jì)方面可以利用大量生產(chǎn)的芯片作為測(cè)量的前端組件，在軟件設(shè)計(jì)方面圖形化的數(shù)據(jù)流語(yǔ)言的 LabVIEW 可作為軟件平臺(tái)。硬件與軟件技術(shù)的發(fā)展也無(wú)疑推動(dòng)著虛擬儀器的發(fā)展。虛擬儀器的擴(kuò)展功能也在不斷的發(fā)展， 例如 PC 測(cè)試程序的開發(fā)和嵌入式處理器和 FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)上硬件設(shè)計(jì)等。能夠在 PC 上這些為用戶設(shè)計(jì)測(cè)試系統(tǒng)，定義硬件功能等提供了一個(gè)獨(dú)立環(huán)境。隨著我國(guó)科技和工業(yè)水平的發(fā)展虛擬技術(shù)的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。虛擬儀器的眾多優(yōu)

17、勢(shì)勢(shì)必會(huì)讓其代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器額位置，隨著傳統(tǒng)儀器的淡出，虛擬儀器將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。1.31.3 論文的設(shè)計(jì)任務(wù)及主要工作論文的設(shè)計(jì)任務(wù)及主要工作1.3.11.3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)任務(wù)本文主要設(shè)計(jì)一個(gè) LabVIEW 軟件系統(tǒng)，能夠?qū)囟刃盘?hào)進(jìn)行處理、運(yùn)算、記錄，這些功能由虛擬儀表軟件完成。而測(cè)量溫度也必然需要傳感器電路，也就是硬件電路，功能主要是完成溫度信號(hào)的采集和和轉(zhuǎn)換。計(jì)算機(jī)處理的電信號(hào)來(lái)自轉(zhuǎn)換器處理的物理信號(hào)，并以其強(qiáng)大的運(yùn)算能力進(jìn)行處理，繪制溫度曲線等。技術(shù)要求：（1）所選傳感器和自制的調(diào)理電路工作可靠。（2）溫度曲線能夠以圖形方式顯示，并且準(zhǔn)確，穩(wěn)定。（3）能夠儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、累加、超限報(bào)

18、警。（4）能夠滿足不同的測(cè)量精度和測(cè)量范圍。（5）界面簡(jiǎn)單，易于操作?；谔摂M儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)41.3.21.3.2 論文完成的主要工作論文完成的主要工作（1）虛擬儀器溫度測(cè)量系統(tǒng)的背景、目的及意義研究。（2）溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)采用 PC-DAQ 式虛擬儀器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡選擇 PCI-1710HG，軟件開發(fā)平臺(tái)選擇 LabVIEW。（3）LabVIEW 和 PCI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用研究。 研究 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境的使用及編程方法，研究 PCI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡的功能及其在 LabVIEW 中的使用。（4）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 溫度傳感器的選擇及測(cè)量電路設(shè)計(jì)，A/D

19、 功能的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)的連接。（5）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的功能，完成軟件開發(fā)。（6）系統(tǒng)測(cè)試與試驗(yàn)結(jié)果分析基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)52.2. 虛擬儀器概述虛擬儀器概述2.12.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介虛擬儀器簡(jiǎn)介2.1.12.1.1 虛擬儀器簡(jiǎn)介虛擬儀器簡(jiǎn)介虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)的三大核心技術(shù)，虛擬儀器是虛擬技術(shù)的一個(gè)重要組成部分1。虛擬儀器的主要功能就是以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)的軟件來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的硬件，用虛擬的資源代替實(shí)際資源，節(jié)省了經(jīng)濟(jì)與資源，且有了更為精確的精度，既經(jīng)濟(jì)又實(shí)用且方便。虛擬儀器( Virtual Instrument; VI) 結(jié)合

20、了計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)儀器技術(shù)，這種和則兩利的方式是時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)所在，這也必然是測(cè)量?jī)x器的發(fā)展趨勢(shì)所在。隨著虛擬儀器技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)的廣泛使用，測(cè)控技術(shù)走向軟件化、圖形化的趨勢(shì)明顯，虛擬儀器“以軟代硬”的思想，在大大降低工程中硬件所占比重的同時(shí)，也大大降低了工程技術(shù)人員使用門檻“軟件就是儀器”反映了其虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征，Labview 及虛擬儀器技術(shù)同時(shí)為教學(xué)、實(shí)驗(yàn)和科研提供了一個(gè)優(yōu)秀平臺(tái)，得到了國(guó)內(nèi)外許多科研機(jī)構(gòu)及院校的認(rèn)可7。虛擬儀器與計(jì)算機(jī)技術(shù)是密不可分的，虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的，在具有虛擬儀器軟件的計(jì)算機(jī)上可以有一個(gè)為虛擬儀器設(shè)計(jì)的操作界面，可以方便操作。作為測(cè)試儀器, 虛擬儀

21、器的軟件界面體現(xiàn)了很多的測(cè)試儀器的特性。虛擬儀器也有許多功能功能模塊, 這些功能模塊的性能在主要靠計(jì)算機(jī)總線技術(shù)的發(fā)展和先進(jìn)的元器件支持。2.1.22.1.2 PC-DAQPC-DAQ 式虛擬儀器式虛擬儀器PC-DAQ是基于插入式數(shù)據(jù)采集卡(PC-DAQ:Personal Computer Data Acquisition)的簡(jiǎn)稱，它是據(jù)采集系統(tǒng)中一種典型的虛擬儀器,它用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理，它的顯示與控制面板可以在計(jì)算機(jī)顯示器上實(shí)現(xiàn)4。DAQ儀器以微型計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，配以總線，用于測(cè)量和測(cè)試功能的數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算機(jī)軟件，以實(shí)現(xiàn)測(cè)量和測(cè)試功能4。PC-DAQ 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最大特點(diǎn)是利用

22、軟件代替儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)一些功能，軟件是整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的核心,體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的特點(diǎn),系統(tǒng)功能擴(kuò)展性好,大大減少了測(cè)試設(shè)備。PC-DAQ式虛擬儀器具有靈活的功能且其通用性強(qiáng)與可基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)6靠性很高，這種高性價(jià)比而且實(shí)用的虛擬儀器結(jié)構(gòu)方案的應(yīng)用非常廣泛。虛擬儀器和其他例如數(shù)字化儀器、智能儀器的出現(xiàn)于發(fā)展取決于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，正是這些技術(shù)在電子測(cè)量方面的應(yīng)用使虛擬儀器單臺(tái)儀器逐步發(fā)展到疊加式儀器系統(tǒng)、虛擬儀器系統(tǒng)等5。DAQ儀器與智能儀器不同點(diǎn)是它不需要專門的微處理系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)主要是儀器插板，除了這些專業(yè)的儀器插板也可以直接使用數(shù)據(jù)采集卡，采集卡性能優(yōu)秀

23、技術(shù)成熟，可很好的與虛擬儀器配合使用。軟件設(shè)計(jì)可利用LabVIEW等虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)。這樣一來(lái)DAQ儀器設(shè)計(jì)的周期可以大大縮短。在DAQ儀器中，測(cè)試過程的控制可以最大限度地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)測(cè)試和反復(fù)巡回檢測(cè)的應(yīng)用場(chǎng)合特別有用，DAQ儀器可以方便地實(shí)現(xiàn)頻譜分析、相關(guān)分析、傳遞函數(shù)分析及時(shí)間序列分析、模式識(shí)別等數(shù)據(jù)處理與分析功能18。利用計(jì)算機(jī)的已有資源，還可以方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的永久存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)壓縮、遠(yuǎn)距離傳輸、打印等。DAQ儀器的測(cè)量過程，如量程選擇、開關(guān)選擇、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與顯示輸出等均可以由程序自動(dòng)完成。測(cè)試過程可以采用人機(jī)交互式操作， 只要操作者熟悉一般PC的操作方法，即可

24、方便地操作DAQ儀器。通常，DAQ儀器的操作可以通過鍵盤、鼠標(biāo)、光筆和觸摸屏來(lái)完成。應(yīng)用多媒體技術(shù)，還可以采用語(yǔ)音命令來(lái)實(shí)現(xiàn)操作18。2.22.2 LabVIEWLabVIEW 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介自1990年代以來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)在飛快的發(fā)展，所以許多技術(shù)都基于計(jì)算機(jī)技術(shù)有了新的發(fā)展。其中虛擬儀器技術(shù)是代表之一，它是測(cè)量技術(shù)發(fā)展的一個(gè)成果，向著通用化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。在虛擬儀器中，硬件負(fù)責(zé)信號(hào)的采集與輸出，軟件才是儀器的根本所在，每個(gè)使用者都可以根據(jù)自己不同的需求對(duì)軟件進(jìn)行方便的修改，以改變和增減儀器系統(tǒng)的功能，這正體現(xiàn)了“軟件就是儀器”這種說(shuō)法。Labview 是由美國(guó)NI 公司開發(fā)的一種基于圖形化編

25、程語(yǔ)言的虛擬儀器開發(fā)工具，是測(cè)量、測(cè)試和控制系統(tǒng)的開發(fā)工具。LabvIEw是當(dāng)前流行的圖形化語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境，是一種功能強(qiáng)大的編程語(yǔ)言(亦被稱為G語(yǔ)言) 8。它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析和數(shù)據(jù)顯示功能，集開發(fā)、調(diào)試、運(yùn)行于一體，內(nèi)置幾乎所有的常用信號(hào)處理函數(shù)以及大量現(xiàn)代的高級(jí)信號(hào)分析工具，而且以Lab-VIEW為平臺(tái)編寫的虛擬儀器應(yīng)用程序可以容易地與硬件集成，同時(shí)也能連接到大多數(shù)通用數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，與幾乎所有的現(xiàn)場(chǎng)總線建立通信。基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)7 LabVIEW的良好界面對(duì)數(shù)據(jù)采集可以進(jìn)行有效控制，以及在LabVIEW里實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。LabVIEW開發(fā)虛擬儀器支持的數(shù)據(jù)采集硬件往往價(jià)格比較昂貴，

26、而以單片機(jī)為核心的多點(diǎn)溫度采集雖然硬件成本較低，但開發(fā)過程復(fù)雜，編程工作量大，周期長(zhǎng)，效率低2。為提高系統(tǒng)的性價(jià)比，LabVIEW軟件設(shè)置了串口驅(qū)動(dòng)程序用來(lái)實(shí)現(xiàn)串口功能，這樣就可以將采集到的數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，以便在LabVIEW環(huán)境下對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這樣使LabVIEW的功能得到了充分利用，又有單片機(jī)快速及靈活的特點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，提高了效率。2.1.12.1.1 G G 語(yǔ)言簡(jiǎn)介語(yǔ)言簡(jiǎn)介G 語(yǔ)言是一種圖形化的程序語(yǔ)言，它的主要應(yīng)用就是在 LabVIEW 中。VI 就在 LabVIEW 開發(fā)平臺(tái)編制的虛擬儀器程序稱的簡(jiǎn)。這種語(yǔ)言在編程時(shí)不需要編譯程序代碼，而用程序流程圖編譯

27、。它利用一些技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，所以，LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它能使使用者構(gòu)建科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力提高，時(shí)儀器編程和數(shù)據(jù)采集更為方便快捷。使用它設(shè)計(jì)儀器、測(cè)試系統(tǒng)程序和原理研究時(shí)，能提高工作的效率。視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件語(yǔ)言，G 語(yǔ)言如今已經(jīng)被很廣泛的應(yīng)用在工業(yè)、學(xué)術(shù)和研究實(shí)驗(yàn)室等方面。LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)17。利用 G 語(yǔ)言編程有強(qiáng)大地功能和很強(qiáng)的靈活性，它使虛擬儀器

28、的構(gòu)建更加簡(jiǎn)單，其圖形化編程方式也比其他枯燥的程序語(yǔ)句生動(dòng)。LabVIEW 環(huán)境下的 G 語(yǔ)言由程序前面板、框圖程序和圖標(biāo)/連接端口三個(gè)部分組成。其中程序前面板模擬真實(shí)儀表的前面板設(shè)計(jì)而成，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。程序框圖是對(duì)前面板功能的支持，用 G 言語(yǔ)編寫，是虛擬儀器的關(guān)鍵技術(shù)。圖標(biāo)是面板上的各種控制按鈕與顯示工具，能讓測(cè)量結(jié)果更直觀額顯示給用戶。G 語(yǔ)言圖形化的編程語(yǔ)言，讓熟悉各種儀器結(jié)構(gòu)的人員很容易的編寫程序，就像設(shè)計(jì)傳統(tǒng)的電路圖一眼。對(duì)于初學(xué)者圖形化的形式更便于理解，使學(xué)習(xí)過程變的簡(jiǎn)單生動(dòng)?；谔摂M儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)82.1.32.1.3 工作流程工作流程LabVIEW 編程時(shí)

29、會(huì)將很多基本的模塊組成完整的虛擬儀器功能，各模塊有I/O 借口彼此分開工作又組成一個(gè)統(tǒng)一的整體。它的軟件工作流程如圖 2-1 所示。圖 2-1 軟件工作流程圖基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)9過程參數(shù)傳感器信號(hào)調(diào)理傳感器傳感器傳感器傳感器信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理接口采樣/保持定時(shí)與邏輯控制模數(shù)轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)顯示器打印機(jī)3.3.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.13.1 基于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的組成部分有傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、模擬多路開關(guān)、放大器、采樣/保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)及外設(shè)等。模擬多路開關(guān)在計(jì)算機(jī)的軟硬件控制下依次切換，接通各路模擬輸入信號(hào)，同時(shí)采樣/保

30、持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器也在計(jì)算機(jī)的控制下啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)被讀入計(jì)算機(jī)，達(dá)到了巡回?cái)?shù)據(jù)采集的目的。圖 3-1 為基于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。 多路開關(guān) 放大器 數(shù)字信號(hào) 開關(guān)信號(hào)圖 3-1 基于計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的組成（1）傳感器在測(cè)量系統(tǒng)中被測(cè)參數(shù)經(jīng)常是非電量，但是計(jì)算機(jī)只能識(shí)別和處理電信號(hào)。兩者之間不能直接的進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所以需要一個(gè)中間環(huán)節(jié)將兩者的信號(hào)統(tǒng)一，這樣才能完成計(jì)算和測(cè)量。傳感器正是這樣一種原件，他負(fù)責(zé)被測(cè)參數(shù)信息的拾取，將非電量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后才能做下一步的處理，實(shí)現(xiàn)了兩種不同量之間的轉(zhuǎn)換。基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)10 傳感器有很多的種類，其中溫度傳感器有熱電偶、熱敏電阻等，機(jī)械

31、力傳感器有壓敏傳感器、應(yīng)變片等，溫濕度傳感器有氣敏傳感器等。在傳感器中把傳感器輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的這一段信號(hào)通道稱為模擬量輸入通道。（2）信號(hào)調(diào)理傳感器采集各種數(shù)據(jù)之后輸出信號(hào)，這些信號(hào)有很多不同的形式，主要分為電量和非電量，這些信號(hào)的幅值與頻率也都是不同的。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集設(shè)備自能采集電壓信號(hào)，信號(hào)的范圍只有如、等幾種。這是傳感器傳送過來(lái)的一些費(fèi)電呀信號(hào)就能直接被接受，所以這些信號(hào)要經(jīng)過一定的處理，而信號(hào)調(diào)理環(huán)節(jié)就是采集中傳感器和數(shù)據(jù)采集設(shè)備間的中間環(huán)節(jié)，它要將傳感器輸出的信號(hào)處理后傳送到采集設(shè)備中，使信號(hào)能夠傳遞。（3）放大器放大器的作用是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行幅度放大、阻抗匹配、噪聲抑制等預(yù)處理等

32、。因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象的特性選擇合適的傳感器來(lái)完成非電量的轉(zhuǎn)換，在一個(gè)采集任務(wù)中傳感器輸出的信號(hào)幅值經(jīng)常很小，而且會(huì)噪聲等干擾，這種信號(hào)很難直接進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。這時(shí)就需要放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。在幅值太小不能直接進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)，信號(hào)需經(jīng)過放大器放大后，變換成標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，如 05V、010V、-55V 等，放大后的信號(hào)就可以在數(shù)模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)中轉(zhuǎn)換。放大器有很多的種類以滿足各類傳感器輸出情況的不同。其中差分放大器、測(cè)量放大器和隔離放大器等可以抑制輸入信號(hào)的工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，斬波穩(wěn)零運(yùn)算放大器可以減小放大器輸出的失調(diào)和漂移，量程可以變換的程控增益放大器可以使不同數(shù)量級(jí)的輸

33、入電壓都具有最佳變換。（4）模擬多路開關(guān)模擬多回路開關(guān)是為了在要求高速的的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)多回路檢測(cè)功能，就是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對(duì)對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行采集，低速的數(shù)模轉(zhuǎn)換器在實(shí)現(xiàn)這一功能時(shí)十分復(fù)雜，而在模擬多路開關(guān)中就可以很簡(jiǎn)單的完成。模擬多路開關(guān)可以在不同的時(shí)間選擇一個(gè)時(shí)間將多個(gè)通道中的一個(gè)通道選通，這樣轉(zhuǎn)換器中只有一路信號(hào)輸入，使轉(zhuǎn)換器工作不會(huì)出現(xiàn)很大誤差。因此一套如采樣/保持電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器及處理電路等多路開關(guān)后的單元電路就能完成多回路檢測(cè)，這使成本大大大的降低，設(shè)備也相對(duì)簡(jiǎn)單。在多路開關(guān)中有 2N個(gè)模擬輸入端，N 個(gè)通道選擇端，選通信號(hào)控制選擇其通道開關(guān)閉合，使想要的模擬輸入端與多路開關(guān)的輸出端相通

34、，使該路模擬信號(hào)通過。如果設(shè)計(jì)要求以固定的序列周期閉合各個(gè)開關(guān)，就要按一定規(guī)律改變選基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)11通信號(hào)，這樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器分時(shí)復(fù)用可以構(gòu)成的周期性分組的分時(shí)復(fù)用輸出信號(hào)對(duì)各通道模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（5）采樣/保持器因?yàn)樵趯?duì)模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換需要一些轉(zhuǎn)換時(shí)間，在轉(zhuǎn)換時(shí)要保持信號(hào)不變，變動(dòng)的信號(hào)會(huì)使轉(zhuǎn)換精度出現(xiàn)很大偏差。實(shí)時(shí)采集的信號(hào)總是在變化，尤其是在信號(hào)頻率高時(shí)，轉(zhuǎn)換偏差更多。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器之前加入采樣/保持器可以保證模數(shù)轉(zhuǎn)換精度。采樣/保持器可以利用邏輯信號(hào)保持模擬輸出信號(hào)的瞬態(tài)值，這樣就給了模數(shù)轉(zhuǎn)換足夠額轉(zhuǎn)換時(shí)間。采樣/保持器以電容為儲(chǔ)存原件保存邏輯信號(hào)值。在模擬多路每個(gè)通道開

35、關(guān)之前添加采樣/保持電路，也可實(shí)現(xiàn)對(duì)瞬時(shí)信號(hào)進(jìn)行同時(shí)采樣。采樣/保持器可以大大提高數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣頻率。（6）模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要功能是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在系統(tǒng)中采樣保持器輸出的信號(hào)時(shí)模擬信號(hào)，而計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，所以他們之間要加入模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它是模擬輸入通道的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，會(huì)很大程度上影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類有很多，能應(yīng)對(duì)輸入信號(hào)變化速度不同時(shí)系統(tǒng)對(duì)分辨力、精度、轉(zhuǎn)換速率及成本等要求。在早期，設(shè)計(jì)人員要自己設(shè)計(jì)采樣/保持器與模數(shù)轉(zhuǎn)換器，目前由于集成電路的高度發(fā)展，可以把它集成到單片機(jī)等器件上，這樣也為系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了很大的方便。當(dāng)被測(cè)信

36、號(hào)變化頻率較高時(shí)，例如微型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器被共用，巡回采集多路模擬信號(hào)的數(shù)據(jù)，此時(shí)就需要采用逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器這種轉(zhuǎn)換速度較高的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。（7）定時(shí)與邏輯控制電路因?yàn)椴缓线m的定時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的精確度，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對(duì)器件的定時(shí)關(guān)系要求比較嚴(yán)格，需要一個(gè)電路來(lái)控制數(shù)據(jù)。定時(shí)與邏輯控制電路中定時(shí)電路負(fù)責(zé)按照各個(gè)器件的工作次序產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)，而邏輯控制電路負(fù)責(zé)依據(jù)時(shí)序信號(hào)產(chǎn)生各種邏輯控制信號(hào)。（8）接口電路輸入接口電路將從傳感器送到計(jì)算機(jī)的信號(hào)進(jìn)行必要的整形或者電平轉(zhuǎn)換。某些輸出接口電路模塊還提供如功率放大模塊等其他電路模塊，使用戶可以通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)字 I/O 直接控制電

37、磁閥、繼電器、電機(jī)等外設(shè)。（9）計(jì)算機(jī)與外設(shè)基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)12計(jì)算機(jī)和外設(shè)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作進(jìn)行管理和控制，同時(shí)還具有顯示、打印、報(bào)警、制表等功能。計(jì)算機(jī)是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心，它能按照預(yù)先安排好的程序，對(duì)輸入信號(hào)自動(dòng)進(jìn)行信息處理、分析、計(jì)算，并做出相應(yīng)的控制決策。然后通過輸出通道發(fā)出控制命令信息來(lái)控制被控對(duì)象進(jìn)行工作。標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)主要有三類：輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和外部存儲(chǔ)器。3.23.2 系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成本文溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要使用熱電阻，硬件檢測(cè)系統(tǒng)組成如圖 3-2 所示。圖 3-2 溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件組成其中，溫度檢測(cè)傳感器選用熱電阻，信號(hào)調(diào)理由變送器完成，模擬多路開關(guān)

38、、放大器、采樣/保持器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的功能由數(shù)據(jù)采集卡完成。PCI-1710HG 多功能數(shù)據(jù)采集卡插到 PC 機(jī)中的 PCI 插槽中，并通過 PCL-10168 數(shù)據(jù)線纜與PCLD-8710 接線端子板連接。3.33.3 溫度傳感器溫度傳感器本文選用的傳感器為 Pt100 鉑電阻。如圖 3-3 所示。圖 3-3 Pt100 熱電阻基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)13熱電阻的工作原理是根據(jù)導(dǎo)體隨溫度變化特性，根據(jù)不同溫度的不同性能來(lái)測(cè)試溫度。這種電阻對(duì)材料有很高的要求，熱電阻材料要電阻溫度系數(shù)大，穩(wěn)定性好，電阻率高，電阻與溫度之間最好有線性關(guān)系。其材料要求常用的熱電阻有鉑電阻(650以內(nèi))和銅電阻(15

39、0以內(nèi))。鉑電阻是繞在線圈骨架上的 0.050.07的鉑絲封裝在玻璃或陶瓷管等保護(hù)管內(nèi)構(gòu)成。在 0650以內(nèi)，它的電阻 Rt 與溫度 t 的關(guān)系為：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中： Ro 系溫度為 0時(shí)的電阻值(本實(shí)驗(yàn)的鉑電阻Ro100)。A3.9684103，B5.8471072 8 。鉑電阻測(cè)量溫度時(shí)一般采用三線制，其中一端接一根引線，另一端接二根引線，主要為遠(yuǎn)距離測(cè)量消除引線電阻對(duì)橋臂的影響，近距離測(cè)量時(shí)可用二線制，導(dǎo)線電阻忽略不計(jì)。3.43.4 溫度變送器溫度變送器在本文的設(shè)計(jì)中，信號(hào)調(diào)理的功能由溫度變送器來(lái)完成，選用 AI-708 人工智能調(diào)節(jié)器，如圖 3-4 所示。溫度變送器

40、將電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成 420mA 直流電流輸出，再通過跨接 250 歐姆電阻，可轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)能接收的 15V 直流電壓信號(hào)。圖 3-4 AI-708AI-708 是一種具備 0.2 級(jí)的精度的普及型儀表，可編程輸入規(guī)格，如果要選擇熱電偶、熱電阻、線性電阻和電壓（電流）的輸入可以設(shè)置其參數(shù)。它有很多功能和很廣泛的應(yīng)用，功能包括位式調(diào)節(jié)、人工智能調(diào)節(jié)、通訊、變送和上限、下限、正偏差、負(fù)偏差等報(bào)警等，主要應(yīng)用適合作高精度測(cè)量顯示、變送、位式調(diào)節(jié)或報(bào)警等用途，它具有可編程模塊化輸出，支持時(shí)間比例（繼電器觸點(diǎn)開關(guān)、SSR 電壓、可控硅無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)及單相/三相可控硅過零觸發(fā)信號(hào)等）和線性電流（包括 0-1

41、0mA 及 4-20mA）等多種輸出方式11?；谔摂M儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)143.53.5 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集卡是一種集成電路，也就是在一塊電路板上集成很多功能模塊，而在總體上能夠?qū)崿F(xiàn)一些功能。在數(shù)據(jù)采集卡電路中集成了很多總線接口電路包括多路開關(guān)、采樣/保持器、程控放大器、A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、地址譯碼、光電隔離等電路，還有一些必不可少的應(yīng)用電路。本文選用研華 PCI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)中的過程通道。PCI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡同其他采集可一樣有很多功能，是現(xiàn)在應(yīng)用比較多的一款數(shù)據(jù)采集卡，PCI-1710HG 是 PCI 總線數(shù)據(jù)采集卡。P

42、CI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡及其配套的 PCL-10168 數(shù)據(jù)線纜和 PCLD-8710 接線端子板如圖 3-5 所示。PCI一1710HG具有常用的測(cè)量和控制功能，如：12位AD轉(zhuǎn)換、DA轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出及計(jì)數(shù)器定時(shí)器功能。PCI一1710HG支持即插即用，能自動(dòng)默認(rèn)地址和中斷號(hào)都，免去了手工設(shè)置地址和中斷號(hào)的跳線，使用簡(jiǎn)單方便。圖 3-5 PCI-1710HG 及其配套產(chǎn)品基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)154.4. LabVIEWLabVIEW 軟件模塊設(shè)計(jì)軟件模塊設(shè)計(jì)4.14.1 前面板設(shè)計(jì)前面板設(shè)計(jì)軟件主要完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集與記錄，硬件電路傳過來(lái)的溫度信號(hào)可以通過軟件進(jìn)行記錄

43、與分析。軟件的前面板也就是用戶界面是虛擬儀器中很重要的一部分，而且可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，相對(duì)傳統(tǒng)硬件儀表更經(jīng)濟(jì)更方便。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)可以連續(xù)的記錄與處理溫度信號(hào)，以溫度為縱軸時(shí)間為橫軸繪出溫度時(shí)間曲線，溫度與時(shí)間軸都可以根據(jù)用戶需求做相應(yīng)的調(diào)整。軟件可以顯示溫度的當(dāng)前值、平均值、最大最小值和累加值，同時(shí)也可以記錄測(cè)量個(gè)數(shù)，設(shè)置溫度上限值與下限值并設(shè)置提示燈，以便在溫度達(dá)到上下限時(shí)用戶可以直觀發(fā)現(xiàn)。這些數(shù)值都會(huì)在前面板下方以數(shù)值方式顯示。用戶前面板如圖 4-1 所示。圖 4-1 軟件前面板基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)164.24.2 程序框圖設(shè)計(jì)程序框圖設(shè)計(jì)4.2.14.2.1 系統(tǒng)

44、總體框圖系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)的用戶面板只是為用戶提供一個(gè)直觀觀察數(shù)據(jù)的平臺(tái)，LabVIEW 除了前面板還需要系統(tǒng)程序框圖。程序框圖是一個(gè)虛擬儀表的核心，通過編輯程序框圖可以改變虛擬儀表的功能。圖 4-2 是系統(tǒng)的系統(tǒng)總體框圖。圖 4-2 系統(tǒng)總體框圖4.2.24.2.2 系統(tǒng)系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明功能模塊設(shè)計(jì)說(shuō)明4.2.2.1 .采集卡選擇部分采集卡選擇部分圖 4-3 采集卡選擇程序基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)17SELECT DEVICE 是選擇設(shè)備程序，選定設(shè)備之后由 deiver open 打開設(shè)備。SELECT Channel 和 SELECT Gain 分別是選擇頻道彈出和獲取彈出選擇。信號(hào)

45、在經(jīng)過 AIConfig 轉(zhuǎn)換過后輸入下一環(huán)節(jié)。1. DeviceOpen 功能：開啟數(shù)據(jù)采集卡Input: DevNum 為給定的卡編號(hào)。Outputs: 1. DevHandle 是卡開啟后電腦給卡的編號(hào)。2.error out開啟過程中錯(cuò)誤信息輸出。（輸入，輸出由上到下依次為1,2,3，下同）2. AIConfig.vi功能：設(shè)定單AD轉(zhuǎn)換的參數(shù)。Inputs: 1. DevHandle 從DeviceOpen 而，代表這張卡的數(shù)字。2. Chain&Gain Channel 工作的單個(gè)channel（裝換器），數(shù)值從015。Gain 依照先前所述規(guī)格填入Gain 值決定輸入范圍。3.

46、error in 由DeviceOpen 而，說(shuō)明同前。 圖4-4 為vi前面板 圖4-4 VI前面板基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)18Outputs: 1. DevHandle 將這張卡的數(shù)據(jù)繼續(xù)傳輸?shù)较乱画h(huán)節(jié)。2. Chain&Gain 將輸入端所設(shè)定的Chain&Gain 傳到其他函數(shù)。3. error out 設(shè)定過程中錯(cuò)誤信息輸出。4.2.2.24.2.2.2 當(dāng)前值和溫度曲線顯示部分當(dāng)前值和溫度曲線顯示部分 溫度數(shù)值與曲線顯示程序如圖4-5所示圖 4-5 溫度數(shù)值與曲線顯示程序經(jīng)過AICFG.C和AIVOLI.C的D/A轉(zhuǎn)換過后信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，進(jìn)過運(yùn)算和放大分別輸入到當(dāng)前值和溫度曲線

47、。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行累加。1. AIVoltageIn.vi功能：讀取進(jìn)入裝換器信號(hào)的電壓值。Inputs: 1. DevHandle 從AIConfig 而。2. Chain&Gain 從AIConfig 而，代表此轉(zhuǎn)換器工作模式的設(shè)定。3. TrigMode 無(wú)符號(hào)整數(shù)，表示觸發(fā)模式。0為軟件觸發(fā)，1為硬件觸發(fā)。4. error in 由AIConfig 而，說(shuō)明同前。Outputs: 1. DevHandle 說(shuō)明同前。2. Voltage 是這個(gè)裝換器AD 之后所得到的信號(hào)福特值。3. error out 讀取過程中錯(cuò)誤信號(hào)輸出。4.2.2.34.2.2.3 上下限模塊上下限模塊 如圖4-

48、6為上下限模塊程序圖基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)19圖4-6 溫度上下限程序程序中設(shè)定溫度的上限和下限，當(dāng)溫度不在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)指示燈會(huì)由綠色變成紅色，上限燈亮說(shuō)明溫度過高，下線燈亮說(shuō)明溫度過低。上限與下限的值都可以在圖中上限值，下限值處修改，其大小也會(huì)在前面板顯示。經(jīng)過變換處理后的信號(hào)會(huì)與設(shè)置好的上下限數(shù)值進(jìn)行比較，溫度信號(hào)小于上限信號(hào)輸入到信號(hào)燈為真，信號(hào)燈為綠，反之為紅色，也就是溫度超過上限值。溫度信號(hào)大于下線信號(hào)輸入到下線信號(hào)等的值為真，信號(hào)燈為綠，反之為紅，也就是溫度小于下限值。4.2.2.44.2.2.4 停止部分停止部分圖4-6 停止部分停止部分程序圖如圖4-6所示，當(dāng)按下停止按鈕后

49、系統(tǒng)停止工作。基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)20結(jié)論結(jié)論以 LabVIEW 軟件為平臺(tái)，利用熱電偶測(cè)量方法的溫度測(cè)量系統(tǒng)相對(duì)于傳統(tǒng)的溫度測(cè)量系統(tǒng)使用簡(jiǎn)單、體積小、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。是傳感器技術(shù)與虛擬儀器技術(shù)結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐。因?yàn)?LabVIEW 軟件的使用，可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)時(shí)的監(jiān)控測(cè)量溫度，使工作條件得到了優(yōu)化。同時(shí)也提高了測(cè)量的精度，節(jié)約了時(shí)間，降低了成本。基于虛擬儀器的溫度測(cè)量系統(tǒng)也有很好的拓展性，因?yàn)槭擒浖O(shè)計(jì)所以可以隨時(shí)根據(jù)不同的要求而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)不同用戶的不同需求的操作，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制等。基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)21致謝致謝經(jīng)過幾個(gè)月來(lái)的研究與學(xué)習(xí)終于將本

50、篇論文完成，其中離不開指導(dǎo)老師和眾多同學(xué)的幫助。感謝指導(dǎo)老師對(duì)于各種理論知識(shí)還有軟件應(yīng)用的講解，如果沒有您的幫助僅憑我一個(gè)人是完成不了本論文的。也感謝各位同學(xué)在一些問題上的幫助，你們的思維方式與想法給了我很大的啟發(fā)。當(dāng)然論文能順利完成也離不開前人的研究基礎(chǔ)，正是有了你們的成果我才能通過各種資料與文獻(xiàn)完成自己的設(shè)計(jì)想法。同樣感謝的還有四年來(lái)我的各位老師，正是在你們哪里學(xué)到的各種知識(shí)讓我有了完成本論文的知識(shí)沉淀?？傊x謝各位，謝謝你們對(duì)我的幫助?；谔摂M儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)22參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 林輝,郭艷珠. 基于 LABWIEW 的測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)J. 電子設(shè)計(jì)工程,2010，18(8）:79-80

51、.2 邵梅,張桂香 等基于 PCI 一 1710HG 數(shù)據(jù)采集卡的衡器系統(tǒng)開發(fā)D. 山東理工大學(xué).2-3.3 舒劍，葉英植. 基于 USB 接口的集成數(shù)字溫度檢測(cè)儀設(shè)計(jì)J. 國(guó)外電子測(cè)量技術(shù) 2008, (12):2-3.4 馬宏偉, 姜俊英, 魏 巍. C+組建基于 PC-DAQ 的虛擬儀器J. 安科技學(xué)院報(bào)，2010(21):2-3.5 盧佳，徐熙平. LabVIEW環(huán)境下自動(dòng)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的研究J.電子測(cè)量技術(shù)，2011（9）：80-82.6 張麗娜，姜新華，李紅巖.基于LabWIEW的多點(diǎn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)控制J.內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（4）：386-388.7小燕，樊利軍.基于Labvie

52、w的溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)J.北京工職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2012(1):47-50.8張瑜，張升偉.基于鉑電阻傳感器的高精度溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2010,3（23-3）：311-313.9郭丹.基于虛擬儀器的多點(diǎn)溫度檢測(cè)J.北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（81）：33-36.10陳勇，高尚，曹玉保 . Design of detection system for mine humidity and temperature based on internet of thingsJ.電子設(shè)計(jì)工程, 2012：18-20.11 楊琪文，陳劍橋.基于LabWIEW的溫度參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.儀表技術(shù)與

53、傳感器，2009，（10），67-68.12 沈才忠，周連琴.基于虛擬儀器技術(shù)的高精度溫度儀J.儀表技術(shù)與傳感器，2009，（7），30-32.13 何巍.基于虛擬儀表的溫度測(cè)量系統(tǒng)J.山西電子技術(shù)，2011，（4），8-9.基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)2314 王世明，王芳. 基于虛擬儀器的溫度測(cè)試系統(tǒng)的開發(fā)J.2009,27(21)，2-4.15 江偉,齊曰霞,袁芳 等. 基于虛擬儀器平臺(tái)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.傳感器與儀表，2008，24（8），163-165.16 李訓(xùn)文. 基于虛擬儀器技術(shù)的溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息，2012，28（5）.40-42.17 戴國(guó)平，基于 Lab

54、VIEW 的太陽(yáng)能沼氣發(fā)電工程無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究D, 2011 江蘇大學(xué)18 喻浩，基于 PC_DAQ 的航空瞄準(zhǔn)具測(cè)試儀J,科技廣場(chǎng)，2010,9. 141-144.基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)24附錄 1 英文文獻(xiàn)翻譯一英文原文一英文原文Virtual Instruments Based on Reconfigurable Logic基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)25基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)26基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)27基于虛擬儀器的溫度檢測(cè)系統(tǒng)28二漢語(yǔ)翻譯二漢語(yǔ)翻譯基于虛擬儀器的可重構(gòu)邏輯基于虛擬儀器的可重構(gòu)邏輯1、虛擬儀器的產(chǎn)生背景今天，我們是在一個(gè)高度發(fā)達(dá)的信息社會(huì)，這需要在有限的

55、時(shí)間和空間來(lái)實(shí)現(xiàn)大量的信息交流，必然帶來(lái)信息密度的迅速增加，需要有更快的速度和更強(qiáng)大的功能，信息電子系統(tǒng)處理。一方面，電子技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)需求的客觀測(cè)試儀器自動(dòng)化和靈活的方向發(fā)展，另一方面，電子技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展，也使虛擬儀器。在這種情況下，微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)上的虛擬儀器逐漸成為現(xiàn)實(shí)，它的出現(xiàn)和廣泛使用為測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的模型，并讓工程師更加強(qiáng)大和靈活的測(cè)量和控制。2 虛擬儀器的概念虛擬儀器（虛擬儀器，簡(jiǎn)稱為 VI）的概念被首次提出在 20 世紀(jì) 80 年代由美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)設(shè)備的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，由用戶定義的虛擬前面板，測(cè)試功能由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的測(cè)試軟件。其核心思想是利用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)資源，否則將需要硬件，軟件技術(shù)，以盡量減少系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的功能性和靈活性。虛擬儀器代表了根本性的變化，從傳統(tǒng)的基于硬件的測(cè)試系統(tǒng)，以軟件為中心的測(cè)試系統(tǒng)。虛擬儀器的出現(xiàn)是一場(chǎng)革命的歷史文書，它代表了最新的發(fā)展方向和趨勢(shì)的儀器，科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)度的發(fā)展產(chǎn)生了不可估量的影響。虛擬儀器具有許多優(yōu)勢(shì)，如高性能，可擴(kuò)展性強(qiáng)，開發(fā)時(shí)間短和無(wú)縫集成。3. 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)LABVIEW 簡(jiǎn)介及其優(yōu)勢(shì)LabVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程工作臺(tái)，它是一個(gè)強(qiáng)大而靈活的儀器和分析應(yīng)用程序