基于虛擬儀器的溫度測量系統(tǒng)(共36頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)大連大學201 13 屆畢業(yè)論文（設計）題目名稱： 基于虛擬儀器的溫度測量系統(tǒng) 所所 在在 學學 院院： 信息工程學院 專專業(yè)業(yè)（班班級級）： 自動化 學學 生生 姓姓 名名： 指指 導導 教教 師師： 評評 閱閱 人人：DALIAN UNIVERSITY精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 基基于于 虛虛擬擬儀儀器器 的的溫溫度度檢檢測測系系統(tǒng)統(tǒng)設設計計總計：畢業(yè)論文 36 頁 表 格 表 插 圖 10 院院 長長 ： 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 指導教師 評 閱 人 完成日期 2013/5/15 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心

2、-專注-專業(yè)摘摘 要要本文介紹了利用虛擬儀器開發(fā)平臺 LabVIEW, 進行溫度控制系統(tǒng)設計, 其中包括了該系統(tǒng)硬件和軟件部分的設計。針對傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)存在的若干問題，基于虛擬儀表技術，以 LabVIEW 為軟件平臺設計溫度測量系統(tǒng)。將傳感器測量到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計算機，再利用虛擬儀器開發(fā)軟件 LabVIEW 進行編程，有效地運用了 LabVIEW 虛擬儀器技術，將諸多重要步驟都在配備硬件的普通 PC 電腦上完成，使得整個測量的重點轉向軟件的設計，是虛擬儀器技術應用于溫度測量領域的一個典型范例。 結果表明系統(tǒng)結構簡單、界面良好、易于操作，測量準確、穩(wěn)定可靠、溫度控制精度高，系統(tǒng)交互性好

3、，性價比高，可以滿足工業(yè)測試的需要。關鍵詞：關鍵詞：溫度測量； LabVIEW； 虛擬儀器；PC-DAQ; 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)ABSTRACTThe 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 platfor

4、m，the temperature measuring system 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 eficientl

5、y used to complete many important 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 th

6、at the system is simple，good interface，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; The

7、rmocouple; PC-DAQ; 精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)目 錄精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1. 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)常需要測量和控制的一個基本物理量, 許多科研和生產(chǎn)過程密切相關，溫度檢測系統(tǒng)的應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、可靠性高、性價比高，是一種非常實用的虛擬儀器結構方案，應用非常廣泛。隨著科學技術與工業(yè)水平的不斷發(fā)展，高精度的溫度測量成為需求所在，同時也需要提高溫度測量的范圍。過去所使用的溫度測量系統(tǒng)已經(jīng)漸漸無法滿足現(xiàn)代工程應用的需要

8、，因此需要一種新的溫度測量方法?；谔摂M儀器的溫度測量以其特有的方便、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)品質量和產(chǎn)量，同時也需要低的消耗，這些都需要合理的溫度范圍和測溫的精確性，虛擬儀器正是能滿足以上要求的新興技術。虛擬儀器在測控領域的優(yōu)勢越來越明顯，Labwiew 也廣泛應用于各種科研實踐與生產(chǎn)中，這對虛擬儀器溫度測量技術的研究具有重要意義。LABVIEW 軟件平臺下的虛擬儀器測量技術，在如今的測控領域有著很重要的位置。所以將溫度測量與 LABVIEW 虛擬儀器相結合就成了溫度測試領域的一個重要課題。在傳統(tǒng)測溫領域中，使用的大多是一些傳統(tǒng)測量器件，都是通過用硬件不能改變的固

9、定軟件實現(xiàn)功能。這些系統(tǒng)無法輕易改變功能和結構，要實現(xiàn)新的功能往往要更換整個軟件，這種特性不能適應當今對測量系統(tǒng)越來越高的要求。虛擬儀器可以利用計算機的運算處理功能，以強大的處理能力來解決數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的問題，其交互式界面也便于系統(tǒng)的控制和顯示測量數(shù)據(jù)，程序框圖和外部電路都比較簡單，容易實現(xiàn)。虛擬儀器軟件有很好的擴展性，升級功能簡單，便于維護。 基于虛擬儀器的溫度測量系統(tǒng)研究是響應時代的發(fā)展與社會的進步，對于工業(yè)生產(chǎn)和自動化進程的加快都是必不可少的一部分。需求決定生產(chǎn)，對溫度測量高精度低成本的要求也是發(fā)展虛擬儀器溫度測量的重要誘因。而越精確、方便、快捷、經(jīng)濟的溫度測量方式越能

10、滿足工業(yè)與生活的需求。而基于虛擬儀器的溫度測量正是這樣一種高精度、方便、快捷、經(jīng)濟性價比高的溫度測量方式。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.21.2 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發(fā)展迅猛，美國國家儀器公司（National Instruments Corp.簡稱 NI）等一批廠商設計制造制造并推出了許多關于虛擬儀器技術的儀器產(chǎn)品。這方面的人才和技術也越來越重要，為了培養(yǎng)更多的這方面的人才，在美國一些大學已經(jīng)將虛擬儀器技術作為一門課程。 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

11、用接口總線、VXI 總線，以及已經(jīng)被 PC 機廣泛采用的 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），用以不同復雜程度的虛擬儀器自動檢測系統(tǒng)的組建。NI 公司也在發(fā)展虛擬儀器的專用總線系統(tǒng)，1997 年 9 月 1 日推出模塊化儀器的主流平臺 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 PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達到 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，其中最早和最具有影響力的開發(fā)軟件是 NI 公司的 LabVIEW

12、軟件和 Lab windows/CVI。LabVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件，編程簡單方便。其中 Lab windows/CVI 適用于 C 語言的開發(fā)人員，在 windows 環(huán)境下的標準 ANSIC 開發(fā)環(huán)境，除了上述開發(fā)軟件外 HP-VEE 和 HPTIG 平臺軟件， Ez-Test 和 Tek-TNS 軟件，以及 Snap-Master 平臺軟件，也是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺軟件1。在我國在虛擬實驗研究方面起步比較晚，相對于美國等國家有一定的差距，但近年來，隨著虛擬儀器在各個領域中的應用越來越廣泛，作用越來越大，我國的虛擬實驗的研究和開發(fā)也得到重視，近年來隨

13、著很多科研、學術、工程人員的研究，我們對虛擬儀表的研究成果顯著。隨著國內(nèi)外對虛擬儀表研究的深入，虛擬實驗技術已經(jīng)和很多技術相融合，如虛擬現(xiàn)實技術、計算機仿真技術、虛擬儀器技術、遠程實驗控制技術等，與時代相融合是發(fā)展的必然趨勢，技術的融合為我們提供了更多樣的實驗操作方式和實踐學習方法。虛擬儀器技術是本課題的基點，虛擬儀器研發(fā)相對容易，在實驗教學上實用性強，虛擬儀器可操作性好，是值得研究的3。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.2.21.2.2 虛擬儀器的發(fā)展趨勢虛擬儀器的發(fā)展趨勢現(xiàn)如今電子行業(yè)的發(fā)展越來越迅猛，已經(jīng)成為了當今社會的主流行業(yè)。在電子行業(yè)中電子測試占據(jù)著重要的地位，可以說是

14、電子行業(yè)的基礎。在某種意義上來說測試儀器的水平代表著電子技術發(fā)展的水平。電子技術在很多領域中都有應用，這就表明電子測試儀器也更多的被用于許多非電量的精密測試設備的如此測量,因此也可以說這些領域的發(fā)展狀況9，與時代的發(fā)展。虛擬儀器技術在測試行業(yè)已經(jīng)被普遍應用，如自動化、石油鉆探和提煉、生產(chǎn)中的機器控制等領域也有廣泛的應用。在虛擬儀器技術中對轉換器有比較高的要求，而高性能、低成本的 A/D 和D/A 轉換器的出現(xiàn)和發(fā)展無疑更進一步推動著虛擬儀器的發(fā)展。在硬件設計方面可以利用大量生產(chǎn)的芯片作為測量的前端組件，在軟件設計方面圖形化的數(shù)據(jù)流語言的 LabVIEW 可作為軟件平臺。硬件與軟件技術的發(fā)展也無

15、疑推動著虛擬儀器的發(fā)展。虛擬儀器的擴展功能也在不斷的發(fā)展， 例如 PC 測試程序的開發(fā)和嵌入式處理器和 FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)上硬件設計等。能夠在 PC 上這些為用戶設計測試系統(tǒng)，定義硬件功能等提供了一個獨立環(huán)境。隨著我國科技和工業(yè)水平的發(fā)展虛擬技術的應用將越來越廣泛。虛擬儀器的眾多優(yōu)勢勢必會讓其代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器額位置，隨著傳統(tǒng)儀器的淡出，虛擬儀器將會得到更廣泛的應用。1.31.3 論文的設計任務及主要工作論文的設計任務及主要工作1.3.11.3.1 設計任務設計任務本文主要設計一個 LabVIEW 軟件系統(tǒng)，能夠對溫度信號進行處理、運算、記錄，這些功能由虛擬儀表軟件完成。而測量溫度也必然需

16、要傳感器電路，也就是硬件電路，功能主要是完成溫度信號的采集和和轉換。計算機處理的電信號來自轉換器處理的物理信號，并以其強大的運算能力進行處理，繪制溫度曲線等。技術要求：（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，并且準確，穩(wěn)定。（3）能夠儲存數(shù)據(jù)、累加、超限報警。（4）能夠滿足不同的測量精度和測量范圍。（5）界面簡單，易于操作。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)1.3.21.3.2 論文完成的主要工作論文完成的主要工作（1）虛擬儀器溫度測量系統(tǒng)的背景、目的及意義研究。（2）溫度檢測系統(tǒng)總體設計采用 PC-DAQ 式虛擬儀器結構系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡選擇 PCI

17、-1710HG，軟件開發(fā)平臺選擇 LabVIEW。（3）LabVIEW 和 PCI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡的應用研究。 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)硬件設計 溫度傳感器的選擇及測量電路設計，A/D 功能的實現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集卡與計算機的連接。（5）系統(tǒng)軟件設計 設計系統(tǒng)軟件的功能，完成軟件開發(fā)。（6）系統(tǒng)測試與試驗結果分析精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.2. 虛擬儀器概述虛擬儀器概述2.12.1 虛擬儀器簡介虛擬儀器簡介2.1.12.1.1 虛擬儀器簡介虛擬儀器簡介虛擬技術、計

18、算機通信技術與網(wǎng)絡技術是信息技術的三大核心技術，虛擬儀器是虛擬技術的一個重要組成部分1。虛擬儀器的主要功能就是以計算機技術為基礎，利用計算機的軟件來代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器中的硬件，用虛擬的資源代替實際資源，節(jié)省了經(jīng)濟與資源，且有了更為精確的精度，既經(jīng)濟又實用且方便。虛擬儀器( Virtual Instrument; VI) 結合了計算機技術和傳統(tǒng)儀器技術，這種和則兩利的方式是時代發(fā)展的趨勢所在，這也必然是測量儀器的發(fā)展趨勢所在。隨著虛擬儀器技術在測控系統(tǒng)的廣泛使用，測控技術走向軟件化、圖形化的趨勢明顯，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，也大大降低了工程技術人員使用門檻“軟件

19、就是儀器”反映了其虛擬儀器技術的本質特征，Labview 及虛擬儀器技術同時為教學、實驗和科研提供了一個優(yōu)秀平臺，得到了國內(nèi)外許多科研機構及院校的認可7。虛擬儀器與計算機技術是密不可分的，虛擬儀器是基于計算機技術發(fā)展的，在具有虛擬儀器軟件的計算機上可以有一個為虛擬儀器設計的操作界面，可以方便操作。作為測試儀器, 虛擬儀器的軟件界面體現(xiàn)了很多的測試儀器的特性。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算機總線技術的發(fā)展和先進的元器件支持。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 Com

20、puter Data Acquisition)的簡稱，它是據(jù)采集系統(tǒng)中一種典型的虛擬儀器,它用計算機軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與處理，它的顯示與控制面板可以在計算機顯示器上實現(xiàn)4。DAQ儀器以微型計算機為平臺，配以總線，用于測量和測試功能的數(shù)據(jù)采集卡及計算機軟件，以實現(xiàn)測量和測試功能4。PC-DAQ 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最大特點是利用軟件代替儀器來實現(xiàn)一些功能，軟件是整個測試系統(tǒng)的核心,體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的特點,系統(tǒng)功能擴展性好,大大減少了測試設備。PC-DAQ式虛擬儀器具有靈活的功能且其通用性強與可精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)靠性很高，這種高性價比而且實用的虛擬儀器結構方案的應用非常廣泛。

21、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和計算機技術、網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展，正是這些技術在電子測量方面的應用使虛擬儀器單臺儀器逐步發(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是它不需要專門的微處理系統(tǒng)。硬件設計主要是儀器插板，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)秀技術成熟，可很好的與虛擬儀器配合使用。軟件設計可利用LabVIEW等虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)。這樣一來DAQ儀器設計的周期可以大大縮短。在DAQ儀器中，測試過程的控制可以最大限度地實現(xiàn)自動化，這在長時間連續(xù)測試和反復巡回檢測的應用場合特別有用，DAQ儀器可以方便地實現(xiàn)頻譜分

22、析、相關分析、傳遞函數(shù)分析及時間序列分析、模式識別等數(shù)據(jù)處理與分析功能18。利用計算機的已有資源，還可以方便地實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的永久存儲、數(shù)據(jù)壓縮、遠距離傳輸、打印等。DAQ儀器的測量過程，如量程選擇、開關選擇、數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理與顯示輸出等均可以由程序自動完成。測試過程可以采用人機交互式操作， 只要操作者熟悉一般PC的操作方法，即可方便地操作DAQ儀器。通常，DAQ儀器的操作可以通過鍵盤、鼠標、光筆和觸摸屏來完成。應用多媒體技術，還可以采用語音命令來實現(xiàn)操作18。2.22.2 LabVIEWLabVIEW 簡介簡介自1990年代以來，計算機技術在飛快的發(fā)展，所以許多技術都基于計算機技術有了新的

23、發(fā)展。其中虛擬儀器技術是代表之一，它是測量技術發(fā)展的一個成果，向著通用化、智能化和網(wǎng)絡化發(fā)展。在虛擬儀器中，硬件負責信號的采集與輸出，軟件才是儀器的根本所在，每個使用者都可以根據(jù)自己不同的需求對軟件進行方便的修改，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”這種說法。Labview 是由美國NI 公司開發(fā)的一種基于圖形化編程語言的虛擬儀器開發(fā)工具，是測量、測試和控制系統(tǒng)的開發(fā)工具。LabvIEw是當前流行的圖形化語言開發(fā)環(huán)境，是一種功能強大的編程語言(亦被稱為G語言) 8。它內(nèi)置信號采集、測量分析和數(shù)據(jù)顯示功能，集開發(fā)、調(diào)試、運行于一體，內(nèi)置幾乎所有的常用信號處理函數(shù)以及大量現(xiàn)代的高

24、級信號分析工具，而且以Lab-VIEW為平臺編寫的虛擬儀器應用程序可以容易地與硬件集成，同時也能連接到大多數(shù)通用數(shù)據(jù)庫鏈接，與幾乎所有的現(xiàn)場總線建立通信。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) LabVIEW的良好界面對數(shù)據(jù)采集可以進行有效控制，以及在LabVIEW里實時顯示數(shù)據(jù)。LabVIEW開發(fā)虛擬儀器支持的數(shù)據(jù)采集硬件往往價格比較昂貴，而以單片機為核心的多點溫度采集雖然硬件成本較低，但開發(fā)過程復雜，編程工作量大，周期長，效率低2。為提高系統(tǒng)的性價比，LabVIEW軟件設置了串口驅動程序用來實現(xiàn)串口功能，這樣就可以將采集到的數(shù)據(jù)傳送到計算機系統(tǒng)，以便在LabVIEW環(huán)境下對接收到的數(shù)據(jù)

25、進行處理。這樣使LabVIEW的功能得到了充分利用，又有單片機快速及靈活的特點，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，提高了效率。2.1.12.1.1 G G 語言簡介語言簡介G 語言是一種圖形化的程序語言，它的主要應用就是在 LabVIEW 中。VI 就在 LabVIEW 開發(fā)平臺編制的虛擬儀器程序稱的簡。這種語言在編程時不需要編譯程序代碼，而用程序流程圖編譯。它利用一些技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，所以，LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。它能使使用者構建科學和工程系統(tǒng)的能力提高，時儀器編程和數(shù)據(jù)采集更為方便快捷。使用它設計儀器、測試系統(tǒng)程序和原理研究時，能提高工作的效率。視為一

26、個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件語言，G 語言如今已經(jīng)被很廣泛的應用在工業(yè)、學術和研究實驗室等方面。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)置了便于應用 TCP/IP、ActiveX 等軟件標準的庫函數(shù)17。利用 G 語言編程有強大地功能和很強的靈活性，它使虛擬儀器的構建更加簡單，其圖形化編程方式也比其他枯燥的程序語句生動。LabVIEW 環(huán)境下的 G 語言由程序前面板、框圖程序和圖標/連接端口三個部分組成。其中程序前面板模擬真實儀表的前面板設計而成，用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量。程序框圖是對前面板功能的支持，用

27、 G 言語編寫，是虛擬儀器的關鍵技術。圖標是面板上的各種控制按鈕與顯示工具，能讓測量結果更直觀額顯示給用戶。G 語言圖形化的編程語言，讓熟悉各種儀器結構的人員很容易的編寫程序，就像設計傳統(tǒng)的電路圖一眼。對于初學者圖形化的形式更便于理解，使學習過程變的簡單生動。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)2.1.32.1.3 工作流程工作流程LabVIEW 編程時會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 軟件工作流程圖精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)過程參數(shù)傳感器信號調(diào)理傳感器傳感器傳感

28、器傳感器信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理信號調(diào)理接口采樣/保持定時與邏輯控制模數(shù)轉換計算機顯示器打印機3.3.硬件系統(tǒng)設計硬件系統(tǒng)設計3.13.1 基于計算機的檢測系統(tǒng)基于計算機的檢測系統(tǒng)基于計算機的檢測系統(tǒng)的組成部分有傳感器、信號調(diào)理電路、模擬多路開關、放大器、采樣/保持器、模數(shù)轉換器、計算機及外設等。模擬多路開關在計算機的軟硬件控制下依次切換，接通各路模擬輸入信號，同時采樣/保持器和模數(shù)轉換器也在計算機的控制下啟動，轉換后的數(shù)字信號被讀入計算機，達到了巡回數(shù)據(jù)采集的目的。圖 3-1 為基于計算機的檢測系統(tǒng)構成。 多路開關 放大器 數(shù)字信號 開關信號圖 3-1 基于計算機的檢測系統(tǒng)的組成（1）傳感器

29、在測量系統(tǒng)中被測參數(shù)經(jīng)常是非電量，但是計算機只能識別和處理電信號。兩者之間不能直接的進行數(shù)據(jù)處理，所以需要一個中間環(huán)節(jié)將兩者的信號統(tǒng)一，這樣才能完成計算和測量。傳感器正是這樣一種原件，他負責被測參數(shù)信息的拾取，將非電量轉換成電信號，然后才能做下一步的處理，實現(xiàn)了兩種不同量之間的轉換。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 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，機械力傳感器有壓敏傳感器、應變片等，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)轉換器輸出的這一段信號通道稱為模擬量輸入通道。（2）信號調(diào)理傳感器采集各種數(shù)據(jù)之后輸出信號，這些信號有很多不同的形式，主要分

30、為電量和非電量，這些信號的幅值與頻率也都是不同的。因為數(shù)據(jù)采集設備自能采集電壓信號，信號的范圍只有如、等幾種。這是傳感器傳送過來的一些費電呀信號就能直接被接受，所以這些信號要經(jīng)過一定的處理，而信號調(diào)理環(huán)節(jié)就是采集中傳感器和數(shù)據(jù)采集設備間的中間環(huán)節(jié)，它要將傳感器輸出的信號處理后傳送到采集設備中，使信號能夠傳遞。（3）放大器放大器的作用是對模擬信號進行幅度放大、阻抗匹配、噪聲抑制等預處理等。因為在實際應用中需要根據(jù)被測對象的特性選擇合適的傳感器來完成非電量的轉換，在一個采集任務中傳感器輸出的信號幅值經(jīng)常很小，而且會噪聲等干擾，這種信號很難直接進行數(shù)模轉換。這時就需要放大器對信號進行相應的處理。在幅

31、值太小不能直接進行數(shù)模轉換時，信號需經(jīng)過放大器放大后，變換成標準電壓信號，如 05V、010V、-55V 等，放大后的信號就可以在數(shù)模轉換環(huán)節(jié)中轉換。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、測量放大器和隔離放大器等可以抑制輸入信號的工頻、靜電和電磁耦合等共模干擾，斬波穩(wěn)零運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)量級的輸入電壓都具有最佳變換。（4）模擬多路開關模擬多回路開關是為了在要求高速的的場合實現(xiàn)多回路檢測功能，就是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對對多個物理量進行采集，低速的數(shù)模轉換器在實現(xiàn)這一功能時十分復雜，而在模擬多路開關中就可以很簡

32、單的完成。模擬多路開關可以在不同的時間選擇一個時間將多個通道中的一個通道選通，這樣轉換器中只有一路信號輸入，使轉換器工作不會出現(xiàn)很大誤差。因此一套如采樣/保持電路、模數(shù)轉換器及處理電路等多路開關后的單元電路就能完成多回路檢測，這使成本大大大的降低，設備也相對簡單。在多路開關中有 2N個模擬輸入端，N 個通道選擇端，選通信號控制選擇其通道開關閉合，使想要的模擬輸入端與多路開關的輸出端相通，使該路模擬信號通過。如果設計要求以固定的序列周期閉合各個開關，就要按一定規(guī)律改變選精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)通信號，這樣模數(shù)轉換器分時復用可以構成的周期性分組的分時復用輸出信號對各通道模擬信號進

33、行轉換。（5）采樣/保持器因為在對模擬信號進行模數(shù)轉換需要一些轉換時間，在轉換時要保持信號不變，變動的信號會使轉換精度出現(xiàn)很大偏差。實時采集的信號總是在變化，尤其是在信號頻率高時，轉換偏差更多。在模數(shù)轉換器之前加入采樣/保持器可以保證模數(shù)轉換精度。采樣/保持器可以利用邏輯信號保持模擬輸出信號的瞬態(tài)值，這樣就給了模數(shù)轉換足夠額轉換時間。采樣/保持器以電容為儲存原件保存邏輯信號值。在模擬多路每個通道開關之前添加采樣/保持電路，也可實現(xiàn)對瞬時信號進行同時采樣。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)轉換器模數(shù)轉換器的主要功能是把模擬信號轉換為數(shù)字信號。在系統(tǒng)中采樣保持器輸出的信號時

34、模擬信號，而計算機只能處理數(shù)字信號，所以他們之間要加入模數(shù)轉換器對信號進行轉換。它是模擬輸入通道的關鍵環(huán)節(jié)，會很大程度上影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣速率和精度。 模數(shù)轉換器的種類有很多，能應對輸入信號變化速度不同時系統(tǒng)對分辨力、精度、轉換速率及成本等要求。在早期，設計人員要自己設計采樣/保持器與模數(shù)轉換器，目前由于集成電路的高度發(fā)展，可以把它集成到單片機等器件上，這樣也為系統(tǒng)設計提供了很大的方便。當被測信號變化頻率較高時，例如微型計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模數(shù)轉換器被共用，巡回采集多路模擬信號的數(shù)據(jù)，此時就需要采用逐次逼近型模數(shù)轉換器這種轉換速度較高的模數(shù)轉換器。（7）定時與邏輯控制電路因為不合適的定時會影

35、響系統(tǒng)的精確度，所以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中對器件的定時關系要求比較嚴格，需要一個電路來控制數(shù)據(jù)。定時與邏輯控制電路中定時電路負責按照各個器件的工作次序產(chǎn)生各種時序信號，而邏輯控制電路負責依據(jù)時序信號產(chǎn)生各種邏輯控制信號。（8）接口電路輸入接口電路將從傳感器送到計算機的信號進行必要的整形或者電平轉換。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)采集設備的數(shù)字 I/O 直接控制電磁閥、繼電器、電機等外設。（9）計算機與外設精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)計算機和外設負責對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作進行管理和控制，同時還具有顯示、打印、報警、制表等功能。計算機是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的

36、核心，它能按照預先安排好的程序，對輸入信號自動進行信息處理、分析、計算，并做出相應的控制決策。然后通過輸出通道發(fā)出控制命令信息來控制被控對象進行工作。標準外設主要有三類：輸入設備、輸出設備和外部存儲器。3.23.2 系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)硬件組成本文溫度檢測系統(tǒng)的設計主要使用熱電阻，硬件檢測系統(tǒng)組成如圖 3-2 所示。圖 3-2 溫度檢測系統(tǒng)硬件組成其中，溫度檢測傳感器選用熱電阻，信號調(diào)理由變送器完成，模擬多路開關、放大器、采樣/保持器和模數(shù)轉換器的功能由數(shù)據(jù)采集卡完成。PCI-1710HG 多功能數(shù)據(jù)采集卡插到 PC 機中的 PCI 插槽中，并通過 PCL-10168 數(shù)據(jù)線纜與PCLD-8710

37、 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 熱電阻精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)熱電阻的工作原理是根據(jù)導體隨溫度變化特性，根據(jù)不同溫度的不同性能來測試溫度。這種電阻對材料有很高的要求，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系。其材料要求常用的熱電阻有鉑電阻(650以內(nèi))和銅電阻(150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管內(nèi)構成。在 0650以內(nèi)，它的電阻 Rt 與溫度 t 的關系為：Rt=Ro(1+At+Bt2

38、)，式中： Ro 系溫度為 0時的電阻值(本實驗的鉑電阻Ro100)。A3.9684103，B5.8471072 8 。鉑電阻測量溫度時一般采用三線制，其中一端接一根引線，另一端接二根引線，主要為遠距離測量消除引線電阻對橋臂的影響，近距離測量時可用二線制，導線電阻忽略不計。3.43.4 溫度變送器溫度變送器在本文的設計中，信號調(diào)理的功能由溫度變送器來完成，選用 AI-708 人工智能調(diào)節(jié)器，如圖 3-4 所示。溫度變送器將電阻信號轉換成 420mA 直流電流輸出，再通過跨接 250 歐姆電阻，可轉換成數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)能接收的 15V 直流電壓信號。圖 3-4 AI-708AI-708 是一種具備

39、0.2 級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）的輸入可以設置其參數(shù)。它有很多功能和很廣泛的應用，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、負偏差等報警等，主要應用適合作高精度測量顯示、變送、位式調(diào)節(jié)或報警等用途，它具有可編程模塊化輸出，支持時間比例（繼電器觸點開關、SSR 電壓、可控硅無觸點開關及單相/三相可控硅過零觸發(fā)信號等）和線性電流（包括 0-10mA 及 4-20mA）等多種輸出方式11。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)3.53.5 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

40、多功能模塊，而在總體上能夠實現(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、采樣/保持器、程控放大器、A/D 和 D/A 轉換器、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用電路。本文選用研華 PCI-1710HG 數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)計算機檢測系統(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。PCI-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具有常用的測量和控制

41、功能，如：12位AD轉換、DA轉換、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出及計數(shù)器定時器功能。PCI一1710HG支持即插即用，能自動默認地址和中斷號都，免去了手工設置地址和中斷號的跳線，使用簡單方便。圖 3-5 PCI-1710HG 及其配套產(chǎn)品精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.4. LabVIEWLabVIEW 軟件模塊設計軟件模塊設計4.14.1 前面板設計前面板設計軟件主要完成對數(shù)據(jù)的采集與記錄，硬件電路傳過來的溫度信號可以通過軟件進行記錄與分析。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)不同的需求進行相應的調(diào)整，相對傳統(tǒng)硬件儀表更經(jīng)濟更方便。本系統(tǒng)的軟件設計可以連

42、續(xù)的記錄與處理溫度信號，以溫度為縱軸時間為橫軸繪出溫度時間曲線，溫度與時間軸都可以根據(jù)用戶需求做相應的調(diào)整。軟件可以顯示溫度的當前值、平均值、最大最小值和累加值，同時也可以記錄測量個數(shù)，設置溫度上限值與下限值并設置提示燈，以便在溫度達到上下限時用戶可以直觀發(fā)現(xiàn)。這些數(shù)值都會在前面板下方以數(shù)值方式顯示。用戶前面板如圖 4-1 所示。圖 4-1 軟件前面板精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)4.24.2 程序框圖設計程序框圖設計4.2.14.2.1 系統(tǒng)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直觀觀察數(shù)據(jù)的平臺，LabVIEW 除了前面板還需要系統(tǒng)程序框圖。程序框圖是一個虛擬儀表

43、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)功能模塊設計說明功能模塊設計說明4.2.2.1 .采集卡選擇部分采集卡選擇部分圖 4-3 采集卡選擇程序精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)SELECT DEVICE 是選擇設備程序，選定設備之后由 deiver open 打開設備。SELECT Channel 和 SELECT Gain 分別是選擇頻道彈出和獲取彈出選擇。信號在經(jīng)過 AIConfig 轉換過后輸入下一環(huán)節(jié)。1. DeviceOpen 功能：開啟數(shù)據(jù)采集卡Input: DevNum 為給

44、定的卡編號。Outputs: 1. DevHandle 是卡開啟后電腦給卡的編號。2.error out開啟過程中錯誤信息輸出。（輸入，輸出由上到下依次為1,2,3，下同）2. AIConfig.vi功能：設定單AD轉換的參數(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. error in 由DeviceOpen 而，說明同前。 圖4-4 為vi前面板 圖4-4 VI前面板精選優(yōu)質文檔-傾情

45、為你奉上專心-專注-專業(yè)Outputs: 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 將輸入端所設定的Chain&Gain 傳到其他函數(shù)。3. error out 設定過程中錯誤信息輸出。4.2.2.24.2.2.2 當前值和溫度曲線顯示部分當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轉換過后信號變成數(shù)字信號，進過運算和放大分別輸入到當前值和溫度曲線。同時對數(shù)據(jù)進行累加。1. AIVoltageIn.vi功能：讀取進入裝換器信號的電壓值。I

46、nputs: 1. DevHandle 從AIConfig 而。2. Chain&Gain 從AIConfig 而，代表此轉換器工作模式的設定。3. TrigMode 無符號整數(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，說明同前。Outputs: 1. DevHandle 說明同前。2. Voltage 是這個裝換器AD 之后所得到的信號福特值。3. error out 讀取過程中錯誤信號輸出。4.2.2.34.2.2.3 上下限模塊上下限模塊 如圖4-6為上下限模塊程序圖精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)圖4-6 溫度上下限程

47、序程序中設定溫度的上限和下限，當溫度不在這個范圍內(nèi)時指示燈會由綠色變成紅色，上限燈亮說明溫度過高，下線燈亮說明溫度過低。上限與下限的值都可以在圖中上限值，下限值處修改，其大小也會在前面板顯示。經(jīng)過變換處理后的信號會與設置好的上下限數(shù)值進行比較，溫度信號小于上限信號輸入到信號燈為真，信號燈為綠，反之為紅色，也就是溫度超過上限值。溫度信號大于下線信號輸入到下線信號等的值為真，信號燈為綠，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，當按下停止按鈕后系統(tǒng)停止工作。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)結論結論以 La

48、bVIEW 軟件為平臺，利用熱電偶測量方法的溫度測量系統(tǒng)相對于傳統(tǒng)的溫度測量系統(tǒng)使用簡單、體積小、靈敏度高、響應時間短、抗干擾能力強等特點。是傳感器技術與虛擬儀器技術結合應用實踐。因為 LabVIEW 軟件的使用，可以在計算機上實時的監(jiān)控測量溫度，使工作條件得到了優(yōu)化。同時也提高了測量的精度，節(jié)約了時間，降低了成本?；谔摂M儀器的溫度測量系統(tǒng)也有很好的拓展性，因為是軟件設計所以可以隨時根據(jù)不同的要求而對系統(tǒng)進行設計。實現(xiàn)不同用戶的不同需求的操作，可以實現(xiàn)遠程控制等。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)致謝致謝經(jīng)過幾個月來的研究與學習終于將本篇論文完成，其中離不開指導老師和眾多同學的幫助。

49、感謝指導老師對于各種理論知識還有軟件應用的講解，如果沒有您的幫助僅憑我一個人是完成不了本論文的。也感謝各位同學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)。當然論文能順利完成也離不開前人的研究基礎，正是有了你們的成果我才能通過各種資料與文獻完成自己的設計想法。同樣感謝的還有四年來我的各位老師，正是在你們哪里學到的各種知識讓我有了完成本論文的知識沉淀。總之謝謝各位，謝謝你們對我的幫助。精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)參考文獻參考文獻1 林輝,郭艷珠. 基于 LABWIEW 的測溫系統(tǒng)設計J. 電子設計工程,2010，18(8）:79-80.2 邵梅,張桂香 等基于 PCI

50、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.2-3.3 舒劍，葉英植. 基于 USB 接口的集成數(shù)字溫度檢測儀設計J. 國外電子測量技術 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. 安科技學院報，2010(21):2-3.5 盧佳，徐熙平. LabVIEW環(huán)境下自動溫度檢測系統(tǒng)的研究J.電子測量技術，2011（9）：80-82.6 張麗娜，姜新華，李紅巖.基于LabWIEW的多點溫度檢測系統(tǒng)控制J.內(nèi)蒙古大學學報，2010（4）：386-388.7小燕，樊利軍.基于Labview的溫度檢測報警系統(tǒng)J.北京工職業(yè)技

51、術學院學報，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系統(tǒng)設計J.傳感技術學報，2010,3（23-3）：311-313.9郭丹.基于虛擬儀器的多點溫度檢測J.北京聯(lián)合大學學報，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.電子設計工程, 2012：18-20.11 楊琪文，陳劍橋.基于LabWIEW的溫度參數(shù)測試系統(tǒng)設計J.儀表技術與傳感器，2009，（10），67-6

52、8.12 沈才忠，周連琴.基于虛擬儀器技術的高精度溫度儀J.儀表技術與傳感器，2009，（7），30-32.13 何巍.基于虛擬儀表的溫度測量系統(tǒng)J.山西電子技術，2011，（4），8-9.精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)14 王世明，王芳. 基于虛擬儀器的溫度測試系統(tǒng)的開發(fā)J.2009,27(21)，2-4.15 江偉,齊曰霞,袁芳 等. 基于虛擬儀器平臺溫度控制系統(tǒng)的設計J.傳感器與儀表，2008，24（8），163-165.16 李訓文. 基于虛擬儀器技術的溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計J.微計算機信息，2012，28（5）.40-42.17 戴國平，基于 LabVIEW 的太陽能沼氣發(fā)

53、電工程無線監(jiān)測系統(tǒng)的研究D, 2011 江蘇大學18 喻浩，基于 PC_DAQ 的航空瞄準具測試儀J,科技廣場，2010,9. 141-144.精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)附錄 1 英文文獻翻譯一英文原文一英文原文Virtual Instruments Based on Reconfigurable Logic精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)二漢語翻譯二漢語翻譯基于虛擬儀器的可重構邏輯基于虛擬儀器的可重構邏輯1、虛擬儀器的產(chǎn)生背景今天，我們是在一

54、個高度發(fā)達的信息社會，這需要在有限的時間和空間來實現(xiàn)大量的信息交流，必然帶來信息密度的迅速增加，需要有更快的速度和更強大的功能，信息電子系統(tǒng)處理。一方面，電子技術的發(fā)展和市場需求的客觀測試儀器自動化和靈活的方向發(fā)展，另一方面，電子技術和市場的發(fā)展，也使虛擬儀器。在這種情況下，微型計算機基礎上的虛擬儀器逐漸成為現(xiàn)實，它的出現(xiàn)和廣泛使用為測試系統(tǒng)的設計提供了一個很好的模型，并讓工程師更加強大和靈活的測量和控制。2 虛擬儀器的概念虛擬儀器（虛擬儀器，簡稱為 VI）的概念被首次提出在 20 世紀 80 年代由美國國家儀器公司（NI）。虛擬儀器是計算機設備的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于通用計算機為核心的硬件平臺

55、上，由用戶定義的虛擬前面板，測試功能由計算機執(zhí)行的測試軟件。其核心思想是利用強大的計算機資源，否則將需要硬件，軟件技術，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)的基于硬件的測試系統(tǒng)，以軟件為中心的測試系統(tǒng)。虛擬儀器的出現(xiàn)是一場革命的歷史文書，它代表了最新的發(fā)展方向和趨勢的儀器，科學技術和工業(yè)生產(chǎn)進度的發(fā)展產(chǎn)生了不可估量的影響。虛擬儀器具有許多優(yōu)勢，如高性能，可擴展性強，開發(fā)時間短和無縫集成。3. 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺LABVIEW 簡介及其優(yōu)勢LabVIEW 是實驗室虛擬儀器工程工作臺，它是一個強大而靈活的儀器和分析應用程序的開發(fā)工具，由 NI（美國國家儀器）創(chuàng)建 LabVIEW 是一種圖形化編程語言，主要用于開