虛擬儀器技術課程設計(共13頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上安徽建筑大學課程設計課程名稱 虛擬儀器技術 課題名稱 溫度采集系統(tǒng)設計 專業(yè)班級 xxx 姓 名 xxx 學 號 xxx 指導教師 xxx 2013年12月30專心-專注-專業(yè)目 錄一、摘要二、引言三、一、摘要虛擬儀器是計算機技術和儀器測量技術相結合的產物，它充分利用計算機強大的運算處理功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數據處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。本文利用虛擬儀器平臺，通過編寫Labview 軟件對溫度進行測量，可以減少硬件的重復開發(fā)，有利于系統(tǒng)的維護，也便于系統(tǒng)軟件升級。：利用圖形化可視虛擬儀器應用軟件labview作為溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)平臺,通過數據采集卡與P

2、C機構成一個功能強大的虛擬儀器,實現對溫度的采集、顯示、監(jiān)測、報警等功能。利用虛擬儀器技術不僅簡化了系統(tǒng)硬件,軟件實現也很方便,同時圖形化的顯示使結果更直觀、準確,并給出了模擬的系統(tǒng)程序關鍵詞：溫度、采集、虛擬儀器技術、labview。二、引言隨著人們生活水平的不斷提高,測量控制自動化無疑是人們追求的目標之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。利用LABVIEW在測控領域中具有十分廣泛的應用，它既可以測量電信號，又可以測量溫度濕度等非電信號。本次設計用LABVIEW進行溫度采集，沒有用到溫度傳感器，在這作者用模擬的進行溫度采集，在LABVIEW里面用一個隨機數代替了采集到的溫度，通過控制它的上

3、限溫度，和下限溫度采集在這個溫度區(qū)間的數值，在這個數值區(qū)間之外就報警，反之就采集。時下，家用電器和辦公設備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關，在工業(yè)生產過程中需要實時測量溫度，在農業(yè)生產中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。由于數據采集系統(tǒng)的應用范圍越來越寬、所涉及到的測量信號和信號源的類型越來越多、對測量的要求也越來越高，國內現在已有不少數據測量和采集的系統(tǒng)，但很多系統(tǒng)存在功能單一、采集通道少、采集速率低、操作復雜，并且對測試環(huán)境要求較高等問題。人們需要一種應用范圍廣、性價比高的數據采集系統(tǒng)。我們這次的設計只是用LABVIE

4、W進行設計一個簡單的能進行溫度采集控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括了開始采集，暫停采集，設置采集上限溫度和下限溫度，華氏和攝氏溫度顯示，是一個簡單的基于LABVIEW的系統(tǒng)。三、虛擬儀器簡介1.概述。虛擬儀器是在以計算機為核心的硬件平臺上, 其功能由用戶設計和定義, 具有虛擬面板, 其測試功能由測試軟件實現的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板, 以多種形式表達輸出檢測結果; 利用計算機強大的軟件功能實現信號數據的運算、分析和處理; 利用I /O 接口設備完成信號的采集與調理, 從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標或鍵盤操作虛擬面板,

5、就如同使用一臺專用測量儀器一樣 。2.虛擬儀器的結構根據I/O接口硬件設備的不同, 虛擬儀器可以分為多種類型, 本文采用的是基于串口的虛擬儀器測試系統(tǒng), 它以串行總線設備與計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng), 其結構圖如圖1所示。四、確定并分析系統(tǒng)設計要求溫度采集系統(tǒng)概要如下：A) 設置溫度采集數以及采集的速度。B) 通過判斷溫度是否在設置的范圍內，進行報警和不報警處理：如果超出溫度范圍，虛擬面板的LED燈亮，同時報警次數+1；反之則不亮，報警次數不變。C) 采集的溫度數據需要同時通過兩種方式顯示：(1) 可通過虛擬面板的波形圖顯示；(2) 可通過表格顯示。其中表格中數據要求有采集時間。D

6、) 同時在虛擬面板上，需要有：(1) 當前時間顯示；(2)采集開始按鍵、采集停止按鍵、暫停按鍵等操作按鍵；(3)攝氏度和華氏度兩種顯示。為了設計方便，本設計用一個隨機數據來代替溫度傳感器測試電路產生的電壓輸出。五、設計方案1前面板控件組成此溫度采集系統(tǒng)包含：4個按鈕：開始采集、暫停、清除警報和停止采集。4個數值輸入控件：上限溫度、下限溫度、采集點數和采集間隔。4個顯示控件：溫度計、LED報警燈、顯示溫度數值的顯示控件和顯示報警次數的顯示控件。1個波形圖表(實時顯示溫度波形)。1個Express表格(每當采集一個溫度就會顯示出時間和溫度數值)。前面板如下圖所示：2.程序框圖程序運行后執(zhí)行2個步驟

7、即程序結束：第一步，必須保證溫度采集系統(tǒng)并未開始執(zhí)行，必須由按鈕“開始采集”觸發(fā)后執(zhí)行采集數據。第二步，在這一步中，包含2個同步事件，分別有暫停事件、停止采集事件。1）停止采集事件：當按下“停止采集”按鈕，無論其它情況，必須程序第二步結束。2）暫停事件：當按下“暫?！卑粹o，采集卡必須停止收集數據，同時波形圖表和Express表格也不再動態(tài)顯示，各顯示控件也將保持暫停前狀態(tài)直至釋放“暫?！卑粹o恢復原態(tài)。第二步中還包含有當采集數據數達到預給的采集點數時，程序自主停止結束。綜上，得出如下主流程框圖：3.軟件設計第一步：這個步驟主要服務按鈕“開始采集”，所以當按鈕未觸發(fā)的條件下，應使主程序始終停留在主

8、程序順序結構中的第一幀，所以這里采用一個while循環(huán)，循環(huán)體便是按鈕“開始采集”接在此while循環(huán)的條件接線端上。當按鈕未觸發(fā)，則主程序始終停留在這一幀。當按鈕觸發(fā)，while循環(huán)結束，這一幀執(zhí)行結束，進入下一幀，即第二步。程序框圖如下圖所示：第二步：此步包含2個大體事件：停止采集和暫停。2個事件是同步的，即各自獨立運行，互不干擾，但卻對第二步程序運行的結果有著意義。同第一步，要保持順序結構的第二幀不在條件不滿足的條件下執(zhí)行結束，也要在第二幀執(zhí)行后進入一個while循環(huán)，在這個while循環(huán)中執(zhí)行第二步的程序，直到滿足程序結束條件時退出while循環(huán)結束第二幀，并退出主程序。溫度計、溫度值

9、、Express表格和波形圖表a溫度為了設計方便，本設計用一個隨機數據來代替溫度傳感器測試電路產生的電壓輸出。這里生成一個-50250的隨機數來表示溫度。同時還有扭轉開關去表示是攝氏度還是華氏度。攝氏與華氏的轉換公式如下：華氏 = 攝氏*9/5 + 32；隨機溫度值設計如下：bExpress表格將每次產生的溫度值送入表格顯示，在前面板創(chuàng)建一個Express表格，然后再程序框圖中將溫度送出的值送到表格的信號接點即可，如下圖所示：為了能顯示溫度值收集到時的時間值，可選擇表格屬性，勾選包含時間數據項，如下圖：c波形圖表將數據實時顯示到波形圖中，這里采用的方法如下所述：由于執(zhí)行第二幀即進入了一個大wh

10、ile循環(huán)結構，在這個循環(huán)體中再放一個for循環(huán)，由于溫度值是單個數據，進入波形圖必須是數組格式數據信號，則將采集溫度放置到這個for循環(huán)中，溫度值輸出到for循環(huán)外的波形圖中，如此便構成了數組格式數據到波形圖。再者，要實現實時顯示，必須滿足采集數據越少越好，才能更快的顯示到波形圖中，如果數據過多，則只能等到這一組數據采集完了才能顯示，如此便有失實時一意，如此，此for循環(huán)僅執(zhí)行一次，也就是每采集一個數據便顯示到波形圖中。程序如下：d日期時間和采集間隔顯示時間即在程序中獲取當前時間字符串，輸出到一個字符串顯示控件即可，如下圖：采集間隔由用戶自定義，即給溫度采集設定一個采集間隔時間，在循環(huán)中加入

11、一個定時即可，定時時間由采集間隔輸入控件給出，如下圖：e報警燈與報警次數當采集到的溫度值大于上限溫度值或小于下限溫度值時，報警燈要亮燈示警，同時報警次數自動加1；否則滅燈，報警次數不變。這里采用一個條件結構，當滿足報警條件則執(zhí)行條件為真的程序即自動加1，不滿足則執(zhí)行條件為假程序。并且報警次數通過主while循環(huán)的移位寄存器來記錄，并傳給for循環(huán)。在for循環(huán)中，報警次數傳給自動加1或不變的條件結構前有一個“清除警報”的條件結構，當按鈕“清除警報”未觸發(fā)時，即條件為假程序中將while循環(huán)移位寄存器的值不做任何改變傳遞給自動加1程序結構，而當按鈕“清除警報”觸發(fā)時，即條件為真程序中將while

12、循環(huán)移位寄存器的值清零處理后傳給自動加1程序結構。程序如下：f暫停操作當“暫?！卑粹o觸發(fā)時，主while循環(huán)不執(zhí)行任何程序即空程序，而未觸發(fā)時，則執(zhí)行溫度采集程序等其他操作，因此，按鈕“暫停”指向一個條件結構，條件真時為空程序，條件假時包含上一小節(jié)的for程序。同時，整個系統(tǒng)的采集數據個數也交給這個“暫停”操作和主while循環(huán)完成計數。即主while循環(huán)添加一個移位寄存器，在沒有暫停時，對于寄存器中的值沒執(zhí)行一次while循環(huán)就自動加1，而在暫停時，對寄存器中的值不做任何修改，如此便可得到真正采集到的數據個數。程序如下圖：g程序結束1） 當采集個數與用戶自定義的采集點數相等時，程序要結束。2

13、） 當按鈕“停止采集”觸發(fā)時，程序要結束。綜上，兩個條件為任一滿足時都要結束程序，所以兩個信號相或，或后的信號輸出到主while循環(huán)的條件接線端即可。程序如下圖：4.調試調試主要是檢測設計系統(tǒng)是否能完成任務要求的功能。首先讓系統(tǒng)自動連續(xù)運行，在設置里面設置上限溫度為10，下限溫度為100采集數量為10個，采集間隔兩秒，點擊開始采集，系統(tǒng)顯示圖如下：圖十一 系統(tǒng)調試圖從調試的圖中可以查看到采集的十個數種有八個在10度到100度之外，所以報警八次，而從采樣數據顯示的八個數中的確有八個數不在采集溫度區(qū)間之內。重新設置采集參數，實驗三次，結果一致，所以可以的出這次的采集系統(tǒng)設計很成功。六、心得體會第一

14、次接觸LabVIEW 語言，看到它的圖形化的語言確實有一些驚奇，想不到編程語言如此復雜，竟然還有這么一種全部是圖形編輯的程序編輯軟件，真是對編程人員來說無疑是一大福音?。∮谑?，哥兒幾個就下定決心學好它，因為它有好幾點我們從來沒有體會過的好處：第一，圖形化的語言，只要你知道它的每一個圖標和各種內置的函數是表達怎么樣一個意思，你就會用它簡單快捷的實現你所要實現的功能；第二，很多硬件的東西可以用LabVIEW的內置各種函數來代替，不僅大大節(jié)省了很多外部的各種電路元件，而且利用電腦的CPU高速處理系統(tǒng)，讓我們面對更加復雜的控制任務時更加從容，而不是局限于單片機系統(tǒng)有限的處理速度和片內資源；第三，用戶可以根據自己的需要定義和制造各種儀器，LabVIEW的強大之處正在于此，把各種的儀器都在電腦上虛擬化了，讓我們的工作更加方便。在制作課程設計的過程中，感覺自己的知識還是太有限了，還要繼續(xù)學習，因為它對我們以后的學習和工作太有幫助了，因為