基于labview的温湿度监测系统.docx

毕业设计（论文）基于labview的粮仓温湿度检测系统院 别控制工程学院专业名称 测控技术与仪器班级学号 5090914学生姓名 廖訢凯指导教师 宋爱娟2013年6月13日 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 ii 页基于labview的温湿度检测系统摘 要随着科技的不断发展，测控技术愈加的自动化，智能化，数字化和网络化。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向，美国ni公司研制开发的labview虚拟仪器具有强大的数据处理能力，拥有良好的人机设计界面，能够充分发挥计算机的功能，可以创造出功能强大的仪器，实现普通仪器所不能实现的功能。随着气象事业的逐步发展，气象要素的数据测量也步入自动化。温度和湿度是两个重要环境参数，直接影响到粮食的储存，因此有必要对其进行时时的检测，本设计借助虚拟仪器技术的易开发、灵活性强和使用方便等优点，将其和传统测量系统结合起来，基于labview 软件设计出可以采集多路温度和多路湿度信号的温湿度检测系统，具有温湿度数据显示、波形显示、温湿度超限报警等功能，并且操作简单。本系统采用温湿度传感器，将所采集到的温度和湿度，经过变换，转换成电压信号送入数据采集卡中，再通过rs-485接入计算机中，在计算机软件的支持下，完成自动采集自动处理等功能。关键词：labview，温湿度，检测the detection system based on labview of the temperature and humidity author：li ao xinkai tutor：song aijuanabstractwith the continuous development of science and technology, measurement and control technology increasingly automation, intelligent, digital and network. the closely combining of instrument and computer is currently an important direction，the labview which united states ni company research and develop has the powerful data processing ability, have a good man-machine interface design, can give full play to the function of the computer, can create a powerful instrument, realize functions that common instrument cant.with the gradual development of the meteorological service, meteorological data measurement also into automation. temperature and humidity are two important environmental parameter, directly affect the food store, therefore it is necessary to carry out their every test, this design by means of the virtual instrument technology is easy development, flexibility and easy to use, and we combine it and the traditional measurement . based on labview software designed temperature and humidity detection system with temperature and humidity data display, waveform display, temperature and humidity transfinite alarm, and other functions, which can acquisite multichannel temperature signal and multiple humidity signal and is easy to operate.the system which uses the temperature and humidity sensor, will convert the temperature and humidity signal collected into a voltage signal and sent it to the data acquisition card.key words: labview, temperature and humidity, detection 东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 39 页目 录1 绪 论22 系统总体方案设计52.1系统功能52.2 系统组成框图63下位机设计73.1 器件的选择73.1.1 ds18b20温度传感器73.1.2. 湿度传感器hs1101介绍143.1.3数据采集卡153.1.4 rs-485接口183.2设计思路203.3调理电路设计214上位机程序设计224.1登陆界面224.2 基于labview的数据采集及存储234.3超限报警275程序的调试305.1 程序的运行305.2程序调试技术30致 谢32参考文献331 绪 论1.1 设计的背景及目的伴随着以计算机和网络为代表的信息技术的快速发展，基于计算机软件平台的测量系统被广泛应用于各行各业中，“软件就是仪器”的思想得到广泛的认同和实践。美国国家仪器公司(national instruments,ni)提供的虚拟仪器程序设计语言labview，已经成为开发测量控制系统的重要工具，在各个领域得到了普遍的应用【1】。 虚拟仪器的主要特点有：尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件；可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能强大的仪器；用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器，并且购置费用低、可重复利用；技术更新非常快、开发与维护费用较低、系统开放、方便与外设、网络连接。随着气象事业的逐步发展，气象要素的数据测量也步入自动化。传统的气象要素测量系统体积庞大，所需要的硬件设备较多，使用时受人员、地点、空间等诸多因素的影响较大。而且这类测量系统和传统仪器一样，功能、作用都由生产商在生产时定义好，一旦成型，用户就无法在使用过程中根据自身的需要对仪器的功能和作用进行重新定义。而如果借助虚拟仪器技术的易开发、灵活性强和使用方便等优点，将其和传统测量系统结合起来，来完成气象要素的数据采集和处理功能，还可以根据用户自身的需要来对系统的功能和作用进行自我定义和修改，节省了大量的人力、物力，使得对于气象要素的数据采集和处理变得更加简单、方便。粮食在存储期间，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，粮仓内的温度或湿度会发生异常，这极易造成粮食的腐烂或发生虫害。同时粮仓中粮食储存质量还受到粮仓中气体、微生物以及其他虫害等因素的影响。为保证粮食仓库具有一个正常的温湿环境，有必要对仓内温度，包括粮食里面的温湿度进行监测，所以设计出一个简单方便的温湿度检测系统具有十分重要的意义。1.2 研究现状20世纪70年代，因为个人电脑技术的出现，人们开始考虑用电报来处理传统仪器测试的数据，同时gpib技术也发展起来，促进了ieee488.2标准的诞生；20世纪80年代，随着计算机技术进一步发展，计算机主板上有多个扩展槽，并出现了插在计算机里的数据采集卡，这样的系统已经可以进行一些简单的数据采集工作，将采集到的数据直接由计算机软件进行处理，这就是虚拟仪器技术的雏形；20世纪90年代，计算机总线速度进一步提高，pci总显得数据传输速率达到了132mbps，1996年底，ni在pci数据总线的基础上提出了第一代pxi(pci extensions for instrumentation )系统的技术规范。到21世纪初，全球已有超过25000用户在使用虚拟仪器技术，其中不乏国际知名的大公司，像nokia、simens、tektronix等。在世界财富500强中的制造业厂商，95%都采用了虚拟仪器技术。虚拟仪器在国内外发展都很快，以美国ni公司为代表的很多企业都已已经推出了基于虚拟仪器设计的仪器产品。同时在国内外虚拟仪器都是相关理工科大学生的必须要学习的一门课。近几年来，世界各大虚拟仪器公司开发了很多虚拟仪器开发平台软件，供使用者组建适合自己的虚拟仪器以及测试系统。其中尤其以美国ni公司的labview和labwindows/cvi开发最早且最具影响力。labview采用的是图形化编程方案，是非常实用的开发软件；labwindows/cvi是采用c语言进行编程的、在windows环境下的标准ansic开发软件。除了上述几种软件，还有美国hp公司开发的h-vee和hptig软件，美国tektronix公司开发的ez-test和tek-tns软件，以及美国 hem data公司开发的sanp-master软件，都是国际上公认的非常优秀虚拟仪器开发软件。当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括gpib通用接口总线、传统的rs-232串行总线、rs-485串行总线、vxi总线，以及usb总线等。世界各国的公司，特别是美国的ni公司，为了使虚拟仪器能适应各种总线的配置，开发了大量的软件和适应要求的硬件，从而可以使使用者灵活地组建各种各样的不同复杂程度的虚拟仪器自动测控系统。虚拟仪器的开发公司，在测量结果的数据处理、表达模式及其变换方面不断地改革和创新，发布了各种软件，建立了开发工具库和数据处理的高级分析库，进一步扩大了虚拟仪器的功能。随着微型计算机技术的发展，虚拟仪器将逐步取代传统仪器而成为测试仪器的主流。据专家预测，到2015年我国有70%的仪器为虚拟仪器。虚拟仪器将在航天、通信、医疗、电力、石油、铁路等行业普及及应用。1.3 论文构成及研究内容本文重点介绍了利用labview开发环境设计上位机的检测界面，温湿度传感器通rs-485串行总线与采集板卡相连接介入上位机，从而实现对粮仓内温湿度的检测。本文主要进行以下几方面的工作： 1、论述了智能温湿度检测系统的课题目的及意义，智能温度检测系统的国内外发展概况及本论文的主要内容。2、温湿度检测系统的设计思路及方案，对系统软件开发平台进行选择。3、 粮仓温湿度检测系统软件整体设计方案，及上位机和下位机的设计过程。4、对所做工作进行了总结，对未来的研究作了展望。2 系统总体方案设计本论文设计开发的是基于labview的粮仓温湿度检测系统，根据从总体到局部的设计原则，通过对系统功能的分析，将整个系统分解为实现不同功能的几个部分，然后分别对每个部分进行设计。为了能够实现温湿度检测系统所提出的各项具体的功能，可以将整个系统分解为上位机和下位机两个部分:上位机为装有labview2010软件的pc机，下位机为采集卡及外围电路组成的小系统。两个部分是通过rs-485串口进行通信的。其中下位机部分主要完成温湿度信号的采集以及温湿度数据的输出;上位机部分完成对硬件的驱动，温湿度数据显示、数据处理与存储，温湿度超限报警及人机交互操作界面的生成。2.1系统功能传统的气象要素测量系统体积庞大，所需要的硬件设备较多，使用时受人员、地点、空间等诸多因素的影响较大。而且这类测量系统和传统仪器一样，功能、作用都由生产商在生产时定义好，一旦成型，用户就无法在使用过程中根据自身的需要对仪器的功能和作用进行重新定义，另外这类测量系统与其它仪器设备的连接也十分有限，并且图形界面较小，人工读取数据信息量很小，数据无法编辑、存储，同时系统封闭、可扩展性差，技术更新速度慢，开发和维护费用较高。基于以上传统仪器的缺点，本论文设计了一个基于labview的粮仓温湿度检测系统。此温度检测系统主要实现以下功能：1、采集卡与pc机的串口通信，能及时地将温度数据传给pc机，并将在上位机界面行程曲线，直观的表现温湿度变化。2、检测参数的显示:如测试时间、设定温湿度、当前温湿度等，当温湿度超出某个范围进行报警等。3、温湿度实时监测曲线显示，而且具有数字显示和波形图显示。4、测试结果的数据保存：用户可以将采集到的温湿度数据的一部分或者全部保存在excel表格中，方便查询和打印。2.2 系统组成框图温湿度传感器开发软件计算机数据采集卡测试对象温度数据传输湿度传感器把被测量的物理量转换为电量；信号调理电路对传感器转换的电信号进行放大、滤波、隔离等预处理；数据采集卡采集信号调理电路的电压信号，转换成计算机能处理的数字信号；通过数据采集卡驱动程序，将数字信号读入计算机，再由labview编写上位机界面。3下位机设计3.1 器件的选择3.1.1 ds18b20温度传感器1简介继美国dallas半导体公司生产的ds1820传感器之后，该公司又推出了一种新型数字式温度传感器ds18b20，这是一种最新的数字化单总线器件7,8，它是一种改进型数字温度传感器，基于最新一代适配微处理器而制造的，较之于传统的热敏电阻，该类传感器可以直接读取温度值，并可通过一定的编程实现912位数字读数，其次读写信息可通过单总线来完成，方便快捷，另外，ds18b20可以直接由其悬挂的总线供电，而无需外加电源，从而使系统结构简单化，也增加了其可靠性。ds18b20单总线独特及其经济的特点，便于用户组建所需的传感器网络，使得测量系统有了全新的构建方式。ds18b20数字温度传感器支持单总线接口，能够实现-55+125的温度测量范围，并且在-10+85范围内，测量误差为0.5。并且可单独设定实际系统的分辨率，并不论断电与否，均能保存在eeprom中，现场温度的测量以单线总线数字方式传输，即温度的测量值通过串行通讯的方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。因此ds18b20数字式温度传感器能够应用于复杂恶劣的环境中温度的测量，如地下实验监测、生产线温度检测控制和家用电器的温度控制，因此广泛用于工业、农业、军事等的温度测量控制领域。2. 技术性能描述ds18b20有以下几点特点：独特的单线总线接口方式：ds18b20与上位机连接时可通过一条传输线路实现双向数据传输。可通过数据线供电，供电电压容许范围大，为+3.0+5.5v，也可选用外部+5v供电。实际工作过程中，不需要添加外围器件。用户可自行设定温度报警上下限值，其值是非易失性的。可测温度范围为-55+125，测温分辨率为0.5（-10+85），2（-55+125）。负压特性，电源反接时能够自动保护ds18b20不会被烧毁，此时的芯片无法正常工作。转换速度快，效率高，可在93.75ms内完成9位温度转换。可实现多点测温，多个ds18b20温度传感器可并联在唯一的三线上。适用于各种微处理器和上位机系统。内含64位的只读存储rom，每片ds18b20出厂前就有唯一的产品序号。大型测温系统，单线上可挂接多片ds18b20传感器。3.ds18b20引脚ds18b20有两种封装形式9。一种是采用3脚pr35封装，另一种是8脚soic封装。本系统采用pr3三脚封装，管脚排列与封装如图3-1所示： 图3-1 ds18b20的引脚和封装1脚gnd:地2脚i/o：数据输入/输出端(即单线总线)，属于漏极开路输出。外接上拉电阻后，常态下成高电平。3脚vdd:电源端，为可供选用的外部+5v电源端，不用时接地。4.ds18b20的内部结构ds18b20的内部结构框图如下图3-2所示，主要由7个部分组成：寄生电源；温度传感器；64位激光rom与单线接口；高速暂存器，即便筏式ram,用于存放中间数据；th触发寄存器和tl触发寄存器，用来存储用户自行设定的温度上下限值；存储器和控制逻辑；8位crc（循环冗余校验码）发生器。 图3-2 ds18b20的内部结构框图64位光刻rom，结构如下8位crc编码48位产品序列号8位产品系列号msb lsb msb lsb msb lsb光刻rom中的64位序列号中高8位是crc校验码，接着是48位的产品序列号，低8位是产品类型的编号。这64位序列号是传感器ds18b20的地址序列码，在出厂前已经被刻录好，每个ds18b20传感器的地址是不一样的，这样就可以使得多个ds18b20采用一线总线进行通信。非易失性温度报警触发器th和tl，主要作用是在系统控制中利用软件设置用户需要的温度报警上下限。高速暂存寄存器 ds18b20的内部存储器包含有一个高速暂存ram和一个非易失性的e2ram,用来存储th和tl，写入ram的数据在校验结束后传入e2ram。配置寄存器的作用是确定温度值的数字转换分辨率，位于高速暂存器中的第5个字节，ds18b20温度传感器工作时将温度转换为相应精度的数值，该转换过程是按照配置寄存器中的分辨率进行的。tm测试模式位为这一字节中的最高位，用来设置该传感器的模式是在工作模式还是在测试模式。第7、6位r0、r1作为分辨率设置位，决定温度转换的精度位数，0011模式分别表示分辨率为912位，所需要的温度数据转换时间随设定的分辨率的提高而延长，实际应用中应该综合权衡考虑分辨率和转换时间。高速暂存器由9个连续的字节组成的，分配如下表所示温度低位温度高位thtl配置保留保留保留8位crclsb msb 前两位用来存放当前温度的测量值，温度的低8位是第一个字节，温度的高8位是第二个字节，紧接着后面两个是th、tl位为温度易失性的备份，三个保留位是系统计算所用，最后一个字节crc校验所用，用来保证通信正确。 当温度传感器ds18b20接收到温度转换命令后就开始启动转换。转换后的温度值以16位二进制补码形式存储于高速寄存器的前两个字节中。该温度值通过单总线接口传到单片机中。ds18b20温度传感器完成温度转换后，就把测得的温度值与th和tl作比较，如果出现t大于th或t小于tl，则将告警标志位置位，并对主机发出的告警搜索命令做出响应。从而，多只ds18b20温度传感器可以同时测量温度并进行告警搜索。crc的产生 循环冗余校验码crc在64位光刻rom的最高字节，主要用来实现串行通信中的数据校验，主机根据rom的前56位算出crc值，然后比较传感器中的crc值，判断接收的数据是否正确。5.ds18b20的控制方法 ds18b20在硬件上与单片机的连接方法有两种10，一种是采用寄生电源供电，这时的传感器ds18b20的vdd和gnd接地，它的 i/o口与单片机任意一个i/o口相连，还要接一个值为4.7k的上拉电阻。ds18b20从单线信号线上汲取能量，当i/o端口为高电平时，能量存储于内部电容里。信号线i/o为低电平时，消耗电容上的能量，等到高电平到来寄生电源电容再次被供电。另外一种是采用外部电源供电，ds18b20的vdd接外部电源，gnd接地，i/o口连接单片机的i/o口，而此时注意电源电流一定是足够的，也可以保证转换精度，而且在理论上，总线可接任意多个ds18b20传感器，组成多点测温系统。 比较两种工作方式，寄生电源工作方式：无需本地电源，在无常规电源的条件下也可以读取rom；电路简洁，只用一根i/o口就能实现测温。但是这种方式下，i/o线必须要能够保证在温度转换期间有足够的能量，电流达到1ma, 当多个温度传感器挂接在一根i/o线上进行多点测温时，光靠4.7k上拉电阻不能提供所需能量，使得ds18b20不能进行精确地温度转换，因而会造成无法转换温度或者造成很大的温度误差，综上所述，寄生电源供电方式只适合于单一温度传感器测温情况，不适合采用电池供电系统中，并且工作电源必须保证在5v,否则会造成较大的温度误差。外部电源供电方式：这是ds18b20的最佳工作方式，稳定性好，可靠性高，抗干扰能力强，且电路简单，温度测量精度高，可开发出稳定可靠的多点温度监测系统。分析比较，本系统采用外部电源供电方式。ds18b20有六条控制命令，其功能分为两类：温度转换命令和存储器命令。如表3-1所示：表3-1 ds18b20的功能命令命令描述约定代码 总线响应温度转换命令温度转换启动温度转换44h主机发出命令后，若读时隙中读到0，则表示温度正在转换，若为1，说表示转换结束存储器命令读sram从sram中读取包括crc在内的全部字节beh传感器会从字节0开始输出9个字节，其中包括crc，如果不需要读取全部9个字节，主机可以根据输出复位脉冲终止当前的读操作写sram向sram中的th、tl和配置寄存器中写入数据4eh将需要的数据写入sram的温度报警上下限值和配置寄存器复制sram复制sram中的th、tl和配置寄存器的值到e2prom中48h将sram中的th、tl和配置寄存器的值复制到e2prom中，主机发出命令后，若随后的读时隙中读到0，则表示复制正在进行；若读到1，表示复制结束回读e2prom从e2prom中将th、tl和配置寄存器的值回读到sram中b8h 从e2prom中将th、tl和配置寄存器的值回读到sram中，主机发出该命令后，若随后读时隙中读到0，则表示回读正在进行；若读到1，则回读结束读电源读取ds18b20的供电方式b4h主机发出这个命令后，若随后的读时隙中读到0，则表示当前使用的是寄生电源，若读到1，则表示当前使用的是外部供电cpu对ds18b20的访问流程是先进行初始化，然后再进行rom操作，最后才能执行存储器操作和数据操作。而传感器ds18b20的每一部操作都必须严格保证它的工作时序和通信协议。6. ds18b20的测温原理ds18b20的测温原理如图3-3所示：图3-3 ds18b20的测温原理图ds18b20的测温原理：图中温度对低温度系数振荡器的振荡频率影响不大，它产生的固定频率的脉冲信号作为减法计数器1的脉冲输入，高温度系数晶振的振荡频率受温度的影响变化明显，产生脉冲信号送给减法计数器2。图中计数门未标出，ds18b20在计数门打开时会对低温度系数振荡器的时钟脉冲开始计数，以完成温度采集，计数门的开启时间由高温度系数振荡器控制。减法计数器1和温度寄存器在测量前被预先置入一个-55所对应的基数值，前者对低温度系数晶振产生的脉冲信号实现减法计数，后者里的值在减法计数器1的预置值减到0的时候加1，然后重新装入减法计数器1的预置值，重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号计数，循环下去直到减法计数器2计数到0，温度寄存器停止累加，此时其中的值即为所测温度值。斜率累加器的作用是补偿以及修正测温过程中的非线性，用来对减法计数器的预置值进行修正。上述过程会一直重复到计数门关闭，直至温度寄存器值成为被测温度值。7.应用范围(1) 该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。(2) 轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。(3) 汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。(4) 供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制。8. ds18b20使用中的注意事项ds18b20具有体积小、精度高、测温电路简单、价格低廉、占用总线少等优点，但是在实际使用中应该注意几个方面的问题11：需要比较复杂的软件对较小的硬件开销做补偿，因为ds18b20与微处理器间的数据传送方式是串行方式，所以在对该传感器读写编程时，一定要遵循严格的读写时序，否则会无法读取测温值。在使用高级语言如pl/m、c等设计系统程序时，最好对传感器操作部分采用汇编语言实现。多点测温系统设计时要特别注意，实际应用中单总线上并非可以悬挂任意多个ds18b20温度传感器，一般来说，当单总线上的温度传感器多于8个时，就需要考虑处理微处理器的总线驱动问题。由于总线分布电容会使得信号波形产生畸变，用来连接ds18b20温度传感器的总线电缆有长度的限制。用ds18b20温度传感器进行长距离测温系统的设计时，要充分考虑总线分布电容和阻抗匹配问题。实际试验中发现，采用普通信号电缆传输距离超过50m时，测温数据的读取将发生错误。而当总线电缆为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m,通讯距离在采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时进一步加长。 一般来说建议采用屏蔽4芯双绞线测温电缆，一对线接地和信号，另一对接电源和地线，屏蔽层在源端单点接地。重视ds18b20温度传感器的硬件连接和软件设计，因为在测温程序设计时，当某个传感器接触不好或者出现断线时，读程序将没有返回信号。3.1.2. 湿度传感器hs1101介绍湿度传感器 hs1101/hs1100 基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公自动化、车厢内空气质量控制、家电、工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他也可以得到很大的应用。其特点：全互换性在标准环境下不需校正；长时间饱和下快速脱湿； 可以自动化焊接包括波峰焊或水浸； 高可靠性与长时间稳定性； 专利的固态聚合物结构； 可用于线性电压或频率输出回炉； 最大参数值ta=25 除非特别标定； 工作温度 ta -40100 ； 储存温度 tstg -40125；其他各项参数值见表3.3,表3.4表3.3特征参数 (ta=25,10khz,除非特别标定)表3.4最大参数值 参数符号参数值单位工作温度ta-40100储存温度tstg-40125供电电压vs10vac湿度范围rh0100%rh焊接时间t=260t10s特征参数符号mintypmax单位湿度测量范围rh1995供电电压vs510v标称电容55%rhc177180183pf温度效应tcc0.04pf/平均灵敏度(33%75%rh)c/%rh0.34pf/%rh漏电流ix1na恢复时间150小时结露tr10s迟滞+/-1.5%长时间稳定性0.5%rh/yr反应时间ta5s曲线精度（10%90%）+/-2%rh（ta=25 除非特别标定）3.1.3数据采集卡数据采集卡(daq)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实现数据采集(daq)功能的计算机扩展卡，可以通过usb、pxi、pci、pci express、火线(1394)、pcmcia、isa、compact flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。1、数据采集卡的产生为了满足ibm-pc机及其兼容机用于数据采集与控制的需要，国内外许多厂商生产了各种各样的数据采集板卡（或i/o板卡）。这类板卡均参照ibm-pc机的总线技术标准设计和生产，用户只要把这类板卡插入ibm-pc机主板上相应的i/o扩展槽中，就可以迅速方便地构成一个数据采集与处理系统，从而大大节省了硬件的研制时间和投资，又可以充分利用ibm-pc机的软硬件资源，还可以使用户集中精力对数据采集与处理中的理论和方法进行研究、进行系统设计以及程序的编制等。2、数据采集卡的分类基于pc总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。按照板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡(a/d卡)、模拟量输出板卡(d/a卡)、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多个功能，如数字量输入/输出板卡将模拟量输入和数字量输入/输出集成在同一张卡上。根据总线的不同，可分为pxi/cpci板卡和pci板卡。还有其它一些专用i/o板卡，如智能接口卡、虚拟存储板（电子盘）、信号调理板、专用（接线）端子板等，这些种类齐全、性能良好的i/o板卡与ipc配合使用，使系统的构成十分容易。在工业现场，我们会安装很多的各种类型的传感器，如压力的、温度的、流量的、声音的、电参数的等等，受现场环境的限制传感器信号如压力传感器输出的电压或者电流信号不能远传或者因为传感器太多布线复杂，我们就会选用分布式或者远程的采集卡（模块）在现场把信号较高精度地转换成数字量，然后通过各种远传通信技术（如485、232、以太网、各种无线网络）把数据传到计算机或者其他控制器中进行处理。这种也算作数据采集卡的一种，只是它对环境的适应能力更强，可以应对各种恶劣的工业环境。如果是在比较好的现场或者实验室，如学校的实验室，就可以使用usb/pci这种采集卡。和常见的内置采集卡不同，外置数据采集卡一般采用usb接口和1394接口，因此，外置数据采集卡主要指usb采集卡和1394采集卡。 数据采集卡，绝大多数集中在采集模拟量、数字量、热电阻、热电偶，其中热电阻可以认为是非电量（其实本质上还是要用电流驱动来采集）其中模拟量采集卡和数字量采集卡用得是最广泛的。现在市场上有一种二合一采集卡，二合一，指的是数字模拟采集卡，av+dv采集卡，数字、模拟二合一，数字输入输出，模拟接口输入(dv/av/s-video)。最后虽然说是采集卡，但实际应用中经常需要它输出控制信号。采集卡广泛应用于安防监控、教育课件录制、大屏拼接、多媒体录播录像、会议录制、虚拟演播室、虚拟现实、安检x光机、雷达图像信号、vdr纪录仪、医疗x光机、ct机、胃肠机、阴道镜、工业检测、智能交通、医学影像、工业监控、仪器仪表、机器视觉等领域。3、技术参数通道数：就是板卡可以采集几路的信号，分为单端和差分。常用的有单端32路/差分16路、单端16路/差分8路。采样频率：单位时间采集的数据点数，与ad芯片的转换一个点所需时间有关，例如：ad转换一个点需要t = 10us，则其采样频率f = 1 / t为100k，即每秒钟ad芯片可以转换100k的数据点数。它用赫兹（hz），常有100k、250k、500k、800k、1m、40m等。缓存的区别及它的作用：主要用来存储ad芯片转换后的数据。有缓存可以设置采样频率，没有则不可以。缓存有ram和fifo两种:fifo应用在数据采集卡上，主要用来存储ad芯片转换后的数据。做数据缓冲，存储量不大，速度快,ram是随机存取内存的简称。一般用于高速采集卡，存储量大，速度较慢。分辨率：采样数据最低位所代表的模拟量的值，常有12位、14位、16位等，（12位分辨率，电压5000mv）12位所能表示的数据量为4096（2的12次方），即5000 mv电压量程内可以表示4096个电压值，单位增量为（5000 mv）/ 4096=1.22 mv。精度：测量值和真实值之间的误差，标称数据采集卡的测量准确程度，一般用满量程(fsr，full scale range)的百分比表示，常见的如0.05%fsr、0.1%fsr等，如满量程范围为010v，其精度为0.1%fsr，则代表测量所得到的数值和真实值之间的差距在10mv以内。量程：输入信号的幅度，常用有5v、10v 、05v 、010v ，要求输入信号在量程内进行。增益：输入信号的放大倍数，分为程控增益和硬件增益，通过数据采集卡的电压放大芯片将ad转换后的数据进行固定倍数的放大。由两种型号pga202 (1、10、100、1000) 和pga203 (1、2、4、8)的增益芯片。触发：可分为内触发和外触发两种，指定启动ad转换方式。4、pci-6220数据采集卡介绍16位, 250 ks/s, 16路模拟输入，高达24路数字i/o; 32位计数器; 数字触发ni-mcal校准技术提高了测量精度关联(correlated)dio (8条时钟线, 1 mhz)nist校准认证书以及70多个信号调理选项另有5倍采样速率的高速m系列和4倍分辨率的高精度。详细参数 通用 daq产品系列m系列总线类型pcios支持windows, 实时系统, linux, mac os测量信号类型电压, 数字,频率,正交编码器labview rt支持是模拟输入 通道数16 se/8 di采样率250 ks/s是否同步采样否分辨率16 bits最大电压范围-10.10 v精度范围3100 v敏感度范围97.6 v最小电压范围-0.2.0.2 v精度范围112 v敏感度范围5.2 v量程数4板上存储量4095 样本带宽700 khz模拟输出 通道数0电流驱动5 ma数字i/o 通道数24 dio定时方式硬件, 软件逻辑电平ttl最大时钟速率1 mhz最大输入范围0.5 v最大输出范围0.5 v输入电流源电流, 漏电流输出电流源电流, 漏电流电流驱动24 ma/448 ma可编程输入滤波器是支持模式i/o是可编程上电状态是输出阻抗0.2 计时器/定时器 2分辨率32 bits最大信号源频率80 mhz最小输入脉冲宽度12.5 ns逻辑电平ttl最大量程0.5 vdma通道数2时基稳定度50 ppm脉冲生成是缓冲操作是短时脉冲干扰消除是定时/触发/同步 rtsi 同步总线是触发方式数字物理特性 长度15.5 cm宽度9.7 cmi/o连接器68-pin vhdci母头3.1.4 rs-485接口rs485采用差分信号负逻辑，+0.2v+6v表示“0”，- 6v- 0.2v表示“1”。rs485有两线制和四线制两种接线，四线制只能实现点对点的通信方式，现很少采用，现在多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓朴结构在同一总线上最多可以挂接32个结点。在rs485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。很多情况下，连接rs-485通信链路时只是简单地用一对双绞线将各个接口的“a”、“b”端连接起来。而忽略了信号地的连接，这种连接方法在许多场合是能正常工作的，但却埋下了很大的隐患，这有二个原因：(1)共模干扰问题： rs-485接口采用差分方式传输信号方式，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，rs-485收发器共模电压范围为-7+12v，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。(2)emi问题：发送驱动器输出信号中的共模部分需要一个返回通路，如没有一个低阻的返回通道（信号地），就会以辐射的形式返回源端，整个总线就会像一个巨大的天线向外辐射电磁波。由于pc机默认的只带有rs232接口，有两种方法可以得到pc上位机的rs485电路：（1）通过rs232/rs485转换电路将pc机串口rs232信号转换成rs485信号，对于情况比较复杂的工业环境最好是选用防浪涌带隔离珊的产品。（2）通过pci多串口卡，可以直接选用输出信号为rs485类型的扩展卡。1技术特性（1）. rs-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(26)v表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(26)v表示。接口信号电平比rs-232-c降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与ttl电平兼容，可方便与ttl 电路连接。（2）. rs-485的数据最高传输速率为10mbps 。（3）. rs-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。（4）. rs-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10mb/s，传输速率与传输距离成反比，在100kb/s的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。rs-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。2rs-232与rs-422之间转换原理和接法通常我们对于视频服务器、录像机、切换台等直接播出、切换控制主要使用串口进行，主要使用到rs-232、rs-422与rs-485三种接口控制。下面就串口的接口标准以及使用和外部插件和电缆进行探讨。rs485通讯协议rs-232、rs-422与rs-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。例如：视频服务器都带有多个rs422串行通讯接口，每个接口均可通过rs422通讯线由外部计算机控制实现记录与播放。视频服务器除提供各种控制硬件接口外，还提供协议接口，如rs422接口除支持rs422的profile协议外，还支持louth、odetics、bvw等通过rs422控制的协议。rs-232、rs-422与rs-485都是串行数据接口标准，都是由电子工业协会（eia）制订并发布的，rs-232在1962年发布。rs-422由rs-232发展而来，为改进rs-232通信距离短、速率低的缺点，rs-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。rs-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为tia/eia-422-a标准。为扩展应用范围，eia又于1983年在rs-422基础上制定了rs-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为tia/eia485-a标准。3.rs-422与rs-485串行接口标准（1）平衡传输。rs-485与rs-232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为a，另一线定义为b。通常情况下，发送驱动器a、b之间的正电平在+2+6v，是一个逻辑状态，负电平在-2v6v，是另一个逻辑状态。另有一个信号地c，在rs-485中还有一“使能”端。“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。当“使能”端起作用时，发送驱动器处于高阻状态，称作“第三态”，即它是有别于逻辑“1”与“0”的第三态。rs-485电气规定由于rs-485是从rs-422基础上发展而来的，所以rs-485许多电气规定与rs-422相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。rs-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。rs-485总线，在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用rs-485串行总线标准。rs-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mv的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。rs-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。rs-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用rs-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。rs