基于LabVIEW的温度采集系统设计

1、摘要虚拟仪器与仪器技术、计算机技术、男低音技术和软件技术紧密融合，利用计算机强大的数字处理能力实现了仪器的大部分功能，打破了传统仪器框架，形成了新的仪器模型。本设计采用usb5935数据采集卡，采用虚拟仪器及其相关技术进行了温度采集系统的设计。 该系统具有数据云同步采集、数据实时显示、存储和管理、报警记录等功能。本文首先概述了测量控制技术和虚拟仪器技术，探讨了虚拟仪器的男低音及其标准、框架、labview开发平台，然后介绍了数据采集理论，给出了数据采集系统的硬件结构图。 在分析该系统功能需求的基础上，介绍了普朗姆模块设计中使用的技术，最后一章给出了该设计的氟里昂面板图。关牛鼻子字：虚拟机数据收

2、集labview绪言1.1引言测量技术广泛应用于现代科学技术、工业生产和国防科学技术等多个领域，其现代化被认为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显的标识牌。 20世纪70年代以来，计算机、微电子学等技术迅速发展，在其推动下，测量仪器与技术不断进步，智能仪器、pc仪器、vxi仪器、虚拟仪器与兼容性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测量系统相继诞生，计算机与现代化仪器之间的边界越来越模糊，测量领域与范围近年来，以计算机为中心、以网络为中心的网络测量技术和联网测量系统应用越来越多，尤其是航空航天等国防科学技术领域。 网络化测量系统基本由两部分组成：测量终端和传输介质随着计算机的高速发展，测量终端的位置日

3、益被计算机所占据。 其中软件系统是计算机系统的核心，也是整个测量系统的灵魂，应用于测量领域的软件系统被称为监控软件。 由传输介质组成的通讯网络主要完成数据的通讯与采集，该数据采集系统是整个测量系统的主体，是完成测量任务的主力。 因此，这个“监控软件数据采集系统”框架的测量系统结构在很多领域得到了广泛的应用，形成了完整的理论1。1.2课题背景虚拟仪器(vi )是计算机技术与传统仪器技术相结合，是仪器发展的重要方向。 labview是基于格拉夫伊卡斯软件编程语言的虚拟机软件开发工具。 本文重点介绍了虚拟仪器的接口、labview的应用，设计了基于虚拟仪器的数字温度测量和操纵系统，阐述了系统研制中的

4、数据采集和硬件和软件设计，意味着虚拟仪器设备可以由用户自己定义，这是自由计算机平台可结合硬件(包括传统设备)、软件和实现各种应用所需的配件。 这种灵活性由供应商定义，功能固定，独立的传统设备难以实现。 常用的数字万用表、示波器、信号发生器、数据记录仪、温度和压力监测仪器是该传统仪器的代表。 从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变，给现代实验带来了更现实的效益，促进了云同步实验手段的不断更新。1.3本设计的工作本设计采用两个独立通道进行设计，对来自传感器的模拟计程仪输入信号进行信号调整后，输入到usb5935数据采集卡中，通过usb男低音传输到pc，用软件进行数据处理，实现采样波形的实时显示、历史数

5、据保存、采集并保存虚拟设备2.1虚拟设备技术概述2.1.1虚拟设备的概念虚拟仪器的概念是美国国家仪器公司最先提出的45。 虚拟仪器是基于计算机的硬件和软件测试平台，可以自由建构自动控制、可集成到工业操纵系统中的独特仪器系统，取代示波器、逻辑分析器、信号发生器、频谱分析器等传统测量仪器。 虚拟仪器是继智能仪器之后的下一代测量仪器。虚拟仪器的核心技术思想是“软件是仪器”。 该技术将机器分为计算机、机器硬件和应用软件三个部分。 虚拟仪器是基于具备通用计算机和标准数字接口的测量仪器(包括gpib、rs-232等传统仪器和新型vxi模块仪器)，将仪器硬件连接到各种计算机平台，与计算机丰富的硬件和计算机硬

6、件(处理器、存储器、监视屏)与测量仪器(频率计、示波器、信号源)等硬件资源与电脑软件资源(包括数据处理、控制、分析与表现、过程通讯与格拉夫快速交互界面)有机结合。2.1.2虚拟设备的特点和优点虚拟仪器是基于计算机的功能化硬件模块和计算机软件而构成的电子测试仪器，软件是虚拟仪器的核心678，如图1所示，软件的基础部分是设备驱动软件，这些个的标准仪器驱动软件是系统的开发和仪器的硬件这是虚拟机器的最大的优点之一，有了这个的话机器的开发和世代更迭时间大幅度地缩短。 虚拟设备应用将可选硬件(例如gpib、vxi、rs-232、daq板)和可回收的库函数等的软件组合，实现设备模块之间的通讯、时间节点和触发

7、。 原代码库函数提供用于用户建构他们自己的虚拟设备(vi )系统的基本软件模块。 vi的模数化、开放性和灵活性以及软件是重要特征，因此当用户的测试请求改变时，用户可以增加或减少硬件、软件模块，或者重新配置现有系统以满足新的测试请求。 这使得能够在用户从一个项目工程移动到另一个项目工程时方便地建构新的vi系统而不会丢失现有硬件和软件资源。图1虚拟设备开发分块图虚拟仪器技术的优点是，用户可以定义自己的专用仪器系统，功能灵活，容易建构，应用方面极其广泛。 虚拟仪器技术很好地符合国际上流行的“硬件软件化”的发展趋势，被称为“软件仪器”。 其功能强大，能够实现示波器、逻辑分析器、频率计、信号发生器等多种

8、常见设备的所有功能，利用专用探头与软件实现特定系统参数如汽车发动机参数、汽油标签条、窑温、血液脉波、 心电参数等多种数据都能检测到其操作灵活、完全格拉夫伊卡斯的界面，风格简单，符合传统设备的使用习惯，用户无需经过培训即可快速掌握操作规程。2.1.3虚拟仪器测试系统的构成虚拟仪器是基于计算机的仪器。 计算机与设备的紧密结合是当前设备发展的重要方向。 该耦合基本上有两种方式，一个是通过将计算机集成到机器中，其典型的例子是所谓的斯玛特的机器。 随着计算机的功能越来越强，其体积越来越缩小，这种机器的功能也越来越强，目前已经出现了包含嵌入式系统的机器。 另一种方法是将设备嵌入计算机。 基于通用计算机硬件

9、和执行操作系统实现各种设备功能，虚拟设备主要指这种方式9。 虚拟仪器的构成与传统仪器相同，主要由数据采集与控制、数据分析与处理、结果显示三部分组成。 如图2所示。图2虚拟设备的内部功能的区分在传统设备中，这些个的三个部分几乎由硬件完成；在虚拟设备中，前面的部分由硬件构成，后面的两个部分主要由软件实现。 与以往的机器相比，虚拟机器的设计正在模数化、标准化，设计工作量大幅减少。通常，虚拟仪器测试系统的硬件组成部分包括传感器零配件、信号调节和信号采集部件(如外置或内置数据采集卡、格拉夫快速成像采集卡和通用相机及其测量，能够与计算机通讯的普通仪器等)、通用计算机、打印机等。 系统软件的一部分通常用专用

10、的虚拟机器开发语言(labview等)编写，可以通过网际网络实现网络的扩展。2.1.4虚拟设备i/o接口设备i/o接口设备主要用于完成被测输入信号的采集、放大、模拟计程仪数字转换。 根据具体情况，可以采用不同的i/o接口硬件设备，如数据采集卡/板(daq )、gpib男低音设备、vxi男低音设备、串行设备、usb等。 在这里主要谈谈数据采集卡。数据鉴定(daq )数据采集卡是基于计算机标准男低音的集成功能卡，如isa、pci和usb。 其中，usb是最新技术的数据采集卡，具有精度高、携带方便等优点，更充分利用了计算机资源，大大提高了测试系统的灵活性和可扩展性。 使用daq卡，可以轻松快速地建构

11、虚拟机系统。 在性能上，随着a/d转换技术、滤波技术和信号调整技术的发展，daq卡的采样速率已经达到1gb/s，精度达到2.4二进制位，通道数达到6.4个，具有数字i/o、模拟计程仪i/o和计数器/计时器等通道。 各设备厂商生产大量的daq卡功能模块，可供用户选择示波器、串行数据分析器、动态信号分析器、任意波形发生器等。 多个daq功能模块可以连接到计算机，并且可以根据相应的软件配置多功能测试设备。 这种基于计算机的仪器，具有高级仪器的测量质量，可以满足云同步的测量需求的多样性。 对我国众多用户而言，它具有很高的性价比，尤其是适合我国国情的虚拟仪器方案。2.1.5虚拟设备的软件构成虚拟仪器技术

12、的核心是软件，其软件的基本结构如图3所示。 用户可以使用各种各样的编程计程仪软件来开发自各儿需要的应用软件。 以美国ni公司的软件产品labview和labiew/cvi为代表的虚拟机器专用开发平台是现在流行的综合开发工具。 这些个的软件研发平台提供强大的仪器软件面板设计工具和各种数据处理工具，加上虚拟仪器硬件厂商提供的各种硬件驱动模块，极简化了虚拟仪器的设计工作。 随着软件技术的迅猛发展，软件研发的模数化、复用以及各种硬件设备驱动软件的模数化与标准化，使得虚拟设备软件研发更加快捷方便。图3虚拟设备的软件结构2.2虚拟设备的开发软件2.2.1格拉夫伊卡斯的虚拟设备开发平台labviewlabv

13、iew (laboratoryvirtualinstrumentengineering )是一种格拉夫伊卡斯的软件编程语言，受到工业界、学术界、实验室的广泛接受，被认为是标准的数据采集和仪器控制软件。 labview集成了所有符合gpib、vxi、rs-232和rs-485连接协议的硬件和与数据收集卡通讯的功能。 tcp/pi、activex等软件标准内置易于使用的库函数，是强大灵活的软件。 利用它，可以轻松地建构自各儿的虚拟机，其格拉夫伊卡斯的接口可以更好地映像计程仪编程和使用过程。传统的文本计程仪编程是一种有序的设计思路，设计者必须写出执行的句子。 labview是一种基于数据流化学基的工

14、作方式，基于对云同步格拉夫伊卡斯的计程仪编程，设计者无需掌握大量的软件编程语言和计程仪编程技术即可设计出虚拟机系统11。目前，在基于pc的测试和工程软件中，labview的市场普及率仅次于c /习语言。 labviewew具有一系列无与伦比的优点：首先，labview作为一种格拉夫伊卡斯的语言进行了计程仪编程，采用了程序流程图格式的计程仪编程，运用的设备图标与科学家、工程师们的大部分习惯图标基本一致， 对于计程仪编程和思维过程非常相似的云同步，labview提供了丰富的vi库和仪器面板素材库，约600种设备的驱动程序(可扩展)包括gpib设备控制、vxi男低音控制、串行口设备控制、数据分析、显

15、示和存储等， labview提供了一个专用于开发程序的工具箱，使用户可以设置程序断点，在调试过程中可以使用数据探测器和动态执行计程仪程序观察数据的传输过程，从而简化程序计程仪程序的调试。 因此，labview受到越来越多的技术人员、科学家的欢迎。2.2.2基于labview平台的虚拟机计程仪程序设计所有labview应用程序(虚拟机(vi ) )都由三部分组成：氟里昂面板、程序流程图和图标/连接器。1 )氟里昂面板：氟里昂面板是格拉夫用户界面，即vi的虚拟机器面板，该界面有用户的输入和显示输出两种对象，具体表现为开关、旋钮、格拉夫按钮、其他的控制特罗尔和显示对象然而，不能描绘两个特罗尔来执行计

16、程仪程序，在氟里昂面板的后面有与其对应的程序流程图。2 )程序流程图：提供程序流程图vi的格拉夫伊卡斯源计程仪程序。 在程序流程图上对vi进行计程仪，控制并操作氟里昂面板中定义的投入产出功能。 有些程序流程图包含氟里昂面板的特罗尔接口和氟里昂面板中没有的接口，但包含计程仪编程所需的接口(函数、结构、布线等)。vi和现有设备相比，氟里昂面板的特罗尔对应于现有设备的按钮、显视器等控制特罗尔，程序流程图上的连接端子相当于现有设备壳体内的硬件电路。 在许多情况下，vi可用于模拟常规设备，不仅好极了标准设备面板出现在屏幕上，并且其功能几乎与常规设备相同。系统设计理论与硬件平台的实现3.1数据收集理论该部

17、分主要包括数据采集技术的概况、传感器、输入信号的分析、调理及测量系统的选择，并分别说明如下。3.1.1数据采集技术概论在计算机被广泛使用的今天，数据收集的重要性非常显着。 连接计算机和外部物理世界的桥梁。 各种信号收集的难易度大不相同。 如果实际收集，噪音也可能引起麻烦。 在收集数据时，必须注意一些基本原理，还有更多的实际问题要解决。当前，假设每t个时间对一个模拟计程仪信号x(t )进行采样。 时间间隔t被称为采样间距或抽样时间。 其倒数l/t称为采样频率，单位为采样数/秒。 将t=0、t、2t、3t等x(t )的数值称为采样值。 所有的x(0)、x(t )、x(2t )都是采样值。 这样的信

18、号x(t )可以由分散采样值的定径套来表示x(0)，x(t )，x(2t )，x(3t )，x(kt )，图4显示了模拟计程仪信号及其采样值。 采样间距为t，留心采样点在时域中是离散的。图5是图4的模拟计程仪信号样本图如果对于信号x(t )采用n个采样点位，则x(t )可以由下列数字表示x=x，x，x，x，三，x-l该数列被称为信号x(t )的数字显示或采样显示。 在这个数字序列中，仅使用下标变量进行索引，不包含与采样速率(或t )有关的信息。 因此，如果只知道该信号的采样值，则无法获得采样速率，因为时间尺度被欠缺，从而无法获得信号x(t )的频率。根据采样定理，最低采样频率应当是信号频率的两倍。 相反，如果给定采样频率，那么能够精确显示未失真信号的最大频率被称为抗拒频率，其是采样频率的一半。 如果信号包含频率高于奈奎斯特频