基于LABVIEW的溫度檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)I1摘要隨著電子測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，測(cè)試技術(shù)正向自動(dòng)化，智能化，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。其中數(shù)字濾波器作為測(cè)試技術(shù)的重要工具而被廣泛的使用與各個(gè)領(lǐng)域。本課題是用Labview來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及應(yīng)用首先，本論文介紹Labview相關(guān)知識(shí)，利用虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)Labview開發(fā)的軟件系統(tǒng)，主要包括五個(gè)模塊：數(shù)據(jù)采集，顯示記錄，數(shù)據(jù)回放，數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析。VI是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向，Labview是一個(gè)基于圖形虛擬儀器的軟件開發(fā)工具，主要用于自動(dòng)測(cè)試、過程控制、儀器設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，其基本思想是在儀器設(shè)計(jì)或測(cè)試系統(tǒng)中盡可能用軟件代替硬件，即“軟件就是儀器”，他是在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)用戶需求來(lái)定義和設(shè)計(jì)儀器的測(cè)試功能，其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)的最新技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。本文重點(diǎn)介紹了虛擬儀器的界面Labview的應(yīng)用，并設(shè)計(jì)一個(gè)基于虛擬儀器的數(shù)字和控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)開發(fā)過程中數(shù)據(jù)的采集和軟硬件的設(shè)計(jì)關(guān)鍵字：Labview溫度測(cè)量數(shù)據(jù)采集商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)II1AbstractAlongwiththeelectronictesttechnologysunceasingdevelopment,thetesttechnologyforwardautomation,theintellectualization,digitizedandthenetworkdirectiondevelops.Andthedigitalfiltertakethetesttechnologytheimportanttoolbythewidespreaduseandeachdomain.ThistopicisrealizesthetemperatureexaminationsystemsdesignaswellastheapplicationwithLabviewfirst,thepresentpaperintroducedthattheLabviewrelatedknowledge,theusehypothesizedinstrumentsdevelopmentplatform-Labviewdevelopmentssoftwaresystem,mainlyincludesfivemodules:Thedataacquisition,demonstratestherecord,playbacking,thedataprocessingandthedataanalysis.VIistheproductwhichthecomputertechnologyandthetraditionalinstrumenttechnologyunifies,isanimportantdirectionwhichtheinstrumentdevelops,Labviewisonebasedonthegraphhypothesizedinstrumentssoftwaredevelopmenttool,mainlyusesindomainsandsoontestautomation,processcontrol,instrumentaldesignanddataanalysis,itsbasicphilosophyisusesthesoftwareintheinstrumentaldesignorthetestsystemtoreplacethehardwareasfaraspossible,namely“thesoftwareistheinstrument”,heisinthegeneral-purposecalculatorplatform,definesanddesignsinstrumentstestfunctionaccordingtotheusersneeds,itsessenceisrealizesfullyusingcomputersnewesttechnologywiththeexpansiontraditioninstrumentsfunction.ThisarticleintroducedwithemphasisthehypothesizedinstrumentscontactsurfaceLabviewapplication,anddesignsonebasedonthehypothesizedinstrumentsdigitandthecontrolsystem,elaboratedinthesystemperformancehistorydatagatheringandsoftwareandhardwaresdesignKeyword:LabVIEWTemperaturesurveyDataacquisition商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)III1目錄摘要Abstract第一章緒論1.1課題背景11.1.1背景簡(jiǎn)介21.1.2引言2第二章虛擬儀器簡(jiǎn)介2.1虛擬儀器特點(diǎn)32.2虛擬儀器構(gòu)成4.3Labview8.5的安裝及應(yīng)用5第三章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程模塊63.2硬件電路設(shè)計(jì)73.2.1硬件電路基本組成93.2.2硬件電路基本功能描述03.2.3硬件電路模塊功能分析33.2.3.1溫度傳感器電路原理43.2.3.2模數(shù)轉(zhuǎn)化以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)原理2第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基本流程34.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)測(cè)量參數(shù)原理24.3數(shù)據(jù)采集子程序的設(shè)計(jì)34.3.1數(shù)據(jù)采集卡USB2013簡(jiǎn)介44.3.2數(shù)據(jù)采集卡工作原理及分析44.4系統(tǒng)閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)過程54.4.1系統(tǒng)閉環(huán)基本工作原理54.4.2工程PID算法分析控制器原理54.5溫度檢測(cè)系統(tǒng)VI程序設(shè)計(jì)6總結(jié)5結(jié)束語(yǔ)3參考文獻(xiàn)4致謝4商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)IV1課題背景背景簡(jiǎn)介：虛擬儀器（VI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。LabVIEW是一個(gè)基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。本文重點(diǎn)介紹了虛擬儀器的界面，LabVIEW應(yīng)用，并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于虛擬儀器的數(shù)字化溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)開發(fā)過程中數(shù)據(jù)的采集和軟硬件的設(shè)計(jì)，虛擬儀器設(shè)備可以由使用者自己定義，這意味著可以自由地組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)，硬件（包括傳統(tǒng)儀器），軟件，以及各種實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所需要的附件。這種靈活性在由供應(yīng)商定義，功能固定，獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器上是很難達(dá)到的。常用的數(shù)字萬(wàn)用表，示波器，信號(hào)發(fā)生器，數(shù)據(jù)記錄儀，以及溫度和壓力監(jiān)控儀器就是這種傳統(tǒng)儀器的代表。從傳統(tǒng)儀器設(shè)備向虛擬儀器設(shè)備的轉(zhuǎn)變，為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了更多實(shí)際的利益，同時(shí)也促進(jìn)著實(shí)驗(yàn)手段不斷更新。引言虛擬儀器技術(shù)，就是用戶在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，根據(jù)測(cè)試任務(wù)的需要來(lái)定義和設(shè)計(jì)的測(cè)試功能，其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能，軟件就是儀器反映了虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征，美國(guó)國(guó)家儀器公司生產(chǎn)的NI-LABVIEW是目前最為成功，應(yīng)用最為廣泛的虛擬儀器開發(fā)系統(tǒng)，它是一種基于G語(yǔ)言的32位編譯型圖形化編程語(yǔ)言，其圖形化界面可以方便的進(jìn)行虛擬儀器的開發(fā)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，需要對(duì)溫度測(cè)量和控制的場(chǎng)合越來(lái)越多，測(cè)量溫度方法也是多種多樣的LabVIEW是圖形化開發(fā)環(huán)境,它具有功能強(qiáng)大、編程效率高、界面友好、參數(shù)修改方便等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)它在功能完整性和應(yīng)用靈活性上也不遜于任何高級(jí)語(yǔ)言VI技術(shù)也表著目前測(cè)試儀器領(lǐng)域的發(fā)展方向，LabVIEW是一種功能強(qiáng)大的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)。數(shù)字濾波技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理的一個(gè)重要組成部分，濾波器的設(shè)計(jì)是信號(hào)處理的核心問題之一.在LabVIEW環(huán)境下可以隨時(shí)對(duì)比設(shè)計(jì)要求調(diào)整參數(shù)，有利于數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)的最優(yōu)化，有效地克服了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式中存在的濾波器系數(shù)不易調(diào)整、與硬件接口程序復(fù)雜、開發(fā)周期長(zhǎng)等問題。LabVIEW為設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器提供了一個(gè)可靠而有效的途徑商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)V12labview虛擬儀器簡(jiǎn)介2.1虛擬儀器特點(diǎn)與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：智能化程度高，處理能力強(qiáng)虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值?？刹僮餍詮?qiáng)，易用靈活虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印、顯示所需的報(bào)表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。2.2虛擬儀器構(gòu)成虛擬儀器的構(gòu)建主要從硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)2個(gè)方面考慮。硬件電路的設(shè)計(jì)主要根據(jù)用戶所面對(duì)的任務(wù)決定，其中接口設(shè)計(jì)可選用的接口總線標(biāo)準(zhǔn)包括GPIB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因?yàn)樗哂型ㄓ眯詮?qiáng)、可擴(kuò)充性好、傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)以及良好的開放性能等優(yōu)點(diǎn)，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀器生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，目前VXI模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器的最理想平臺(tái)，是儀器硬件的發(fā)展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺(tái)的基本組成是一些通用模塊和專用接口。因此硬件電路的設(shè)計(jì)一般可以選擇用現(xiàn)有的各種不同的功能模塊來(lái)搭建。通用模塊包括：信號(hào)調(diào)理和高速數(shù)據(jù)采集；信號(hào)輸出與控制；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。這3部分概括了數(shù)字化儀器的基本組成。將具有一種或多種功能的通用模塊組建起來(lái)，就能構(gòu)成任何商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)VI1一種虛擬儀器。例如使用高速數(shù)據(jù)采集模塊和高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺(tái)示波器、1臺(tái)數(shù)字化儀或1臺(tái)頻譜分析儀；使用信號(hào)輸出與控制模塊和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺(tái)函數(shù)發(fā)生器、1臺(tái)信號(hào)源或1臺(tái)控制器。專用接口是針對(duì)特定用途儀器需要的設(shè)計(jì)，也包括一些現(xiàn)場(chǎng)總線接口和各類傳感器接口。系統(tǒng)的主要硬件包括控制器、主機(jī)箱和儀器模塊。常用的控制方案有GPIB總線控制方式的硬件方案、MXI總線控制方式的硬件方案、嵌入式計(jì)算機(jī)控制方式的硬件方案3種。VXI儀器模塊又稱為器件（devices）。VXI有4種器件：寄存器基器件、消息基器件、存儲(chǔ)器器件和擴(kuò)展器件。存儲(chǔ)器器件不過是專用寄存器基器件，用來(lái)保存和傳輸大量數(shù)據(jù)。擴(kuò)展器目前是備用件，為今后新型器件提供發(fā)展通道。將VXI儀器制作成寄存器基器件，還是消息基器件是首先要做出的決策。寄存器基器件的通信情況極像VME總線器件，是在低層用二進(jìn)制信息編制程序。他的明顯優(yōu)點(diǎn)在于速度寄存器基器件完全是在直接硬件控制這一層次上進(jìn)行通信的。這種高速通信可以使測(cè)試系統(tǒng)吞吐量大大提高。因此，寄存器基器件適用于虛擬儀器中信號(hào)/輸出部分的模塊（如開關(guān)、多路復(fù)用器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出卡、模/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入卡、信號(hào)調(diào)理等）。消息基器件與寄存器基器件不同，他在高層次上用ASCII字符進(jìn)行通信，與這種器件十分相似是獨(dú)立HPIB儀器。消息基器件用一組意義明確的“字串行協(xié)議”相互進(jìn)行通信，這種異步協(xié)議定義了在器件之間傳送命令和數(shù)據(jù)所需的掛鉤要求。消息基器件必須有CPU（或DSP）進(jìn)行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器中數(shù)字信號(hào)處理部分的模塊。軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用軟件（軟面板）。軟件結(jié)構(gòu)如圖1所示。VXI總線接口軟件由零槽控制器提供，包括資源管理器、資源編輯程序、交互式控制程序和編程函數(shù)庫(kù)等。該軟件在編程語(yǔ)言和VXI總線之間建立連接，提供對(duì)VXI背板總線的控制和支持，是實(shí)現(xiàn)VXI系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器的控制與通信的軟件程序，也即模塊的驅(qū)動(dòng)軟件，他的設(shè)計(jì)必須符合VPP的2個(gè)規(guī)范，即VPP3.1儀器驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)和模型和VPP3.2儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)規(guī)范。商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)VII1“軟面板”設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)具有可變性、多層性、自助性、人性化的面板，這個(gè)面板應(yīng)不僅同傳統(tǒng)儀器面板一樣具有顯示器、LED、指針式表頭、旋鈕、滑動(dòng)條、開關(guān)按鈕、報(bào)警裝置等功能部件，而且應(yīng)還具有多個(gè)連貫操作面板、在線幫助功能等。2.3LabVIEW8.5的安裝及應(yīng)用圖1圖2商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)VIII1圖3圖4圖5安裝完畢后，重啟計(jì)算機(jī)，即可使用labview軟件完成設(shè)計(jì)，執(zhí)行功能。商貿(mào)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)IX13系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程模塊圖63.2硬件電路設(shè)計(jì)3.2.1硬件電路基本組成系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，虛擬儀器系統(tǒng)的硬件主要由個(gè)人計(jì)算機(jī)活著工作站和硬件接口模塊組成，其中計(jì)算機(jī)是主體，主要用來(lái)提供實(shí)施高校的數(shù)據(jù)處理性能，硬件接口模塊包括儀器和各種通用接口總線，主要用來(lái)采集，傳輸信號(hào)。儀器硬件，溫度傳感器，插入式數(shù)據(jù)采集卡DAQ，信號(hào)調(diào)理器等，通用總線用來(lái)把獨(dú)立的儀器連接到計(jì)算機(jī)上，目前較為常用的儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)，GPIB儀器控制系統(tǒng)，VXI儀器系統(tǒng)以及三者之間的任意結(jié)合。3.2.2硬件電路基本功能描述此硬件系統(tǒng)主要利用半導(dǎo)體來(lái)調(diào)節(jié)溫度大小，利用溫度傳