基于labview的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、摘 要：基于虛擬儀器技術(shù)，利用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了溫度測(cè)量系統(tǒng)， 詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)方法。該系統(tǒng)可改善工作條件、降低成本，提高效率。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;溫度測(cè)量Abstract: By use of LabVIEW software, the temperature measuring system based on virtual instrument technique is designed. The paper introduced the design of software and hardware in detail. It can be impr

2、ove work condition, lower the cost, and raise the efficacy.Key Words: Virtual Instrument; LabVIEW; temperature measuring0 引言溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過(guò)程都是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的，需要測(cè)量溫度和控制溫度的場(chǎng)合極其廣泛。目前的溫度測(cè)量控制系統(tǒng)常采用單片機(jī)控制，該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，但其編程復(fù)雜，控制不穩(wěn)定，系統(tǒng)的精度不高。而利用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的溫度測(cè)量系統(tǒng)，采用普通PC機(jī)為主機(jī)，利用圖形化可

3、視測(cè)試軟件LabVIEW為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，來(lái)監(jiān)測(cè)溫度變化情況，采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、存儲(chǔ)、顯示等。設(shè)備成本低，使用方便靈活，適用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和教學(xué)。1 虛擬儀器技術(shù)與LabVIEW簡(jiǎn)介虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)三大核心技術(shù)，其中虛擬儀器是虛擬技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。虛擬儀器（Virtual Instrument,簡(jiǎn)稱VI）是突破傳統(tǒng)儀器概念的最新一代測(cè)量?jī)x器，它利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件，由用戶自己定義來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和控制的應(yīng)用。其本質(zhì)特征是：“軟件就是儀器”。它是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀

4、等;可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng);可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)具有性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開(kāi)發(fā)時(shí)間少和出色的集成四大優(yōu)勢(shì)，使其成為現(xiàn)代測(cè)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)）是一個(gè)程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。它使用圖形化編程語(yǔ)言G在流程圖中創(chuàng)建源程序，而非使用基于文本的語(yǔ)言來(lái)產(chǎn)生源程序代碼。LabVIEW還整合了諸如滿足 GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及數(shù)據(jù)采集卡等硬件通訊的全部功能。內(nèi)置了便于TCP/IP、Active X等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。 LabVIEW程序被

5、稱為虛擬儀器（VIs），是因?yàn)樗鼈兊耐庥^和操作能模仿實(shí)際的儀器。即使用戶沒(méi)有多少編程經(jīng)驗(yàn)，同樣也能利用LabVIEW來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)虛擬儀器測(cè)溫系統(tǒng)是用虛擬儀器技術(shù)改造傳統(tǒng)的測(cè)溫儀，使其具有更強(qiáng)大的功能。系統(tǒng)框架如圖1所示，儀器系統(tǒng)通過(guò)前端感溫裝置的傳感元件，將被測(cè)對(duì)象的溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流等模擬信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡采集的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計(jì)算機(jī)總線，在PC機(jī)內(nèi)利用已經(jīng)安裝的虛擬儀器軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的各種處理。圖1 溫度測(cè)量系統(tǒng)原理框圖基于虛擬儀器技術(shù)的測(cè)溫

6、系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)由前端感溫裝置（溫度傳感器）、數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)系統(tǒng)等組成，主要實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)采集、轉(zhuǎn)化、處理等功能。圖2 測(cè)溫系統(tǒng)硬件電路原理圖本系統(tǒng)前端感溫裝置采用熱敏電阻，熱敏電阻RT1與R1串聯(lián)分壓，電路輸出電壓與溫度成正比。傳感器通常輸出的信號(hào)較小，必須采用合適的信號(hào)調(diào)理電路（如放大），盡量減小量化誤差。當(dāng)溫度變大時(shí)，熱敏電阻RT1電阻變小，在分壓點(diǎn)產(chǎn)生一線性電壓，經(jīng)電壓跟隨器保持后，經(jīng)過(guò)LM324進(jìn)行一級(jí)和二級(jí)放大，輸出一個(gè)正向、與溫度變化大小成正比的線性電壓。測(cè)量電路輸出的模擬電壓送入數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)再輸入PC機(jī)。2.2 軟件系統(tǒng)

7、設(shè)計(jì)軟件部分主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理、報(bào)警、顯示等功能，具體實(shí)現(xiàn)采集卡參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)標(biāo)定、實(shí)時(shí)顯示、溫限設(shè)定及報(bào)警和人機(jī)交互等功能。（1） 傳感器的標(biāo)定傳感器的標(biāo)定是通過(guò)實(shí)驗(yàn)以建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。標(biāo)定是儀器儀表在設(shè)計(jì)完成后，正式使用前必須要經(jīng)過(guò)的一道校驗(yàn)程序。對(duì)于虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)而言，標(biāo)定就是為了獲得電壓和被測(cè)物體溫度的函數(shù)關(guān)系，以便通過(guò)電壓計(jì)算出溫度。熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、重量輕、使用壽命長(zhǎng)，適于遠(yuǎn)距離測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，但其非線性誤差較大，穩(wěn)定性稍差，所以必須進(jìn)行標(biāo)定。通過(guò)曲線擬合法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，即可求出測(cè)溫范圍內(nèi)任一電壓對(duì)應(yīng)的溫度。（2） 前面板設(shè)計(jì)用戶界面（前面板）是

8、虛擬儀器的重要組成部分，儀器參數(shù)的設(shè)置、測(cè)試結(jié)果顯示等功能都是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)，因此要求軟件界面簡(jiǎn)單直接，便于使用。本系統(tǒng)采用LabVIEW8.2軟件設(shè)計(jì)了用戶界面如圖3所示。該界面可顯示經(jīng)傳感器檢測(cè)、數(shù)據(jù)卡采集并轉(zhuǎn)換得到的電壓波形的變化，同時(shí)將標(biāo)定后得到的溫度值分別用波形、指針和數(shù)值三種方式顯示出來(lái)，適應(yīng)不同用戶的需求，通過(guò)布爾量開(kāi)關(guān)設(shè)置超限報(bào)警指示。圖3 系統(tǒng)前面板（用戶界面）（3） 程序框圖設(shè)計(jì)LabVIEW的源程序?yàn)榭驁D式的，且提供了非常豐富的庫(kù)函數(shù)，從數(shù)據(jù)采集到儀器控制，從信號(hào)產(chǎn)生到信號(hào)處理，從數(shù)據(jù)分析到圖形顯示，從文件讀寫到網(wǎng)絡(luò)通信，多種多樣，大大提高了用戶編程的效率，減輕了編程工作量

9、。本系統(tǒng)程序框圖設(shè)計(jì)主要包括設(shè)備初始化、AD部件初始化、模擬數(shù)據(jù)讀取、電壓-溫度轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示、超限報(bào)警、AD部件釋放、設(shè)備釋放等模塊，其中有些模塊直接調(diào)用LabVIEW中的子模塊（庫(kù)函數(shù)），如乘法、減法、比較超限與否、定時(shí)器等;還有些如Create/Release ID、 AD Int/Read/Close等模塊由用戶自定義設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。具體流程圖和程序框圖見(jiàn)圖4、圖5。圖4 系統(tǒng)流程圖圖5 測(cè)溫系統(tǒng)程序框圖4 結(jié)束語(yǔ)利用LabVIEW軟件實(shí)現(xiàn)了虛擬溫度測(cè)量系統(tǒng)，改善了工作條件，提高了精度，節(jié)約了時(shí)間，降低了成本。該系統(tǒng)的擴(kuò)展性很強(qiáng)，可進(jìn)一步擴(kuò)充其功能，如實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度遠(yuǎn)程測(cè)控等。該系統(tǒng)構(gòu)建測(cè)控系統(tǒng)的方法，可推廣到類似的應(yīng)用中，有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文創(chuàng)新點(diǎn)在于：采用虛擬儀器構(gòu)建了溫度測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測(cè)溫的智能化，精度高，成本低，通用性和擴(kuò)展性強(qiáng)。參考文獻(xiàn)：1 National Instruments LabVIEW Basic I, National Instruments,汪敏生等譯著，LabVIEW基礎(chǔ)教程，北京，電子工業(yè)出版社，2002年。2 秦樹(shù)人主編，