【正文】 ..................................................................................................... 31 程序調(diào)試技術(shù) ............................................................................................................ 31 系統(tǒng)的運行 ................................................................................................................ 32 總結(jié) .......................................................................................................................................... 34 參考文獻 .................................................................................................................................. 35 附錄 A 系統(tǒng)前面板 ................................................................................................................. 36 附錄 B 程序總圖 ...................................................................................................................... 37 致謝 .......................................................................................................................................... 38 第一章 引 言 研究背景 傳統(tǒng)的溫濕度檢測往往使用普通的儀表 ,溫度計就是最常見的測溫工具 ,通過人工讀數(shù) ?記錄 ?整理數(shù)據(jù) ,繪制曲線和編寫實驗報告 ,為了使結(jié)果準確 ,需要選取較多 測試點 ,造成人員工作 量大 ,數(shù)據(jù)記錄時間長 ,數(shù)據(jù)處理和分析復(fù)雜 ?利用較先進的技術(shù) 實現(xiàn)溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的方法也有很多種 ,如 :基于單片機的溫濕度監(jiān)控 系統(tǒng) 。基于 GSM 的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 。基于虛擬儀器的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)等 ? 利用單片機實現(xiàn)溫濕度的監(jiān)控 ,需要較高的編程水平及嚴謹?shù)倪壿嬎季S ,使用匯編語言或 C 語言進行程序的編輯 ? 基于 GSM 的溫濕度的監(jiān)控系統(tǒng) ,是利用 DSM 短信業(yè)務(wù) ,將待發(fā)消息加上地址發(fā)送到短信中心 ,再由短信中心轉(zhuǎn)發(fā)到最終目的地 ? 本設(shè)計是以 DAQ 采集卡為硬件平臺 ,以 LabVIEW 為軟件平臺 ,實現(xiàn)對環(huán)境溫濕度的檢測 ?基于虛擬儀器的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) ?原理較簡單 ,但功能較強 ,可以對周圍環(huán)境的溫濕度進行采集 ?存儲 ?前面板的顯示 ?上下限的報警以及報警歷史的清 除等 ? 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的意義 日常生活中的很多方面都與溫濕度有關(guān) ,例如 :農(nóng)業(yè)上 ,農(nóng)作物生長需要合適的溫濕度 。圖書館貴重書籍的存放 ,跟溫濕度密切相關(guān) 。軍事上 ,彈藥庫中的彈藥既不能受潮 ,也不能太干燥 ,受潮后影響彈藥質(zhì)量 ,太干燥 ,則可能引發(fā)爆炸 ,造成嚴重的后果 ? 隨著生活質(zhì)量的提高 ,人們越來越追求健康舒適的生活 ,而實現(xiàn)這些目標跟周圍環(huán)境的溫濕度有很大的關(guān)系 ?因此 ,對溫濕度的監(jiān)測是十分必要的 ? 傳統(tǒng)的 人工溫濕度采集方法已經(jīng)不能 滿足人們 的要求 ?計算機溫濕度自動采集不但能夠增加數(shù)據(jù)的可信度和 準確 度 ,而且實時性明顯得到提 高 ,同時 還 減輕了勞動強度 ,提高 了效率 ,排除了 由 技術(shù)水平 ,勞動態(tài)度等人為因素對 采集帶來 的影響 ?如果用人工采集 ,可能 需要 多個 工人在悶熱 ,潮濕 ,高噪聲 等不同惡劣的 環(huán)境中工作 ,而計算機采集 完全可以避免這些問題 ,而 且 可以同時實現(xiàn)存儲 ?顯示 ?制表 ?繪制曲線 ?報警 等 多種功能 ? 虛擬儀器的概況 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 ,人們在監(jiān)控與監(jiān)測生產(chǎn)過程 ?居住環(huán)境 ?生活質(zhì)量等過程中 ,制造了各種各樣科學(xué)儀器 ?這些儀器種類繁多 ?功能千差萬別 ,而其發(fā)展歷程大致可以分為四個階段 ? 第一階段的儀器是模擬式儀器儀表 ?它的主要結(jié)構(gòu)是基于電磁機械式機構(gòu) ,其測量結(jié)果是依靠指針顯示 ,也稱為模擬指針儀表 ? 第二階段是數(shù)字化儀表 ?它們將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號 ,以數(shù)字形式輸出并顯示出結(jié)果 ? 第三階段是智能儀器 ?這種儀器內(nèi)部有微處理器 ,可以進行自動檢測 ,具有一定的數(shù)據(jù)處理能力 ,但是由于功能模塊是 硬件預(yù)固化 的軟件 ,對開發(fā)和應(yīng)用仍不靈活 ? 以上三代儀器 ,對于用戶來說是一個封閉的系統(tǒng) ,儀器的面板 ?旋鈕 ?開關(guān)和顯示方式 ,內(nèi)部電路及儀器所能提供的功能都是固定的 ,與其他設(shè)備的連接也受限制 ?開發(fā)這類儀器需要專門的技術(shù)和高成本的元部件 ,這造成了這類儀器更新周期長 (約 5~6 年 ),價格高 的特點 ?人們一般把這類儀器稱為傳統(tǒng)儀器 ? 隨著計算機硬件技術(shù) ?軟件技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟 ,全新概念的第四代儀器 —— 虛擬儀器出現(xiàn)了 ? 1986 年美國國家儀器公司 (NI)首先提出了虛擬儀器的概念 ,那時計算機測控系統(tǒng)在國防 ?航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展 ?PC 機出現(xiàn)以后 ,儀器級的計算機化成為可能 ,甚至在 Microsoft 公司的 Windows 誕生之前 ,NI 公司已經(jīng)在 Macintosh 計算機上推出了 以前的版本 ?目前 LabVIEW 的最新版本為 ,LabVIEW 為多 線程功能添加了 更多特性 ,這種特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入 ? 虛擬儀器作為一種基于計算機的自動化檢測儀器系統(tǒng) ,是現(xiàn)代計算機技術(shù)和儀器技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物 ,也是當(dāng)今計算機輔助測試領(lǐng)域的一項重要技術(shù) ?它利用加在計算機上的一組軟件與儀器模塊相連接 ,以計算機為核心 ?充分利用計算機強大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力提供對測量數(shù)據(jù)的分析和顯示 ?虛擬儀器的構(gòu)成 ,如圖 所示 : 顯 示 器信 號 分 析 及 處 理數(shù) 據(jù) 發(fā) 生器A / D 轉(zhuǎn) 換 器D / A 轉(zhuǎn) 換 器信 號 調(diào) 理器信 號 調(diào) 理器信 號 調(diào) 理器各 類 接 口人 機 接 口信 號 輸 入信 號 輸 出 圖 虛擬儀器的構(gòu)成 NI 提出的 “軟件即儀器”的口號 ,徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產(chǎn)廠家定義 ,用 戶無法改變的模式 ,利用虛擬儀器 ,用戶可以很方便地組建自己的自動檢測系統(tǒng) ? 顯然 ,與傳統(tǒng)儀器相比 ,虛擬儀器具有以下特點 : ,突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理 ?顯示 ?存儲等方面的限制 ,大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能 ? 2. 利用計算機豐富的軟件資源 ,實現(xiàn)了部分硬件的軟件化 ,增加了系統(tǒng)的靈活性 ?通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法 ,可以實時 ?有效地對測試數(shù)據(jù)進行各種分析與處理 ?同時 ,利用圖形用戶界面技術(shù)使得人機交互方便 ? ,硬件實現(xiàn)了模塊化 ?系列化 ,提高了系統(tǒng)的可靠 性 ,改變 了系統(tǒng)的易維護性 ? ,具有方便 ?靈活的互聯(lián)能力 ,廣泛支持各種工業(yè)總線的標準 ?因此 ,利用 VI 技術(shù)可方便地構(gòu)建自動測試系統(tǒng) ,實現(xiàn)測量 ?控制過程的智能化 ?網(wǎng)絡(luò)化 ? ?虛擬儀器的硬件 ?軟件都具有開放性 ?互換性及可重復(fù)使用等特點 ?用戶可根據(jù)自己的需要 ,選擇不同廠家的產(chǎn)品 ,使儀器系統(tǒng)的開發(fā)更為靈活 ,效率更高 ,系統(tǒng)組建的時間更短 ? 虛擬儀器的發(fā)展前景 自 從虛擬儀器的概念提出后 ,虛擬儀器技術(shù)迅速得到了發(fā)展 ,在科研 ?開發(fā) ?測量 ?計量 ?測控等領(lǐng)域得到了廣泛的 應(yīng)用 ?它的發(fā)展大致可分為四個階段 ? 第一階段稱為初級虛擬儀器 ?初級虛擬儀器是利用計算機來增強傳統(tǒng)儀器的功能 ?隨著 GPIB總線標準的確立 ,人們把傳統(tǒng)儀器通過 GPIB 和 RS232C同計算機連接 ,從而可以用計算機來控制儀器 ? 第二階段稱為開放式虛擬儀器 ?插入式數(shù)據(jù)處理卡的出現(xiàn) ,如基于臺式計算機 PCI 總線的數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ),基于筆記本計算機 PCMCIA 總線的數(shù)據(jù)采集卡 ,使得虛擬儀器進入了開放式時代 ? 第三階段稱為虛擬儀器框架 ?由我國自主提出的“框架協(xié)議”開發(fā)系統(tǒng) ,利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)封裝出虛擬儀器的功能庫 ?控件庫 ?開發(fā)系統(tǒng) ?幫助模塊等 ,用戶利用這一系統(tǒng)幾乎可以“零編程”地開發(fā)出虛擬儀器 ? 第四階段稱為網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器 ?隨著遠程 ?復(fù)雜 ?大范圍的測控任務(wù)的需求越來越大 ,網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器就應(yīng)運而生了 ,這就是所謂的“儀器流技術(shù)” ?以 PC 機和工作站為基礎(chǔ) ,通過 Inter 網(wǎng)進行遠程控制 ,不僅可以充分利用儀器資源 ?降低檢測成本 ,也可以提高測控系統(tǒng)的功能 ,拓展其應(yīng)用范圍 ? 目前 ,虛擬儀器已經(jīng)形成了一個很龐大的產(chǎn)業(yè)市場 ,國外生產(chǎn)虛擬儀器的廠家有 NI公司 ?HP 公司 ?Tektronix 公司等 ?我國目前有許多科研機構(gòu)和高校均在進行虛擬儀 器技術(shù)研究 ,雖然我國在虛擬儀器領(lǐng)域起步較晚 ,但與發(fā)達國家差距并不太大 ?我們應(yīng)該抓住機會 ,通過學(xué)習(xí)先進國家的技術(shù) ,努力提高我國虛擬儀器的技術(shù)水平 ? LabVIEW 簡介 當(dāng)前 ,在使用比較廣泛的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺中 ,NI 公司的 LabVIEW 是最具代表性的圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺 ? LabVIEW 的功能與特點 LabVIEW 與其他計算機 語言的顯著區(qū)別是 :其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼 ,而 LabVIEW使用的是圖形化編輯語言 G編寫程序 (VI),產(chǎn)生的程序是框圖的形式 ? 與 C 和 BASIC 一樣 ,LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng) ,有一個 可以 完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫 ?LabVIEW 的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集 ?GPIB?串口控制 ?數(shù)據(jù)分析 ?數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等 ?LabVIEW 也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具 ,如設(shè)置斷點 ?以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序 (子 VI)的結(jié)果 ?單步執(zhí)行等等 ,便于程序的調(diào)試 ? 由于虛擬儀器的延伸和發(fā)展 ,使得 LabVIEW 的應(yīng) 用變得越來越廣泛 。反過來 ,也是因為 LabVIEW 的成功 ,才使得虛擬儀器在學(xué)術(shù)界和工程界被廣泛接受 ? 作為一種軟件工具語言 ,具有以下這些特點 : ?LabVIEW 采用專為工程師和科學(xué)家而設(shè)計的直觀的圖形化編程語言 ?它盡可能利用了技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語 ?圖標和概念 ?在測試系統(tǒng)的開發(fā)過程中設(shè)計人員基本上不寫程序代碼 ,取而代之的是圖形化符號 ?因此 ,可以方便迅速的建立自己的虛擬儀器系統(tǒng) ? ?LabVIEW 提供了用于輸入 /輸出 ?控制 ?分析和數(shù)據(jù)顯示的數(shù)百個內(nèi)置函數(shù) ?這些函數(shù)可以直接調(diào)用 ,從而可以大大提高工作效率 ? ?可通過設(shè)置斷點 ?單步運行 ?高亮執(zhí)行及設(shè)置探針等程序調(diào)試手段來檢查程序設(shè)計中的錯誤 ? ?用戶在使用 LabVIEW 的時候 ,可以調(diào)用其他軟件開發(fā)編譯模塊 ? ?LabVIEW 提供了 Windows?UNIX?Linux?Macintosh 等多種版本 ,并且在不同平臺上開發(fā)應(yīng)用程序時 ,可直接進行移植 ? Inter 功能 ?支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 ,易于構(gòu)建基于計算機網(wǎng)絡(luò)的測試系統(tǒng) ? LabVIEW 程序構(gòu)成與模塊簡介 LabVIEW 的核心是 VI(G 語言編寫的程序 )?該 環(huán)節(jié) 包含三個部分 :程序前面板 (Front Panel)?程序框圖 (Block Diagram)和圖標 /連接端口 (Icon/Connector)?程序前面板 用于 設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量 ,用于模擬真實儀表的前面板 ?在程序前面板上 ,輸入量被稱為控件 (Controls),模擬了儀