【正文】 1 汕 頭 大 學(xué) 工 學(xué) 院 二級 項目報告 項目題目： 基于 labview 的溫度采集系統(tǒng) 指導(dǎo)教師 ： 莊哲民 系 別： 電子工程系 專 業(yè)： 電子信息工程 完成時間： 2020 年 8 月 1 日 至 9 月 10 日 成績： 評閱人： 莊哲民 摘 要 2 虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密的融合在一起，利用計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力實現(xiàn)儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成的一種新的儀器模式。 本設(shè)計采用 USB5935 數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)用虛擬儀器及其相關(guān)技術(shù)于 溫度 采集系統(tǒng)的設(shè)計。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)同時采集、采集數(shù)據(jù)實時顯示、存儲與管理、報警記錄等功能。 本文首先概述了測控技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，探討了虛擬儀器的總線及其標(biāo)準(zhǔn)、框架結(jié)構(gòu)、 LabVIEW 開發(fā)平臺，然后介紹了數(shù)據(jù)采集的 相關(guān)理論，給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。在分析本系統(tǒng)功能需求的基礎(chǔ)上，介紹了程序模塊化設(shè)計中用到的技術(shù)，最后一章給出了本設(shè)計的前面板圖。 關(guān)鍵字 ：虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集； LabVIEW 3 緒 論 引言 測控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國防科技等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認(rèn)為是科學(xué)技術(shù)、國防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。 20 世紀(jì) 70 年代以來，計算機(jī)、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動下，測控儀器與技術(shù)不斷進(jìn)步，相繼誕生了智能儀器、 PC儀器、 VXI 儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機(jī)化儀器及其 自動測控系統(tǒng)，計算機(jī)與現(xiàn)代化儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測控領(lǐng)域和范圍不斷拓寬 [1]。 近年來，以計算機(jī)為中心、以網(wǎng)絡(luò)為核心的網(wǎng)絡(luò)化測控技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)化測控系統(tǒng)得到越來越多的應(yīng)用，尤其是在航空航天等國防科技領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)化的測控系統(tǒng)大體上由兩部分組成：測控終端與傳輸介質(zhì)，隨著個人計算機(jī)的高速發(fā)展，測控終端的位置越來越多的被個人計算機(jī)所占據(jù)，其中，軟件系統(tǒng)是計算機(jī)系統(tǒng)的核心，甚至是整個測控系統(tǒng)的靈魂，應(yīng)用于測控領(lǐng)域的軟件系統(tǒng)稱為監(jiān)控軟件。傳輸介質(zhì)組成的通信網(wǎng)絡(luò)主要完成數(shù)據(jù)的通信與采集，這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個測控系統(tǒng)的主 體，是完成測控任務(wù)的主力。因此，這種“監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”構(gòu)架的測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用，并形成了一套完整的理論 [1]。 課題背景 虛擬儀器（ VI）是計算機(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)展的一個重要方向。 LabVIEW是一個基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。本文重點介紹了虛擬儀器的界面， LabVIEW 應(yīng)用，并設(shè)計了一個基于虛擬儀器的數(shù)字化溫度測量和控制系統(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， 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算機(jī)平臺 ，硬件（包括傳統(tǒng)儀器），軟件，以及各種實現(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)字萬用表，示波器，信號發(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)代實驗帶來了更多實際的利益，同時也促進(jìn)著實驗手段不斷更新 。 本設(shè)計所做的工作 本設(shè)計以 兩 個 獨(dú)立 通道進(jìn)行設(shè)計，從傳感器來的模擬輸入信號，經(jīng)過信號調(diào)理后，輸入到 USB5935 數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過 USB 總線送入 PC機(jī)，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括采樣波形的實時 顯示，并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存， 還有實時報警并記錄處理等功能。 虛擬儀器 4 虛擬儀器技術(shù)概述 虛擬儀器的概念 虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（ National Instruments）最先提出的 [4][5]。所謂虛擬儀器是基于計算機(jī)的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器。 虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。該技術(shù)把儀器分為計算機(jī)、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。虛擬儀器以通用計算機(jī)和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測量儀器（包括 GPIB、 RS232 等傳統(tǒng)儀器以及新型的 VXI 模塊化儀器）為基礎(chǔ)，將儀器硬件連接到各種計算機(jī)平臺上，直接利用計算機(jī)豐富的軟硬件資源，將計算機(jī)硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計、示波器、信號源）等硬件資源與計算機(jī)軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達(dá)、過程通訊以及圖形用戶界面）有機(jī)的結(jié)合起來。 虛擬儀器的特點及優(yōu)勢 虛擬儀器是基于計算機(jī)的功能化硬件模塊和計算機(jī)軟件構(gòu)成的電子 測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心[6][7][8]，如圖 1 所示，其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點之一，有了這一點，儀器的開發(fā)和換代時間將大大縮短。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件（如 GPIB， VXI， RS232， DAQ 板）和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。源代碼庫函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（ VI）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。由于 VI 的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關(guān)鍵的特點，當(dāng)用戶的測試 要求變化時可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。這樣，當(dāng)用戶從一個項目轉(zhuǎn)向另一個項目時，就能簡單地構(gòu)造出新的 VI 系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。 虛 擬 儀 器 開 發(fā) 者虛 擬 儀 器 軟 件 面 板虛 擬 儀 器 軟 件 開 發(fā) 平 臺底 層 驅(qū) 動 程 序硬 件 模 塊虛 擬 儀 器 開 發(fā) 者操 作 系 統(tǒng) 圖 1 虛擬儀器開發(fā)框圖 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。虛擬儀器技術(shù)十分符合國際上流行的“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器” 。它功能強(qiáng)大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等 多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機(jī)參數(shù)、汽油標(biāo)號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風(fēng)格簡約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程。 5 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成 虛擬儀器是基于計算機(jī)的儀器。計算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。這種結(jié)合基本有兩種方式，一種是將計算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn) 含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機(jī)。以通用的計算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，