【正文】 子就是所謂智能化 的儀器。 利用 LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú) 立運(yùn)行的 可執(zhí)行文件 ，它是一個(gè)真正的 32 位 /64 位 編譯器 。使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是 流程圖 或 框圖 。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的 函數(shù)。目前使用較多的是 IEEE488 或 GPIB 協(xié)議。 并且LABVIEW 具有如下特點(diǎn)； 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是 軟件 。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板。 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本 創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 9 LABVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和 BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是 LabVIEW 與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語(yǔ)言 G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 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 《儀器驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)和模型》和 《儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)規(guī)范》。 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）。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。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。 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。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。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。推薦選用 VXI 總線。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。 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。 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)也表明目前測(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)。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。這樣就會(huì)準(zhǔn)確的確定實(shí)際溫度值。本系統(tǒng)有溫度傳感器， 數(shù)據(jù)采集卡 ，和計(jì)算機(jī)組成。 四、集成。得益于 NI 軟件的靈活性 ，只需更新計(jì)算機(jī)或測(cè)量硬件就能以最少的硬件投資和極少的甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)即可改進(jìn)用戶的整個(gè)系統(tǒng)，在利用最新科技的時(shí)候，用戶還可以把他們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加快產(chǎn)品上市時(shí)間。 并且虛擬儀器具有以下優(yōu)點(diǎn)； 一、性能高?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來越多，對(duì)于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。成為農(nóng)民增收的主要手段。采用溫室大棚可以很好地解決這個(gè)問題，并且可以讓土地得到充分的利用。主要是對(duì)溫度控制，在控制溫度時(shí)，控制的只是溫度的改變，而不影響其他因素，要改變其他因素，則要實(shí)施另外的控制過程，才能達(dá)到一定溫度條件下其它相關(guān)環(huán)境因素的配合。 20 世紀(jì) 90年代，在多因子環(huán)境控制中，采用了模糊控制、多變量控制等先進(jìn)技術(shù) ，并采用這些先進(jìn)技術(shù)開發(fā)環(huán)境自動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。智能化溫室系統(tǒng)是集農(nóng)業(yè)科技上的高、精、尖技術(shù)和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)于一體的先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化的物質(zhì)基礎(chǔ)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 80年代采取多因素綜合控制方法，這是利用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境因素的方法。目前日本、荷蘭、以色列、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家可以根據(jù)作物的要求和特點(diǎn)，對(duì)溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進(jìn)行自動(dòng)調(diào)控。 研究 背景 我國(guó)人多，人均占有耕地面積少。 溫室大棚就是建立一個(gè)模擬適合生物生長(zhǎng)的氣候條件，創(chuàng)造一個(gè)人工氣象環(huán)境，來消除溫度對(duì)生物生長(zhǎng)的限制。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 隨著大棚技術(shù)的普及，溫室大 棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制成為一個(gè)難題。 不解決這些問題只會(huì)讓勞動(dòng)人民更加的辛苦 ，所以我們要研究自動(dòng)控制，擺脫簡(jiǎn)單的勞動(dòng)力，一切進(jìn)行機(jī)械化。虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全繼承了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，包括功能卓越的處理器和文件I/O，使用戶在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時(shí)，就能實(shí)時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的分析。 三、開發(fā)時(shí)間少。虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個(gè)集成的軟硬 件概念，隨著產(chǎn)品的功能上不斷趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間， NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。計(jì)算機(jī)主要是進(jìn)行編程，對(duì)溫度進(jìn)行顯示、報(bào)警和控制等；溫度傳感器是對(duì)大棚內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量，顯示； 數(shù)據(jù)采集卡是 讀 取 溫度傳感器的溫度值，并 且 溫度值通過 數(shù)據(jù)采集卡 送入計(jì)算機(jī)；其原理圖如圖 。 需要對(duì) LabVIEW 進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的前面板，對(duì)溫度傳感器進(jìn)行選擇。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。 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) 。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。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。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。這3部分概括了數(shù)字化儀器的基本組成。系統(tǒng)的主要硬件包括控制器、主機(jī)箱和儀器模塊。存儲(chǔ)器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸大量數(shù)據(jù)。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。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。 “ 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 。 的安裝 Labview 如何安裝是我們先要解決的問題，下面是我安裝的截圖，這樣可以系統(tǒng)的反應(yīng)出我們的安裝過程。 與 C 和 BASIC 一樣， LabVIEW 也 是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了 VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活 的軟件。它盡可能利用了技術(shù)人員、 科學(xué)家 、 工程師 所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此，基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 10 LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh的多種版本。隨著計(jì)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。 虛擬儀器 實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。 PC 機(jī)出現(xiàn)以后，儀器級(jí)的計(jì)算機(jī)化成為可能，甚至在 Microsof t 公司的 Windows 誕生之前， NI 公司已經(jīng)在 Macintosh 計(jì)算機(jī)上推出了 以前的版本。 普通的 PC 有一些不可避免的弱點(diǎn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的 VXI 機(jī)箱，再與 計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(fā)展， LABVIEW 在測(cè)試測(cè)量領(lǐng)域獲得了廣基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 11 泛的承認(rèn)。有時(shí)甚至于只需簡(jiǎn)單地調(diào)用幾個(gè)工具包中的函數(shù)，就可以組成一個(gè)完整的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用程序。使用 LabVIEW 可以非常方便的編制各種 控制程序。 兒童教育：由于圖形外觀漂亮且容易吸引兒童的注意力，同時(shí)圖形比文本更容易被兒童接受和理解，所以 LabVIEW 非常受少年兒童的歡迎。除了應(yīng)用于玩具， LabVIEW 還有專門用于中小學(xué)生教學(xué)使用的版本。 LabVIEW 具有良好的平臺(tái)一致性。 首先我們先選好被測(cè)地點(diǎn)，然后再進(jìn)行測(cè)溫。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。消息基接口的作用是通過總線傳送命令，從而控制儀器硬件的操作。整個(gè)控制在傳感器將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào) 數(shù)據(jù)采集卡采集模擬信號(hào) ,轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào) 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)?shù)字信號(hào)讀入計(jì)算機(jī) 在開發(fā)平臺(tái)上設(shè)計(jì)信號(hào)測(cè)量流程和面板 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 14 虛擬儀器軟面板上進(jìn)行操作，通過消息基接口將命令寫在這部分的控制寄存器中，從而設(shè)置計(jì)數(shù)器的初值以及采樣的通道總數(shù)。 （ 5） 采樣方式控制 總結(jié)各種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的采樣方式不外乎軟件觸發(fā)采樣和硬件觸發(fā)采樣。其中溫度傳感器選用DS18B20 智能溫度傳感器，作用是采集大棚內(nèi)的溫度，并進(jìn)行判斷。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 15 (3)支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，最多只能并聯(lián) 8 個(gè)， 實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫，如果數(shù)量過多，會(huì)使供電電源電壓過低，從而造成信號(hào)傳輸?shù)牟环€(wěn)定。 (3)汽車空調(diào)、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。 測(cè)量溫度范圍為 55℃ 至 +125℃ 。 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位 溫度轉(zhuǎn)換為 12位數(shù)字格式最大值為 750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報(bào)警設(shè)置 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng) 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計(jì)提供 9 至 12 位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù) )。這使得溫度傳感器放置在許多不同的地方。該裝置信號(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器 儲(chǔ)存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個(gè)高電平的到來重新充電。這些指令操作作用在沒有一個(gè)器件的 64 位光刻 ROM序列號(hào)，可以在掛在一線上多個(gè)器件選定某一個(gè)器件，同時(shí)，總線也可以知道總線上掛有有多少，什么樣的設(shè)備。溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。通過緩存器讀寄存器。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。 DS18B20 測(cè)溫原理如圖 3所示。計(jì)數(shù)器 1 對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法 計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。當(dāng)單總線上所掛 DS1820 超過8個(gè)時(shí)，就需要解決微處理器的總線驅(qū)動(dòng)問題，這一點(diǎn)在進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí) 要加以注意。這種情況主要是由總線分布電容使信號(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻摹? 測(cè)溫電纜線建議采用屏蔽 4 芯雙絞線，其中一對(duì)線接地線與信號(hào)線，另一組接 VCC 和地線，屏蔽層在源端單點(diǎn)接地。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。 DS18B20 的性能特點(diǎn) ； 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 18 （ 1）、 DS18B20 的供電電壓范圍為 。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù) DS18B20 不會(huì)因發(fā)熱而燒毀。 （ 6）、內(nèi)含 64 位激光修正的只讀存儲(chǔ) ROM，扣除 8 位產(chǎn)品系列號(hào)和 8 位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC）之后，產(chǎn)品序號(hào)占 48 位。 （ 8）、支持多點(diǎn)組 網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)溫度 。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集卡的分類 ； 基于 PC 總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。 還有其它一些專用 I/O板卡，如智能