【正文】 向幾何、機(jī)械參量等難點領(lǐng)域發(fā)展 應(yīng)用虛擬儀器進(jìn)行幾何量和機(jī)械參量測量的難度要高于電參量的測量，這是因為傳感器和被測工件需要按照測量基準(zhǔn)保持嚴(yán)格的相對位置關(guān)系，這種虛擬儀器不同其它參量的測量，它一般需要專用的定位機(jī)構(gòu)和傳動機(jī)構(gòu)。在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用場合，多任務(wù)并行是經(jīng)常要解決的問題，然而基于 Windows 操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序并不能真正實現(xiàn)實時多任務(wù)并行處理，但是基于 Linux內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 操作系統(tǒng)的應(yīng)用程序卻更容易滿足上述要求，這是因為 ： ⑴ Linux 是真正的多任務(wù)的操作系統(tǒng)，可以同時執(zhí)行幾個程序。 ⑶ 在 Linux 平臺上幾乎能使用所有流行的開發(fā)軟件，如 C++、 FORTRAN、 JAVA 等 。因此基于 Linux操作系統(tǒng)的虛擬儀器更容易滿足多任務(wù)并行處理及現(xiàn)場檢測和控制要求。 虛擬儀器的各種優(yōu)點讓用戶可以放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測量設(shè)備，接受更新型、以計算機(jī)為基礎(chǔ)的虛擬儀器系統(tǒng)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了虛擬儀器的產(chǎn)生及其產(chǎn)生背景，并且給出詳細(xì)的介紹，同時介紹了虛擬 儀器 圖形化程序設(shè)計的步驟 。 結(jié)合傳感器技術(shù) 、 數(shù)據(jù)采集技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)開發(fā)設(shè)計了一種基于 虛擬儀器 的智能 電子秤 ， 該系統(tǒng)采用普通 PC 機(jī)為主機(jī) ， 利用圖形化可視測試軟件 Labview 為軟件開發(fā)平臺 ， 將被測重量轉(zhuǎn)換處理進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ， 實時進(jìn)行處理 、 顯示 [4]。 電子秤的原理框圖 本系統(tǒng)主要由壓力傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)組成 ,原理框圖如圖 所示 [4]。 當(dāng)電阻應(yīng)變式傳感器在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械形變時，其電阻值也相應(yīng)發(fā)生變化，其電阻變化與應(yīng)變的關(guān)系為 ： ΔR/R=K0ε， 其中 K0為靈敏系數(shù)，由金屬材料決定； ε為應(yīng)變，當(dāng)壓力 F 在一定范圍內(nèi)時， ε以一個常數(shù)正比于 F，應(yīng)變由物體質(zhì)量產(chǎn)生的荷重而形成，因此可得 ： m=ɑF+b (a,b 為常數(shù) ) [4]。利用隔離技術(shù)，可以測量帶有較高的共模電壓的信號 。 數(shù)據(jù)采集參數(shù) 模擬輸入 ⑴ 通道數(shù) 對于采用單端和差分兩種輸 入方式的設(shè)備，模擬輸入通道數(shù)可以分為單端輸入通道數(shù)和差分輸入通道數(shù)。對于差分輸入，每一個輸入信號都有自有的基準(zhǔn)地線；由于共模噪聲可以被導(dǎo)線所消除，從而減小了噪聲誤差。 ⑷ 分辨率 模數(shù)轉(zhuǎn)換器用來表示模擬信號的位數(shù)即是分辨率。由于具有這種靈活性，可以使信號的范圍匹配 ADC 的輸入范圍，從而充分利用測量的分辨率。因此，一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器在一個小的穩(wěn)定時間和一個高的轉(zhuǎn)換速率下可產(chǎn)生高頻率的信號，這是因為輸出信號精確地改變至一個新的電壓值這一過程所需要的時間極短。對于要求動態(tài)范圍寬、增量小的模擬輸出應(yīng)用，需要有高分辨率的電壓輸出。 數(shù)字 I/O（ DIO） DIO 接口經(jīng)常在 PC 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用，它被用來控制過程、產(chǎn)生測試波形、與外圍設(shè)備進(jìn)行通信。 定時 I/O 計數(shù)器 /定時器在許多應(yīng)用中具有很重要的作用，包括對數(shù)字事件產(chǎn)生次數(shù)的計數(shù)、數(shù)字脈沖計時，以及產(chǎn)生方波和脈沖。 ⑶采樣 /保持器 采樣 /保持器取出 被 測信號在某一瞬時的值，即實現(xiàn)信號的時間離散化，并在 A/D轉(zhuǎn)換過程中保持信號不變。其他相關(guān)電路，如定時 /計數(shù)器、總線接口電路等也集成在一塊電路板上，完成對信號數(shù)據(jù)的采集、內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 放大及模 /數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。10V 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 數(shù)據(jù)采集 卡 的。 圖 PCI6221 引腳圖 其主要特性如下： 模擬 輸入： 16 路模擬輸入 模擬輸出： 2 路模擬輸出 數(shù)字 I/O： 24 路數(shù)字 I/O 計數(shù)器 /定時器 ： 2 個 32 位的計數(shù)器 /定時器 分辨率： 16 位分辨率 采樣率 ： 250ks/s 采樣速率 更新速率： 833ks/s 觸發(fā)方式：數(shù)字觸發(fā) 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 輸入范圍： 177。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，通常將采樣 /保持器 同 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在一塊芯片上。 ⑵放大器 放大器將待采集信號放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。因為上述設(shè)備常以 1 個字節(jié)（ 8 位）來傳送數(shù)據(jù)，插入式 DIO設(shè)備的數(shù)字線常排列為 8 位一組，許多具有數(shù)字能力的板卡具有帶同步通信功能的握手電路。數(shù) 字觸發(fā)使用外部數(shù)字脈沖來同步采集與電壓生成。 它是產(chǎn)生模擬輸出的數(shù)字碼的位數(shù)。 ⑵ 轉(zhuǎn)換速率 轉(zhuǎn)換速率是指數(shù)模轉(zhuǎn)換器所 產(chǎn)生的輸出信號的最大變化速率。 ⑸ 量程 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 量程是模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以量化的最小和最大電壓值。一個高采樣速率可以在給定時間下采集更多數(shù)據(jù)，因此能更好地反映原始信號。這種輸入方法主要應(yīng)用于輸入信號電壓較高，信號源到模擬輸入硬件的導(dǎo)線較短，且所有的輸入信號共用一個基準(zhǔn)地線。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ⑸ 校準(zhǔn) 校準(zhǔn)通過調(diào)整數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來補(bǔ)償傳感器或測量硬件中的不平衡，來提高測量精度。 ⑵衰減 衰減降低輸入信號的幅度以落入數(shù)字化 儀輸入范圍，從而可以利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來測量高電壓信號。電阻應(yīng)變片壓力傳感器是國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的一種，它具有精度高、測量范圍廣、頻響特性好等優(yōu)點。 它不僅提供了幾乎所有經(jīng)典的信號處理函數(shù)和大量現(xiàn)代的高級信號分析工具 ， 而且 Labview 程序還很容易和各種數(shù)據(jù)采集硬件集成 ， 可以和多種主流的工業(yè)現(xiàn)場總線通信以及與大多數(shù)通用標(biāo)準(zhǔn)的實時數(shù)據(jù)庫鏈接 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第四章 基于虛擬儀器的電子秤設(shè)計 —— 硬件部分 電子秤是各行業(yè)對物料進(jìn)行計量或工礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中對物料重量進(jìn)行各種控制的新一代重量計量器具 。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強(qiáng)大功能推向一個新的水平。隨著 PC、半導(dǎo)體和軟件功能的進(jìn)一步更新，未來虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展將為測試系統(tǒng)的設(shè)計提供一個極佳的模式，并且在測量和控制方面都有無以倫比的強(qiáng)大功能和靈活性。 Linux 會盡量把不同的內(nèi)存作 buffer（緩沖區(qū)）來使用，因此RAM 的大小決定運行速度。 ⑵ Linux 操作系統(tǒng)是一個多用戶操作系統(tǒng)。 基于 Linux 操作系統(tǒng)的虛擬儀器 目前主流的虛擬儀器主要是基于 Windows 操作系統(tǒng)。它們在傳統(tǒng)的 測量儀器、測 控模塊、傳感器上加裝了本地處理器和通訊接口，其主要任務(wù) 是：①數(shù)據(jù)采集和處理；②測試數(shù)據(jù)交換；③測控過程監(jiān)控、故障診斷；④測試信息存儲。 虛擬儀器的發(fā)展前景 網(wǎng)絡(luò)化 網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器是虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 虛擬儀器的特點 從組成結(jié)構(gòu)來看，虛擬儀器的特點 ⑴ 虛擬儀器的硬件是通用的（包括通用計算機(jī)硬件平臺和通用的測量功能硬件）； ⑵ 良好的人機(jī)界面； ⑶ 功能強(qiáng)。這是虛擬儀器的優(yōu)點之一，它可以方便地使用戶根據(jù)自己的需要，自己的風(fēng)格建立自己的測試儀器。 Labview 依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計的概念。在流程圖中使用選擇工具或連線工具，在連線上點擊鼠標(biāo)右鍵，在連線的彈出式菜單中選擇“探針”命令，同樣可以為該連線加上一個探針 。 ⑷ 探針 可用探針工具來查看當(dāng)流程圖程序流經(jīng)某一根連接線時的數(shù)據(jù)值。斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為紅框，對于連線表示為紅點。這樣，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。這時該按鈕被稱作錯誤列表。 ⑶ 功能模板 功能模板是創(chuàng)建流程圖程序的工具。當(dāng)從 Windows 菜單下選擇了Show Help Window 功能后，把工具模板內(nèi)選定的任一種工具光標(biāo)放在流程圖程序的子程序或圖標(biāo)上，就會顯示相應(yīng)的幫助信息。這些模板集中反映了該軟件的功能與特征。 ⑷ 數(shù)據(jù)流程序設(shè)計： Labview 軟件中程序的執(zhí)行順序由各方塊中的數(shù)據(jù)流決定，也可以建立同步操作的流程圖。 Labview 是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。美國國家儀器公司的軟件產(chǎn)品也創(chuàng)造了整體的虛擬儀器框架，它把離硬件較近的接口程序和高 級應(yīng)用程序以及專門儀器的轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序組合起來。 第三階段 :VI 框架的廣泛認(rèn)同和采用 。就類似于 PC 機(jī)的擴(kuò)展槽，許多儀器內(nèi)的特殊功能，如 A/D、 D/A、數(shù)字 I/O、時間 I/O 組件都是模塊化的功能塊，能夠直接插在儀器內(nèi)部的擴(kuò)展槽內(nèi)，與處理器總線相連。 隨著插入式計算機(jī)數(shù)據(jù)處理 卡和儀器總線標(biāo)準(zhǔn)這兩大測試技術(shù)的確立， 新的儀器構(gòu)成得以開放。 GPIB 總線標(biāo)準(zhǔn)的確立，使得 PC 機(jī)和外界通信成為可能，用戶便可以使用 PC 機(jī)來控制儀器，并且隨著個人 PC 機(jī)系統(tǒng)性價比的不斷飛升，用 PC 機(jī)控制測控儀器成為一種趨勢。 1990年代，虛擬儀器得到業(yè)界廣泛認(rèn)可和應(yīng)用，相繼推出了基于 GPIB總線、 PCDAQ和 VXI 總線、 PXI 總線等多種虛擬儀器系統(tǒng)。這與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，虛擬制造技術(shù)有著相擬的特點。 九十年代中期，個人計算機(jī) CPU 時鐘頻率已達(dá) 100MHz 以上，以 64 位二進(jìn)制進(jìn)行運算， 運算速度和精度有了極大提高，價格亦大幅降低，硬件接口進(jìn)一步趨于標(biāo)準(zhǔn)化，廠商在出售可程控儀器的同時也提供其驅(qū)動軟件。但由于儀器的功能基本上由廠家規(guī)定，用戶難以擴(kuò)充，且儀器的研制開發(fā)周期長，壽命短，價格昂貴?？墒遣痪?，匯編語言問世了，給計算機(jī)的世界投下了一縷曙光。 本章小結(jié) 我國的電子 秤 要打入國際市場 ， 參與國際競爭 ， 就必須執(zhí)行國際法制計量組織制定的國際建議并要有國際水平的技術(shù)與裝備、有國際水平的質(zhì)量。例如， 可以按稱重傳感器的工作原理分類，可以按儀表顯示方法分類，也可以按稱體結(jié)構(gòu)形式分類等等 [2]。為了適應(yīng)各種應(yīng)用的需要 ， 當(dāng)前稱重儀表發(fā)展的一個趨勢是 ： 通過硬件或軟件的積木式組合來實現(xiàn)不同的功能需求。這些新技術(shù)的采用 ， 進(jìn)一步提高了稱重儀表的性能和可靠性 ， 并為儀表小型化創(chuàng)造了有利條件。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 稱重儀表 稱重儀表從早期的模擬式儀表 ， 發(fā)展到現(xiàn)在的微機(jī)式儀表。 ⑷ 懸浮式秤架 [1] 懸浮式秤架類似靜態(tài)稱重的稱重平臺 ， 稱重平臺上支撐了一組或幾組稱量托輥 ， 它的特性優(yōu)于上述其他各種結(jié)構(gòu)形式的秤架。傳感器內(nèi)裝有溫度傳感器 ， 溫度補(bǔ)償靈敏度 可達(dá) 1 %/ ℃ ； 非位移式測量原理 ， 測量過程幾乎無位移發(fā)生 ， 不影響秤架的校準(zhǔn)狀態(tài) ； 有動態(tài)過載保護(hù)裝置 ； 最多 15 臺傳感器可在同一根串行總線上傳遞信號 ， 最大傳送距離為 500 m ， 因此 ， 這種稱重傳感器是未來傳感器發(fā)展的一個方向。電阻應(yīng)變式稱重傳感器用于靜態(tài) 、 動態(tài)條件下質(zhì)量或力的測量 ， 在工業(yè)生產(chǎn)過程檢測 、 控制 、 自動稱量等領(lǐng)域已大量應(yīng)用。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 電子秤系統(tǒng)組成、分類、特點 電子秤是配有電子稱量裝置的衡器，主要由稱重傳感器、承載器 (俗稱秤架 )、稱重儀表 3 部分組成。對某些商用電子計價秤而言，只具備稱重、計價、顯示、打印功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，現(xiàn)代商業(yè)系統(tǒng)還要求它能提供各種銷售信息，把稱重與管理自動化緊密結(jié)合，使稱重、計價、進(jìn)庫、銷售管理一體化，實現(xiàn)管理自動化。使電子衡器在原有功能的基礎(chǔ)上，增加推理、判斷、自診斷、自適應(yīng)、自組織等功能，這就是當(dāng)今市場上采用微機(jī)化稱重顯示控制器的電子衡器與采用智能化稱重顯示控制器的電子衡器的根本區(qū)別。 如秤體與稱重傳感器一體化的便攜式靜動態(tài)電子輪軸秤，多用硬鋁合金厚板制成。當(dāng)然在實際應(yīng)用中，根據(jù)各行業(yè)用戶的需要，選擇其中 10 余種常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格即可。對中等或較大容量的電子平臺秤、電子地 秤 ，已經(jīng)出現(xiàn)了采用方形或長方形閉合截面的薄壁型鋼，并聯(lián)排隊列焊接成一個整體的竹排式結(jié)構(gòu)的秤體， 4 個稱重傳感器分別安裝在最外邊兩根薄壁型鋼兩端的切口內(nèi)，安裝在稱重傳感器承力點上的固定支承就是秤體的承力支點，既減化了承力傳力機(jī)構(gòu)，又節(jié)省了秤體高度，這是一種很有發(fā)展前途的秤體結(jié)構(gòu)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 小型化 體積小、高度低、重量輕，即小、薄、輕。電子衡器制造技術(shù)及應(yīng)用得到了新發(fā)展。被廣泛應(yīng)用于煤炭、石油、化工、電力、輕工、冶金、礦山、交通運輸、港口、建筑、機(jī)械制造和國防等各個領(lǐng)域。 Labview。 基于 虛擬儀器 設(shè)計了電子秤系統(tǒng) ， 闡述了系統(tǒng)硬件電路構(gòu)成 、 軟件設(shè)計思想和具體實現(xiàn) 。 ：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 作者簽名： 日 期： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作 者 簽 名： 日 期：