【正文】 到 準(zhǔn) 確 的 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 的 定 義 。自動監(jiān)測系統(tǒng)可以減少配備人員的數(shù)量并提高監(jiān)測業(yè)務(wù)的效率 [3]。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。虛擬儀器改變了傳統(tǒng)測量儀器的概念、模式和結(jié)構(gòu)，用戶完全可以自己定義一起的功能和參數(shù)，即“軟件即是儀器” ，虛擬儀器以其特有的優(yōu)勢顯示了強(qiáng)大的生命力 [2]。6 課題的提出與意義壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個(gè)重要參數(shù),準(zhǔn)確地測量壓力進(jìn)而控制壓力,對保證設(shè)備安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要意義。但由于弊端的傳統(tǒng)手段，如價(jià)格昂貴、功能單一、可擴(kuò)展性不好等，很難滿足業(yè)界的要求。 課題的實(shí)現(xiàn)對于本課題，有很多的實(shí)現(xiàn)方法，然而對于我來講因?yàn)橘Y金與實(shí)驗(yàn)條件的多種限制，使我只能用很簡單的方式來模擬這種壓力監(jiān)測。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。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、圖標(biāo)和概念，因此，Labview 是一個(gè)面向最終用戶的工具。整體設(shè)計(jì)思路如下：利用壓力傳感器監(jiān)測壓力信號此信號為模擬信號，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行 A/D 信號轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入 PC 機(jī)。對于虛擬儀器 LABVIEW，軟件才是它的核心。這些功能主要通過 Labview 軟件實(shí)現(xiàn)的。信號輸入輸出信號數(shù)據(jù)采集 PC 機(jī)LABVIEW圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖利用壓力傳感器，傳感器輸出的信號送入電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入數(shù)據(jù)采集卡將模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并輸入到 PC 機(jī)中，然后利用 PC 機(jī)中的 LABVIEW 圖形化編程軟件將輸入的電壓信號處理輸出并且顯示，并對信號進(jìn)行分析對超限信號起到報(bào)警功能，數(shù)據(jù)可由 EXCEL 生成報(bào)表。 瓷 壓 力 傳 感 器 抗 腐 蝕 的 陶 瓷 壓 力 傳 感 器 沒 有 液 體 的 傳 遞 ， 壓 力 直 接 作 用 在陶 瓷 膜 片 的 前 表 面 ， 使 膜 片 產(chǎn) 生 微 小 的 形 變 。 其 中 石 英 （ 二 氧 化 硅 ） 是 一 種 天 然 晶 體 ， 壓 電 效 應(yīng) 就 是 在 這 種 晶 體中 發(fā) 現(xiàn) 的 ， 在 一 定 的 溫 度 范 圍 之 內(nèi) ， 壓 電 性 質(zhì) 一 直 存 在 ， 但 溫 度 超 過 這 個(gè) 范 圍 之 后 ，壓 電 性 質(zhì) 完 全 消 失 。 1． 根 據(jù) 測 量 對 象 與 測 量 環(huán) 境 確 定 傳 感 器 的 類 型　 　 要 進(jìn) 行 —個(gè) 具 體 的 測 量 工 作 ， 首 先 要 考 慮 采 用 何 種 原 理 的 傳 感 器 ， 這 需 要 分 析多 方 面 的 因 素 之 后 才 能 確 定 。 因 為 只 有 靈 敏度 高 時(shí) ， 與 被 測 量 變 化 對 應(yīng) 的 輸 出 信 號 的 值 才 比 較 大 ， 有 利 于 信 號 處 理 。 當(dāng) 被 測 量 是 單 向 量 ， 而 且 對 其 方 向 性 要 求 較 高 ，則 應(yīng) 選 擇 其 它 方 向 靈 敏 度 小 的 傳 感 器 ； 如 果 被 測 量 是 多 維 向 量 ， 則 要 求 傳 感 器 的 交叉 靈 敏 度 越 小 越 好 。 性 范 圍　 　 傳 感 器 的 線 形 范 圍 是 指 輸 出 與 輸 入 成 正 比 的 范 圍 。　 　 但 實(shí) 際 上 ， 任 何 傳 感 器 都 不 能 保 證 絕 對 的 線 性 ， 其 線 性 度 也 是 相 對 的 。 因 此 ， 要 使 傳 感器 具 有 良 好 的 穩(wěn) 定 性 ， 傳 感 器 必 須 要 有 較 強(qiáng) 的 環(huán) 境 適 應(yīng) 能 力 。 度　 　 精 度 是 傳 感 器 的 一 個(gè) 重 要 的 性 能 指 標(biāo) ， 它 是 關(guān) 系 到 整 個(gè) 測 量 系 統(tǒng) 測 量 精 度 的 一個(gè) 重 要 環(huán) 節(jié) 。對 某 些 特 殊 使 用 場 合 ， 無 法 選 到 合 適 的 傳 感 器 ， 則 需 自 行 設(shè) 計(jì) 制 造 傳 感 器 。AK4 型壓力傳感器主要用途：該傳感器適用于各種動、靜態(tài)、氣、液體介質(zhì)的壓力測量。6，12，24 VDC絕緣電阻 ≥100 MΩ工作溫度 10 至+50 ℃零點(diǎn)偏移 %FS/4h大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13熱零點(diǎn)偏移 %FS/10℃熱靈敏度偏移 %FS/10℃允許過負(fù)荷 120 %FS接線方式插座：電源（+） ；輸出（+）3 輸出（） ；4 電源（） 。 這 種 也 算 作 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 的 一 種 ， 只 是 它 對 環(huán) 境 的 適 應(yīng) 能 力 更 強(qiáng) ， 可 以 應(yīng)對 各 種 惡 劣 的 工 業(yè) 環(huán) 境 。將采集到的信號放大濾波后，由數(shù)據(jù)采集卡 labjack 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換并將其送入 PC 機(jī)中。 簡介圖41　　LabJackU12的正面圖數(shù)據(jù)采集硬件有多種形式，數(shù)據(jù)采集硬件的選擇要根據(jù)具體的場合并考慮到自己現(xiàn)有的技術(shù)資源，本次課題采用 U12 產(chǎn)品，如圖 41 所示。LabJackU12 主要性能和特點(diǎn)如下： 位、八個(gè)單端或四個(gè)差動的模擬量輸入2.177。 數(shù)據(jù)采集硬件配置在計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，用提供的連接線把 LabJackU12 接到計(jì)算機(jī)的 USB 口上。Windows 本身自帶 LabJackU12 所需的底層驅(qū)動程序，接上 LabJack 后，系統(tǒng)自動開始訪問查尋。訪問查尋完成后，發(fā)光二極管會閃兩次并保持亮狀態(tài)，這說明視窗己正常地訪問查尋了 LabJack。插入安裝光盤前，關(guān)閉所有打開的應(yīng)用程序，特別是與LabJack 相關(guān)的軟件。所安裝的應(yīng)用程序是需要該引擎才能運(yùn)行的。要測試安裝正確與否，運(yùn)行LJTEST 程序。如果安裝程序能找到 Labview 的目錄，它會把 Labview 的子程序拷貝到“\\addons\”目錄下。由于 ActiveX 的限制性，OCX 中有兩個(gè)附加的函數(shù)。用“GetErrorString”函數(shù)可以獲得錯(cuò)誤信息或見本文件中 段。設(shè)備號是在 0 和 255 之間的一個(gè)數(shù)，用戶可以改變它。所有聲明都使用 C 寫的。有時(shí)指針不是指向一個(gè)單一值的，而是指向一個(gè)數(shù)組。如果*trisD 指向的值是 1(2^0)，那么 D0 是輸出，D1D15 是輸入。當(dāng)調(diào)用 DigitalIO 時(shí)，如果 updateDigital1，那么所有的數(shù)字線都會根據(jù)*trisD所指向的值被設(shè)定成輸入或輸出。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級實(shí)驗(yàn)室以及研究機(jī)構(gòu)發(fā)展的方向。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器 [9]。虛擬儀器以通用計(jì)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(jì)算機(jī)平臺上，直接利用計(jì)算機(jī)豐富的軟硬件資源，將計(jì)算機(jī)硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計(jì)、示波器、信號源）等硬件資源與計(jì)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。它不僅可以用于電子測量、測試、分析、計(jì)量等領(lǐng)域，而且還可以用于進(jìn)行設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過程自動化。虛擬儀器的構(gòu)成如圖 51 所示。隨著基于 PC 的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，PCDAQ 方式存在的缺點(diǎn)已經(jīng)和正在被克服。 總線方式的 VIGPIB（General Purpose Interface Bus）技術(shù)是 IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)的 VI 早期的發(fā)展階段。GPIB 技術(shù)可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式，很方便的把多臺機(jī)器組合起來，形成大的自動測試系統(tǒng)。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)、定時(shí)和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。 VI盡管 Inter 技術(shù)最初并沒有考慮如何將嵌入式智能儀器設(shè)備連接在一起，不過NI 等公司已經(jīng)開發(fā)了通過 Web 瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過 Inter 操作儀器設(shè)備。由此可見，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將具有廣泛的應(yīng)用前景。比如說 USB 的排線沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失，此外，USB 對排線的距離也有一定的限制。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(shí)現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時(shí)與觸發(fā)。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52 虛擬儀器開發(fā)框圖大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）21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。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。對虛擬儀器和 LabVIEW 長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認(rèn)的權(quán)威 [11]。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。目前使用較多的是 IEEE488 或 GPIB 協(xié)議。虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無法比擬的優(yōu)勢，但它并不否定傳統(tǒng)儀器的作用，它們相互交叉又相互補(bǔ)充，相得益彰。大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）22總之，由于 LabVIEW 能夠?yàn)橛脩籼峁┖喢?、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時(shí)簡便，深受用戶青睞。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無法比擬的優(yōu)勢（如表 51 所示）。由此導(dǎo)致許多識讀和操作錯(cuò)誤。，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。 PC 為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用 PC 機(jī) CPU 的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、速度大為提高，實(shí)現(xiàn)自動化、智能化、多任務(wù)測量。這是一種新型的基于Web 技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理。AK4 型壓力傳感器輸出的 420mA接入 250 歐姆電阻轉(zhuǎn)換為 15V 電壓信號，送入 LabJack U12 數(shù)據(jù)采集卡將模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并輸入到 PC 機(jī)。圖 61 為前面板截圖。圖 65LabjackLabjack 采集即時(shí)幫助：Labview 除了擁有強(qiáng)大的圖形化編程優(yōu)勢以外，還有一個(gè)特點(diǎn)就是這個(gè)即時(shí)幫助系統(tǒng)，當(dāng)使用人不清楚器件用處時(shí)可選擇工具欄中的幫助查看即時(shí)幫助。圖 68 四個(gè)連接 壓力監(jiān)測功能的實(shí)現(xiàn)圖 69 四個(gè)通道選擇分別對應(yīng) Labjack 的 AI0 AI1 AI2 AI3 口，做出不同的選擇，所選的借口不同。圖 69 帶有壓力上限的單通道輸入前面板圖 610 和 611 為信號通過 AI1 AI3 口輸出的顯示：大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）30圖 610 帶有壓力上限的雙通道輸入前面板上限設(shè)置為 70MP，輸入的電壓為 5V，沒有超過上限，顯示出的壓力為 51MP。圖 612 中 A 為時(shí)間，BCDE分別為 4 個(gè)通道。從選擇題目的時(shí)候我對多通道壓力這一名詞的陌生到現(xiàn)在可以清楚解釋，從不知 Labview 的使用到現(xiàn)在嫻熟運(yùn)用其編程，從不明白采集卡 Labjack 的螺絲作用，到固定導(dǎo)線。拿到畢設(shè)題目后要盡快把自己的藍(lán)圖勾畫出來，不能走一步算一步，必須把整體把握好。軟件的學(xué)習(xí)。做的畢設(shè)要有意義，不能浮在上面，要讓自己滿意。本次畢設(shè)，論文已經(jīng)打印了，竟然發(fā)現(xiàn)有幾頁沒有兩端對齊，又去重新打印。有好多留戀，親愛的同學(xué)，室友，親愛的老師，這段時(shí)間使我們在一起創(chuàng)造出這 5 年的輝煌，也許在這 5 年里我沒有過輝煌，但我知道，我感覺到跟我最親愛的朋友們在一起也是我心靈精神上的輝煌。在此，我向你們致以最為真摯的謝意！ 首先，我要感謝在本科畢業(yè)設(shè)計(jì)期間的指導(dǎo)老師——丁彥闖老師?？梢哉f，沒有你們就沒有我的這篇論文，也沒有我在大學(xué)最后一年的開心時(shí)光與美好經(jīng)歷。大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）33參考文獻(xiàn)[1] 中國科技文摘[J].北京：中國科技大學(xué)出版社，.[2] [M].北京:電子工業(yè)出版社，2022. [3] [M].電子技術(shù)應(yīng)用,2022.[4] Labview Funtion and VI Reference ,January 2022.[5] G Programming Reference ,January 2022.[6] 張兆東. 傳感器動態(tài)特性虛擬實(shí)驗(yàn)研究[M]中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2022.[7] LABJACK 使用說明書,2022[8] 牛天蘭,陳建權(quán),丁彥闖, Labjack U12 的列車轉(zhuǎn)向架振動測試,大連交通大學(xué)第 7期儀表技術(shù),2022.[9] 丁彥闖, LABVIEW 的虛擬震動測試儀的研制[J].大連：大連鐵道學(xué)院，2022.[10] 沈保山,姬長英,郭玉, LabVIEW ,2022.[11] 江偉,2022.[12] 賈海朋,張正平, LabJack U12 和 LabVIEW 學(xué)院, 儀表技術(shù)與傳感器,2022 年第 10 期