【正文】 在撰寫畢業(yè)論文期間，我的指導教師肖俊生老師，對我的論文提出了中肯的修改意見，給我很大幫助。 通過這次設計，我熟悉了電子秤的設計步驟，大體了解了 LabVIEW 語言的運用，鍛煉了工程設計實踐能力，培養(yǎng)了自己獨立設計能力，同時也是走向工作崗位前的一 次熱身。 圖 輸入 3V 時 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄圖 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 36 利用 LabVIEW 軟件實現(xiàn)了電子秤功能 ,具有測量精確、實時性強等優(yōu)點 。 下面是數(shù)據(jù)輸入通道圖，如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 31 圖 電子秤設計 程序總圖 采入的數(shù)據(jù)有波動， 產(chǎn)生超過正常范圍數(shù)據(jù)的主要原因是由于傳感器上產(chǎn)生的信號有一定的干擾，導致數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)有誤差。 本系統(tǒng)采用模塊化設計 ， 可將不同測量內(nèi)容設計成單獨的功能模塊 。 10V 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 28 圖 PCI6221 引腳圖 電子秤的 軟件設計 軟件設計是系統(tǒng)的核心 ， 在 LabVIEW 平臺下 ， 一個虛擬儀器由兩部分組成 ： 前面板和框圖程序 。 將得到的電壓送到數(shù)據(jù)采集卡中進行數(shù)據(jù)采集 ， 再通過 USB 線將數(shù)據(jù)送入計算機 ，內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 27 由計算機利用軟件平臺 (LabVIEW)進行控制和處理 。由于 DAQ內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 26 儀器設計要給 予某一總線，在這一點上，它的設計要遵循某種標準，容易形成標準化產(chǎn)品去占領市場，具有較強的競爭力。 （ 4） 高速緩存電路 高速緩存電路主要用于存儲 AD/轉換都的結果，以增強 DAQ 儀器本身的實時采樣能力。數(shù)字 I/0 通常用來控制過程、產(chǎn)生測試信號、與外設通信等。但是，較長時間使用很高的采樣率可能會導致沒有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲數(shù)據(jù)太慢。反過來說，如果給定了采樣內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 24 頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。時間間隔△ t 被稱為采樣間隔或者采樣周 期。 8. 數(shù)字信號調(diào)理 數(shù)字信號在某些情況下也必須經(jīng)過調(diào)理才能進入 DAQ 卡。 5. 濾波 濾波器在一定的頻率范圍內(nèi)去除不希望的噪聲。此外，使用放置在更近信號源 或轉換器的外部信號調(diào)理裝置，可以通過在信號被噪聲影響之前提高信號電平來提高測量的信號 —— 噪聲比。具有動態(tài)響應快、測量精度高、使用簡便等優(yōu)點。 電阻應變片壓力傳感器是國內(nèi)外應用較為廣泛的一種 ， 它具有精度高、測量范圍廣、頻響特性好等優(yōu)點 。 重 量壓 力 傳 感器信 號 調(diào) 理電 路數(shù) 據(jù) 采 集卡微 型 計 算 機（ L a b V I E W 軟件 ） 圖 電子秤系統(tǒng)原理框圖 傳感器 傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉換成可用輸出信號的器件或裝置。 在一定環(huán)境下的測量重量的問題， 在現(xiàn)實的生活中的各個方面得到廣泛的應用，而傳統(tǒng)的測量儀器不僅儀器本身存在較大的誤差，而且其顯示的結果主要靠人眼用目側的方法讀出，精度低，采集到的信息還必須通過操作員加以整理、計算，費時費力，因而結果往往與理論只有較大范圍的出入。圖形化程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。你也可以建立同步操作的流程圖。 2. 建立前面板 :從控制模塊上選擇你需要的對象，放在虛擬儀器的前面板上 。用戶能夠通過連接功能模塊來快速開發(fā)自己的應用程序，甚至能夠使用多路數(shù)據(jù)通道，實現(xiàn)同步操作。 8. NI 同時提供了 豐富的附加模塊，用于擴展在不同領域中的應用，例如實時模塊、內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 16 PDA 模塊、 FPGA 模塊、數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控模塊。 LabVIEW 的具體優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1. 提供了豐富的圖形控件，并采用圖形化的編程方法，徹底把工程師們從復雜苦澀的文本編程工作中解放出來。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 15 圖標和概念，因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。而在不久前上海舉行的一年一度的 NIDays 上， LabVIEW 之父也令我們看到了虛擬儀器技術的未來發(fā)展藍圖。內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 14 其一般特征是將虛擬儀器、外部設備、被測試點以及數(shù)據(jù)庫等資源納入網(wǎng)絡，實現(xiàn)資源共享，共同完成測試任務。目前作為計算機化儀器的一個重要發(fā)展方向是制定了 VXI 標準，這是一種插卡式的儀器。 虛擬儀器的夠成如圖 所示。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺及硬件的發(fā)展 ，基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開發(fā)周期 縮 短，費用 降 低，測量速度、準確度及可復用性提高，且更便于相應儀器系統(tǒng)的維護和擴展。在這種背景下， 1982 年，美國西北儀器公司總裁德 伴隨微電子技 術、計算機技術、網(wǎng)絡技術的迅速發(fā)展及在電工電子測量技術領域的應用，測量儀器也不斷進步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。自從 1785 年庫內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 10 侖發(fā)明靜電扭秤 ， 1834 年哈里斯提出靜電電表結構以來 ， 電測儀表和電子儀器隨相關技術的進步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測量理論方法的改進得到飛速發(fā)展。 LabVIEW 也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子 VI）的結果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。 電子秤屬于日用衡器，為勞動密集型產(chǎn)品。按秤量分為單稱量范圍秤與多稱量范圍秤。 我國衡器行業(yè)使用面最廣、產(chǎn)銷量最大的計量產(chǎn)品是非自動衡器。 4. 智能化 電子秤的稱重顯示控制器與電子計算機組合，利用電子計算機的智能來增加稱重顯示控制器的功能。這種模 塊化的分體式秤體結構，不僅提高了產(chǎn)品的通用性、互換性和可靠性，而且也大大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 1. 小型化 近幾年新研制的電子平臺秤結構充分體現(xiàn)了體積小、高度低、重量輕 （ 即小 、 薄、輕 ） 的發(fā)展方向。同時 , 功能更加齊全的高精度的先進電子秤將會不斷問世 ， 其應用范圍也會更加拓寬。作為重量測量儀器 ， 電子秤在各行各業(yè)中開始顯現(xiàn)其測量精度高 ,測量速度快 ,操作簡單易學 ,可以實時監(jiān)控的巨大優(yōu)點 ， 使其已經(jīng)開始逐漸取代傳統(tǒng)型的機械杠桿測量秤 ， 成為測重領域的主流產(chǎn)品。 電子衡器種類繁多，且涉及到貿(mào)易結算和廣大消費者的利益，所以為世界各國政府普遍關注和重視，并被確定為我國強制管理的法制計量器具。據(jù)考證，世界上最古老的計量器具出土于中東和埃及，最古老的衡器和砝碼出 自于埃及。以虛擬儀器為代表的新型測量儀器改變了傳統(tǒng)儀器的思想，它們充分利用計算機強大的軟硬件功能，把計算機技術和測量技術緊密結合起來，是融合了電子測量、計算機和網(wǎng)絡技術的新型測量技術。特別是 基于計算機平臺的各種測量儀器由于成本低、使用方便等優(yōu)點得到了更廣泛的應用。秤是最普遍、最普及的計量設備，電子秤取代機械秤是科學技術發(fā)展的必然規(guī)律。電子衡器是自動化稱重控制和貿(mào)易計量的重要手段，對于加強企業(yè)管理、嚴格生產(chǎn)、貿(mào)易結算、交通運輸、港口計量和科學研究都起到了重要作用。 電子秤不僅要向高精度、高可靠方向發(fā)展 ， 而且更需向多種功能的方向發(fā)展。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 3 本章小結 本章 研究了電子秤研究的背景，并且 介紹了衡器的發(fā)展經(jīng)過，以及電子秤的發(fā)展的狀況。對于低容量的電子平臺秤和電子輪軸秤，可采用將薄型或超薄型的圓形稱重傳感器，直接嵌入鋼板或鋁板底面與 稱重傳感器外徑相同的盲孔內(nèi)，形成低外形內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 6 的秤體結構，稱重傳感器的數(shù)量和位置由秤的額定載荷和力學要求計算決定。同時還降低了成本，增強了企業(yè)的市場競爭能力。使電子秤在原有功能的基礎上，增加推理、判斷、自診斷、自適應、自組織等功能，這就是當今市場上采用微機化稱重顯示控制器的電子秤與采用智能化稱內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 7 重顯示控制器的電子秤的根本區(qū)別 。國際法制計量組織 76 號國際建議 OIMLR76 非自 動衡器 （ 它是目前國際上唯一的非自動衡器通用國際標準 ） 中，明確規(guī)定非自動衡器按大類分為非自動天平與非自動秤 ； 按能否直接讀出稱量結果劃分，可分為有分度衡器與無分度衡器，目前我國在用的絕大多數(shù)機械、電子衡器均屬于能直接讀出稱量結果，故稱為有分度衡器 ： 如按指示方式劃分，可分為自行指示衡器、半自行指示衡器與非自行指示衡器三種形式。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 8 目前我國產(chǎn)品標準中列入的十大類衡器 （ 案 秤、臺秤、地上衡、地中衡、吊秤、皮帶秤、料斗秤、檢驗秤、軌道衡和特種秤 ） 均已實現(xiàn)了電子化。電子秤產(chǎn)品總的發(fā)展趨勢是小型化、模塊化、集成化、智能化 ； 其技術性能趨向是速率高、準確度高、穩(wěn)定性高、可靠性高 ； 其功能趨向是稱重量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能 ； 其應用性能趨向上綜合性和組合性。 虛擬儀器 虛擬儀器（ virtual instrumention） 是基于計算機的儀器。有一種較普遍地說法將測量儀器的發(fā)展分為五個階段，如圖 所示 。智能儀器是將微機置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲、運算、邏輯判斷及自動操作等智能特點，并在測量準確度、靈敏度、可靠性、自動化程度、運用能力及解決測量技術問題深度和廣度等方面都有明顯的進步。伯克提出了微機化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器。 現(xiàn)代儀器儀表技術是計算機技術和多種基礎學科緊密結合的產(chǎn)物 。 虛擬儀器的主要特點 虛擬儀器的主要特點 ： 1. 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。每一種儀器是一個插卡，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算機屏幕上出現(xiàn)。使用網(wǎng)絡化虛擬儀器，可在任何地點、任意時刻獲取數(shù)據(jù)信息的愿望成為現(xiàn)實。 LabVIEW 語言 LabVIEW（ Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它可以增強你構建自己的科學和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。 2. 內(nèi)建的編譯器在用戶編寫程序的同時就在后臺自動完成了編譯。機器視覺模塊與觸摸屏模塊等。 與傳統(tǒng)的文本式程序設計一樣， LabVIEW 也有控制流程圖功能執(zhí)行的部分，它們包括 SequeneeCaseStatement、 ForLoop、 WhileLoop，它們被圖形化地描述成邊界結構，像在傳統(tǒng)的線形化程序設計中可以插入代碼段一樣，可以把圖標放在 LabVIEW 圖形結構的界限內(nèi)部?？刂苾?nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 17 模板上的對象包括數(shù)字顯示、表頭、壓力計、熱敏計外殼、表、圖片等。 LabVIEW 軟件是一個多任務系統(tǒng) — 具有多線程功能并運行多個虛擬儀器。 本章小結 本章詳細介紹了虛擬儀器 發(fā)展過程 以及虛擬儀器的構成， 介紹了虛擬儀器與LabVIEW 的關系，以及虛擬儀器的發(fā)展狀況、方向和特點等。對比于傳統(tǒng)儀器，用虛擬儀器測量有許多無法比擬的優(yōu)點，比如進行遠程采集、自動分析數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡共享、其他功能擴充等。通常有敏感元件和轉換元件組成。 本系統(tǒng)采用的 壓力傳感器是電阻應變式傳感器 。 根據(jù)敏感元件的材料形狀的不同，電阻應變式傳感器的應變片可分為金屬應變片和半導體應變片兩種。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 22 2. 衰減 衰減即與放大相反的過程。幾乎所有的數(shù)據(jù)采集應用都會受到一定程度的 50Hz 或 60Hz 的噪聲（來自于電線或機械設備）。譬如，不能將工業(yè)環(huán)境中的數(shù)字信號直接接入 DAQ 卡，接入之前必須經(jīng)過隔離來防止可能的高壓放電或者經(jīng)過削減來調(diào)整電平以適應 DAQ 卡的輸入要求。它的倒數(shù) 1/△ t 被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù) /每秒。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。理論上設置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的 2 倍就夠了，實際上工程中選用 510 倍，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。 （ 2） A/D 與 D/A 轉換技術 A/D 時間模擬量轉換 位數(shù)字量的專用電路，幾乎所有 的 DAQ 儀器都要用到 A/D，因此它是一種非常重要的電路。一般來說告訴信息采集的場合均需采用高速緩存技術。 （ 2） 可視化與直讀性 由于個人計算機的圖形分辨率及圖形處理能力己達到相當高的水準，不僅能夠顯示各種時域和頻域曲線，而且還可以以多種形式顯示各種測量數(shù)據(jù)結果圖表，以增強可視化功能。 數(shù)據(jù)采集卡 （ DAQ） 主要由多路開關、放大器、采樣保持器和 A/D 轉換器等組成 ，它們與定時 /計數(shù)器、總線接口電路等做在一塊印刷電路板上 ,完成對被測信號的采集、放大和模 /數(shù)轉換任務 。 前面板的功能等效于傳統(tǒng)測試儀器的面板 ， 框圖程序的功能等效于傳統(tǒng)儀器內(nèi)部的各硬件電路模塊 。 各子模塊分別完成一定的功能 ， 在主界面程序或其它的子程序中調(diào)用 。多取些數(shù)據(jù)，然后取平均值， 則可最