【正文】 、機(jī)械、通信、汽車制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、教育等各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域。虛擬儀器將會(huì)在科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)也對(duì)于將來系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。如通過使用數(shù)據(jù)探針、高亮執(zhí)行調(diào)試等 多種方法，程序以較慢的速度運(yùn)行，使沒有執(zhí)行的代碼顯示灰色，執(zhí)行后的代碼會(huì)高亮顯示，同時(shí)在線顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，完全跟蹤數(shù)據(jù)流的運(yùn)行。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多種版本 。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。這些工作對(duì)于那些不熟悉這方面知識(shí)的工程設(shè)計(jì)人員來說，要花費(fèi)大量時(shí)間和精力，這樣直接影響了系統(tǒng)開發(fā)的周期和性能。 虛擬儀器的軟件結(jié)構(gòu) 虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件，其軟件基本結(jié)構(gòu)如圖 所示。 (4) Pxl(PCI extension for Instrumentation)是 Compact PCI 總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展，是Nl公司于 1997 年發(fā)布的一種新的開放性、模塊化儀器總線規(guī)范。 (2) GPIB(Generae Purpose Irafce Bus)通用接口總線，是計(jì)算機(jī)和儀器 間 的標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議。 P C D A QG P I B 儀 器串 口 儀 器V X I 模 塊P X I 模 塊計(jì) 算 機(jī)被 測 信 號(hào) 圖 虛擬儀器構(gòu)成方式 (1) DAQ 歸（ Data Aequisition)數(shù)據(jù)采集卡指的是基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線 (如 ISA、 PCI、USB 等 )的內(nèi)置 功 能插卡。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。從總體而言，虛擬儀器是測量 /測試領(lǐng)域的一個(gè)創(chuàng)新概念，改變了人們對(duì)儀器的傳統(tǒng)觀念，適應(yīng)了現(xiàn)代測試系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展趨勢?！败浖褪莾x器”是虛擬儀器概念最簡單，也是最本質(zhì)的表述。 虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器儀表技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。 在數(shù)顯示模塊：采用波形 顯示 ， 數(shù)值顯示 ， 使 溫度 數(shù)值 更加直觀的顯示給用戶，同時(shí)可以顯示實(shí)時(shí)溫度值 與 實(shí)時(shí) 溫度 曲線 ，可以 使 用戶 對(duì)檢測點(diǎn)的溫度情況有更深入的了解。 虛擬儀器技術(shù)從八十年代末開始，已經(jīng)經(jīng)歷十幾年的發(fā)展歷程。 目前，國際上新型溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式，從集成化向智能化、網(wǎng)絡(luò)化的方向飛速發(fā)展，小型、低功耗、高可靠性、低成本的溫度傳感器已經(jīng)越來越受到關(guān)注 ，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制和自動(dòng)化測量系統(tǒng)中。 data acquisition。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準(zhǔn)用徒手畫 3）畢 業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 基于虛擬儀器的熱電偶溫度巡檢儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 溫度檢測在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研等工作中占有重要地位，溫度檢測儀器的功能和質(zhì)量對(duì)于溫度測試的結(jié)果有著很大影響，因此開發(fā)高性能的溫度測試儀是十分必要的。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。本人授權(quán) 大學(xué)可以 將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文首先簡單介紹 了 虛擬 熱電偶 溫度 巡檢儀 研究的背景、目的及意義， 并 給出了虛擬 熱電偶 溫度 巡檢儀 的 總體 設(shè)計(jì) 方案 ，用戶可根據(jù)需要在前面板 對(duì) 熱電偶 的 型號(hào) 進(jìn)行 選擇 。 Access。 目的及意義 隨著現(xiàn)代測試技術(shù)的不斷發(fā)展，以 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） Engineering Workbench)為軟件平臺(tái) 的 虛擬儀器測量技術(shù)正在現(xiàn)代測控領(lǐng)域占據(jù)越來越重要的位置。它順應(yīng)了現(xiàn)代測試儀器微小化、智能化、集成化的要求，所以進(jìn)行基于虛擬儀器技術(shù)的檢測系統(tǒng)的開發(fā)與研究勢在必行，同時(shí)也是盡快縮小我國與其它發(fā)達(dá)國家電測水平差距的一條可行之路。 多通道采樣方式的設(shè)置同時(shí)也是論文中的難點(diǎn)，多數(shù)通用采集卡都有多個(gè)模入通道，但是并非每個(gè)通道配置一個(gè) A/D，而是大家共用一套 A/D,在 A/D之前的有一個(gè)多路開關(guān)（ MUX），以及放大器（ AMP）、采樣保持器（ S/H）等。虛擬儀器的最大特點(diǎn)是其靈活性 。這樣，可以利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力和寬大的顯 示屏更好地來完成原來的功能 。如表 所示 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較： 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 表 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較 VI 傳統(tǒng)儀器 開放、靈活，可與計(jì) 算機(jī)技術(shù) 保持同步發(fā)展 封閉、固定 用戶定義儀器功能 廠商定義儀器功能 關(guān)鍵是軟件 關(guān)鍵是硬件 價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng) 價(jià)格昂貴 技術(shù)更新周期短 (1～ 2 年 ) 技術(shù)更新周期長 (5～ 10 年 ) 軟件使得開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低 開發(fā)與維護(hù)開銷高 與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備方便互聯(lián)的面向應(yīng)用的儀器系統(tǒng) 功能單一、 只可連 有限的設(shè)備 友好的圖形 界面，計(jì)算機(jī)讀數(shù) 分析處理 圖形界面小，人工讀數(shù)，信息量小數(shù) 面向應(yīng)用的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可方便地與外設(shè)連接與其他儀器設(shè)備的連接十分有限 與其他儀器設(shè)備的連接十分有限 虛擬 儀器的組成 虛擬儀器 (ViurtalInsrtum)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。各儀器廠家生產(chǎn)了大量的 DAQ 卡功能模塊供用戶選擇，如示波器、串行數(shù)據(jù)分析儀 。每臺(tái) GPIB 儀器有單獨(dú)的地址，由計(jì)算機(jī)控制操作。 PXI 增加了用于多板同步的觸發(fā)總線和舊 MHz參考時(shí)鐘、用于精確定時(shí)的星形內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 觸發(fā)總線，以及用于相鄰模塊間高速通信的局部總線等，來滿足實(shí)驗(yàn)和測量用戶的要求。這些軟件開發(fā)平臺(tái)提供了強(qiáng)大的儀器軟面板設(shè)計(jì)工具和各種數(shù)據(jù)處理工具，再加上虛擬儀器硬件廠商提供的各種硬件的驅(qū)動(dòng)程序模塊，大大簡化了虛擬儀器的設(shè)計(jì)工作。 LabWindowsCVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員準(zhǔn)備的，是在 Windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) ANSIC 開發(fā)環(huán)境。使用這種語言編程時(shí)，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。圖 所示是一個(gè)隨機(jī)信號(hào)發(fā)生和顯示的簡單 VI 是它的前面板，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，以曲線的方式顯示了所產(chǎn)生的一系列隨機(jī)數(shù)。隨機(jī)數(shù)發(fā)生器通過連線將產(chǎn)生的隨機(jī)信號(hào)送到顯示控件 ，為了使它持續(xù)工作下去，設(shè)置了一個(gè) While Loop 循環(huán)，由開關(guān)控制這一循環(huán)的結(jié)束。一個(gè) VI 可以作為子程序，這里稱為子 VI（ subvi），被其他 VI 調(diào)用。同時(shí)為實(shí)現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計(jì)的靈活性提供了前提。我國還基本處于傳統(tǒng)儀器與計(jì)算機(jī)化儀器互相分離的狀態(tài)，世界各大相關(guān)的產(chǎn)品商家都在向中國這個(gè)巨大的市場進(jìn)軍。 遠(yuǎn)程監(jiān) 測數(shù)據(jù)與控制系統(tǒng)將是虛擬儀器的發(fā)展趨勢。固體內(nèi)部向邊界的 傳熱取決于固體材料本身。只要測溫元件選擇合適，就能測量到 接近于真實(shí)溫度的測量值。材料有貴金屬鉑和鉑鍺合金，普通金屬鐵、銅、康銅、鎳鉻合金等。由于熱敏電阻的阻值隨溫度變化而迅速變化，并且阻值相對(duì)于引線電阻來說很大，因而，引線電阻對(duì)測量內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 影響小，非常適合測量微弱溫度變化。 此課題采用鎳鉻一鎳硅熱電偶 (K 型 )其使用溫 度范圍為 — 200℃ — 1300℃ 。分度表是在自 由端溫度 To=0℃ 的條件下得到的。 此外還有自熱效應(yīng)、壓力影響、引線電阻影響等，這里不再贅述。 (6)溫度 數(shù)據(jù)保存 :將采集到的數(shù)據(jù)保存 到 數(shù)據(jù)庫 中， 在數(shù)據(jù)庫中有 數(shù)據(jù)創(chuàng)建 的時(shí)間，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 通道 號(hào)等信息，便于數(shù)據(jù)采集后的讀取 處理 與數(shù)據(jù)分析 。 系統(tǒng)硬件組成 本虛 擬溫度巡檢儀首先通過溫度傳感器（熱電偶）通過多路轉(zhuǎn)換開關(guān)選通 經(jīng)放大電路轉(zhuǎn)換到 05v、濾波器剔除噪聲再經(jīng)反向多路轉(zhuǎn)換開關(guān)單端接入數(shù)據(jù)采集卡，計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。由于不同傳感器有不同的特性，因此，除了這些通用功能，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設(shè)計(jì)特殊的信號(hào)調(diào)理功能。因此每種熱電偶必須有可在所有環(huán)境溫度下正常工作的專用補(bǔ)償電路。因?yàn)?AD590 直接測量的是熱力學(xué)溫度（溫度單位為 k），因此為為了以攝氏溫度讀出，其輸出必須以 uA 偏置。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號(hào)中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號(hào)。 A D 5 8 0+ 5 vA D 5 2 47 v1 kG = 1 0 01 k2 5 0 Ω1 0 k2 k采 集 卡a i 8A D 5 9 0+ 圖 冷端 溫度 補(bǔ)償電路 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì) 微弱信號(hào)都要進(jìn)行放大以提高分辨率和降低噪聲， 使 信號(hào) 調(diào)理后的電壓范圍和采集卡的電壓范圍相匹配。 AD590單片集成溫度傳感器，是電流型集成溫度傳感器。補(bǔ)償冷端電壓的方法就是所謂的冷端補(bǔ)償。所以熱電偶是使用最廣泛的測溫元件之一。本系統(tǒng)結(jié)果顯示形象直觀，操作方便，并且通過修改軟件還可以容易地?cái)U(kuò)展功能。 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 本論文設(shè)計(jì)主要是解決多點(diǎn)溫度的巡回檢測，進(jìn)行實(shí)時(shí)的顯示溫度值和溫度曲線。 溫度測試的注意事項(xiàng) 溫度檢測技術(shù)是一種精度較高，測溫誤差較小的檢測技術(shù)，如果應(yīng)用不當(dāng)，將會(huì)引起很大的測量誤差，得不到正確的溫度數(shù)據(jù)。導(dǎo)體 A 和 B 稱為熱電極 ， 溫度較高的一 端 (T )叫工作端 ( 通常焊接在一起 )；溫度較低的一端 (To )叫自由端 ( 通常處于某個(gè)恒定的溫度下 )。在工作時(shí)，只要與顯示儀表配合即可測量氣體、液體、固體的溫度。鉑的使用溫度范圍寬(200℃ — 850℃ )，重復(fù)性極好，可耐受各種化學(xué)物質(zhì)，抗腐蝕性好，是一種多用途金屬，但成本較高。在選擇溫度傳感器時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有溫度測量范圍、精度、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、線性度和靈敏度。在具體測溫時(shí)，傳感器如何與被測對(duì)象接觸對(duì)溫度的測試結(jié)果影響較大是個(gè)重要問題。另外溫度測試的對(duì)象也是各種各樣。隨著計(jì)算機(jī)硬件、軟件技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬儀器將向高性能、多功能、集成化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。“沒有測量就沒有鑒別，科學(xué)技術(shù)就不能前進(jìn)”。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾方面 : ① 把一個(gè)復(fù)雜自動(dòng)檢測系統(tǒng)分為多個(gè)子系統(tǒng)，程序設(shè)計(jì)思路清晰，給設(shè)計(jì)者調(diào)試程序帶來了諸多的方便。 ② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過程清晰而且直觀。在流程圖中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。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 位編譯器。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/IP、 ActiveX 等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。除了要花大量時(shí)間進(jìn)行測試系統(tǒng)面板設(shè)計(jì)外，還要編制大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和底層控制程序。 RS— 232 總線是早期采用的通用串行總線，將帶有 RS— 232 總線接口的儀器作為 1/0 接口設(shè)備，通過 RS— 232 串口總線與計(jì)算機(jī)組成虛擬儀器系統(tǒng)目前仍然是虛擬儀器構(gòu)成方式之一，主要適用于速度較低的測試系統(tǒng)。儀器專用總線在吸收 EIEE488 的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，增加了 10MHz 時(shí)鐘線，模擬和數(shù)字混合總線，星形總線等高速總線，定時(shí)關(guān)系嚴(yán)格，兼有計(jì)算機(jī)總線和儀器總線的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)我國大多數(shù)用戶來說，它具有很高的性能價(jià)格比，是一種特別適合我國國情的虛擬儀器方案。虛擬儀器的構(gòu)成主要有 五種類型，如圖 所示。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。 (2) 虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用 虛擬儀 器技術(shù)作為計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)，應(yīng)用前景十分廣泛。在測試系統(tǒng)和儀器設(shè)計(jì)中盡量用軟件代替硬件，充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)測試系統(tǒng)與儀器的功能。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） 第二章 虛擬儀器 簡介 虛擬儀器概述 虛擬儀器的起源可以追溯到 20 世紀(jì) 70 年代，當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)測控技術(shù)在國防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)具有了很快的發(fā)展速度， PC 機(jī)的出現(xiàn)使儀器的計(jì)算機(jī)化成為可能。 由于采集來的是電壓信號(hào) ， 而 要顯示溫度值， 所以 就必須進(jìn)行標(biāo)度轉(zhuǎn)換。常用傳感器及相應(yīng)的調(diào)理模塊也趨向模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，因而減少了硬件的重復(fù)開發(fā)，這使得我們可以方便地對(duì)其進(jìn)行硬件維護(hù)、功能擴(kuò)展和軟件升級(jí)。 常用的溫度采集系統(tǒng)絕大部分是由 集成的溫度傳感器 和單片機(jī)構(gòu)成的， 該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛， 但其編程復(fù)雜， 控制不穩(wěn)定，系統(tǒng)的精度不高 ， 這種方案人機(jī)界面不友好 、調(diào)試期長、修改不方便，因此采用效率和自動(dòng)化水平更高的新的測量手段，是溫度測控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞： 虛擬儀器 ； 數(shù)據(jù)采集 ； 溫度巡檢儀 ； LabVIEW； Access；內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說明書（畢業(yè) 論文 ） Design and Implementation of Thermocouple Tempe