【正文】 5 數(shù)據(jù)采集程序圖 設(shè)置數(shù)據(jù)采集屬性，步驟如下：點(diǎn)擊 屬性→ →北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 23 →選擇 ai0，創(chuàng)建一個(gè) VI。還要顯示數(shù)據(jù)的標(biāo)定，采集五組數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，要求是手動(dòng)加自動(dòng)的標(biāo)定方法，照度由手動(dòng)輸入，先由燈泡照一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的照度計(jì)，每選擇一個(gè)照度值就選擇與之距離相等的地方照光電池，自動(dòng)取之輸出的電壓值進(jìn)行標(biāo)定。 驅(qū)動(dòng)軟件 ： M系列設(shè)備可在多種操作系統(tǒng)上使用，有三個(gè)驅(qū)動(dòng)軟件可供選擇，包括 NIDAQmx、 NIDAQmx Base 和測(cè)量硬件 DDK。 NI 還在平臺(tái)中添加了 數(shù)字電路板及 FPGA 插入板。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 18 NI ELVIS 平臺(tái)上安裝了 NI ELVISmx 驅(qū)動(dòng)及 NI ELVISmx Instrument Launcher 軟件，可快速連接全部 12 款儀器。數(shù)字萬用表 (DMM)、函數(shù)發(fā)生器、示波器、及波特分析儀，還有其它許多儀器都可在同一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。 因此，實(shí)際的采樣頻率取值高于理論值，一般為信號(hào)最高頻率的 5～10 倍。 信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是指信號(hào)的最大幅值和最小幅值之比的分貝數(shù)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍通常定義為所允許輸入的最大幅值 maxiV 與最小幅值 miniV 之比的分貝數(shù)。 （ 2） 系統(tǒng)精度 是指系統(tǒng)工作在額定采集速率下，每個(gè)離散子樣的轉(zhuǎn)換精度。如圖 33： 圖 33 一階有源低通濾波器 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，往往對(duì)多個(gè)物理量進(jìn)行采集，即所謂多路巡回檢測(cè)，這可通過多路模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。 圖 31 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 傳感器的作用是把非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏浚ㄈ珉妷?、電流或頻率），通常把傳感器輸出到 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的這一段信號(hào)通道稱為模擬信號(hào)。 溫度特性 [9] 光電池的溫度特性曲線主要指光照光電池時(shí)開路電壓與短路電流隨溫度變化的情況，在室溫（ 25～ 30度）下，開路電壓具有負(fù)溫度系數(shù)，即隨溫度的升高開路電壓值反而減小，短路電流具有正溫度系數(shù)，即隨著溫度的升高，短路電流值增大。一般用相對(duì)響應(yīng)表示，器件的長(zhǎng)波限取決于材料的 禁帶寬度 gE ，短波則受材料表面反射損失的限制，其峰值不僅與材料有關(guān)，而且隨制造工藝及使用環(huán)境不同而有所不同。構(gòu)成 pn 結(jié)后，再經(jīng)過各種工藝處理，分別在基底和光敏面上制作輸出電極，涂上二氧化硅作保護(hù)膜，即成光電池。 本章小結(jié) 本章主要介紹了照度的定義、照 度計(jì)在日常生活中的作用以及虛擬儀器的簡(jiǎn)介、特點(diǎn)、發(fā)展和與常規(guī)儀器的比較。 與傳統(tǒng)的編程方式相比 ,使用 LabVIEW 設(shè)計(jì)虛擬儀器 ,可以提高效率 4～ 10倍。因此， VI 的發(fā)展已經(jīng)完全跟上計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展步伐，同時(shí)也顯示出 VI的靈活性與強(qiáng)大生命力。虛擬儀器實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)x器的智能化，多樣化，模塊化，即在相同的硬件平臺(tái)下，虛擬儀器完全由用戶自己定義，通過不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測(cè)試儀器。 第三階段 ， 虛擬儀器框架得到了廣泛認(rèn)同和采用。大致說來，虛擬儀器發(fā)展至今，可以分為三個(gè)階段，而這三個(gè)階段又可以說是同步進(jìn)行的。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和 I／ O 部件來構(gòu)建虛擬儀器。 虛擬儀器簡(jiǎn)介 虛擬儀器技術(shù) 就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 4 成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自然照度系數(shù)是用于評(píng)價(jià)自然光的照度水平。對(duì)體育場(chǎng)（館）的光照要求是非常嚴(yán)格的，光照過強(qiáng)或過暗都會(huì)影響比賽的效果。即 dAdE VV ?? 照度的 單位為 lx（勒克斯）， 1lm 的光通量均勻分布在 1 平方米的平面上所產(chǎn)生的照度為 1lx。隨著信息時(shí)代和網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的來臨，傳統(tǒng)儀器已不能滿足科技以及社會(huì)生產(chǎn)的需要。 北方民族大學(xué) 學(xué)士學(xué)位論文 論文題目 :基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 系 (部 )名 稱 : 電氣信息工程學(xué)院 學(xué) 生 姓 名 : 葛 良 均 專 業(yè) : 測(cè)控技術(shù)與儀器 學(xué) 號(hào) : 20xx0028 指導(dǎo)教師姓名 : 盛 洪 江 論文提交時(shí)間 : 20xx 年 5 月 21日 論文答辯 時(shí)間 : 20xx 年 5 月 28日 學(xué)位授予時(shí)間 : 北方民族大學(xué)教務(wù)處制 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 摘 要 虛擬儀器 (Ⅵ) 是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器儀表技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 ,是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。儀器已不再是簡(jiǎn)單的機(jī)械或電子設(shè)備，而是融合了機(jī)械、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)、材料化學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、系統(tǒng)工程等學(xué)科和先進(jìn)制造技術(shù)的一門綜合性技術(shù)。 光通量的定義為： eV CV?? ?? 式中： V? 為光通量，單位 lm C 為比例系數(shù)， 683lm/W； e? 為輻通量， W； 從定義可見，輻通量為 1W，波長(zhǎng)等于 555nm 的綠光的光通量（即視覺感受）為 683lm，即 1lm 的光通量所相當(dāng)?shù)耐咛財(cái)?shù)為 6831 （對(duì)波長(zhǎng)為 555nm而言）。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 3 那么，人們居住的室內(nèi)對(duì)照度的衛(wèi)生學(xué)要求是如何呢？照度是在衛(wèi)生學(xué)中一項(xiàng)十分重要的指標(biāo)。它是反映室內(nèi)的和同時(shí)從室外來的光照射關(guān)系。自 1986 年問世以來，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將 NI LabVIEW 圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。 I／ O 部件可以是獨(dú)立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板（ DAQ）或傳感器。 第一階段 ， 利用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。軟件領(lǐng)域面向?qū)ο蠹夹g(shù)把任何用戶構(gòu)建虛擬儀器需要知道的東西封裝起來。表 11 為虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較。 LabVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW (laboratory virtual instrument engineering wokbench— — 實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程 平臺(tái) )的概念 ,是直觀的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合 ,是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。同時(shí) ,利用其模塊化和遞歸方式 ,用戶可以在很短的時(shí)間內(nèi)構(gòu)建、設(shè)計(jì)和更改自己的虛擬儀器系統(tǒng)。通過本章可以很好的了解虛擬儀器 和照度計(jì)，也了解了 LabVIEW 和常見的虛擬儀器設(shè)計(jì)步驟。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 10 圖 21 硅光電池的結(jié)構(gòu) 硅光電池的工作原理 硅光電池的工作原理與光照 pn 結(jié)開路狀態(tài)時(shí)的物理過程相同，它的主要功能是在不加偏置的情況下能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。 頻率特性 [9] 對(duì)于結(jié)型光電器件，由于載流子在 pn 結(jié)區(qū)內(nèi)的擴(kuò)散、飄移、產(chǎn)生與復(fù)合都要有一定的時(shí)間，所以當(dāng)光照變化很快時(shí)，光電流就滯后于光照變化。 當(dāng)光電池受強(qiáng)光照射時(shí)，可能會(huì)因?yàn)榫Ц袷艿狡茐亩鴮?dǎo)致器件損壞，因而光電池作為探測(cè)器使用時(shí)，為保證測(cè)量精度應(yīng)考慮溫度變化對(duì)它的影響。 放大器用來放大和緩沖輸入信號(hào)。 多路模擬開關(guān)之后是模擬通道的轉(zhuǎn)換部分，它包括采樣 /保持和 A/D轉(zhuǎn)換電路。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的精度是指系統(tǒng)精度的極限值。 （ 5）非線性失真 也稱諧波失真，即當(dāng)給系統(tǒng)輸入一個(gè)頻率為 f 的正弦波時(shí)，其輸出北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 16 中出現(xiàn)很多頻率 kf（ k 為正整數(shù)）的新的頻率分量的現(xiàn)象，稱為非線性失真。 NI ELVIS 原型設(shè)計(jì)面板 美國(guó)國(guó)家儀器公司的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器套件 (NI ELVIS)可用于動(dòng)手設(shè)計(jì)及原型設(shè)計(jì)，平臺(tái)集成了 12 款最常用儀器，包括示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、波特分析儀等，緊湊的結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)室及課堂教學(xué)的理想選擇。由于 NI ELVIS 集成了 12 款儀器，并能在統(tǒng)一平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多用戶多應(yīng)用，因此降低了成本。通過 Instrument Launcher 軟件及軟前面板，用戶可以快速配置儀器。用戶可在同一實(shí)驗(yàn)室中開展各類學(xué)科的介紹性課程及高年級(jí)課程，從而拓展實(shí)驗(yàn)室能力并節(jié)省場(chǎng)地。 瀏覽資源欄，了解驅(qū)動(dòng)軟件的更多信息或下載驅(qū)動(dòng)程序。 標(biāo)定好的數(shù)據(jù)通過最小二 乘法進(jìn)行線性擬合，通過擬合值進(jìn)行反求照度。 如 圖 46： 圖 46 數(shù)據(jù)采集程序設(shè)置圖 電壓標(biāo)定數(shù)組設(shè)計(jì)：要求自動(dòng)加一顯示，按一下標(biāo)定按鈕，對(duì)應(yīng)時(shí)刻的電壓輸入數(shù)組，數(shù)組標(biāo)滿自動(dòng)顯示。 圖 410 顯示錯(cuò)誤列表 點(diǎn)擊警告選項(xiàng)和看錯(cuò)誤列表可知錯(cuò)誤出在 圖 411 所示的地方，沒有輸出選項(xiàng)，把“標(biāo)定電壓（ v）”改為轉(zhuǎn)換為輸入控件就把錯(cuò)誤排除了。單擊單步跳出按鈕完成框圖節(jié)點(diǎn)的執(zhí)行或完成單步調(diào)試。要想正確探測(cè)到流過數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)，必須在數(shù)據(jù)流過之前添加探針。 （ 3）由記錄的數(shù)據(jù) 用最小二乘法擬合出直線，并且 計(jì)算出直線的斜率和截距。231。231。 247。 247。231。231。231。 247。= = ?231。247。1170 51 ti y= =229。再通過擬合的直線反求出對(duì)應(yīng)照度。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從中明白了許多道理，學(xué)到了很多新東西，為今后的工作打下了基礎(chǔ)。對(duì)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)為我在以后的學(xué)習(xí)打下了良好的基 礎(chǔ) ,通過學(xué)習(xí)英語知識(shí)，我基本掌握了外文閱讀和翻譯的能力；通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)，我能夠熟練使用多種基本軟件和專業(yè)軟件的使用方法；通過專業(yè)課程的學(xué)習(xí)是我自身的能力得到了提高，對(duì)日后的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在盛 老師的悉心指導(dǎo)下，我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)從一團(tuán)糟到有了初步的認(rèn)識(shí)最后到明確了任務(wù)目標(biāo)，再到基本工作的組織和完成以及對(duì)工作任務(wù)的檢查和整理。 由于本人第一次完整的 獨(dú)立設(shè)計(jì) ，加之水平有限，設(shè)計(jì)中難免有不當(dāng)之處，還請(qǐng)各位老師給予批評(píng)、指正。在整個(gè)設(shè)計(jì) 過程中，先后經(jīng)歷了幾個(gè)階段：查找資料階段、總體設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、編程實(shí)現(xiàn)階段，最終完成了 基于 ELVIS 的光電池照度計(jì) 設(shè)計(jì)。453700 5 21 ii y= =229。桫邋邋 229。231。 247。231。231。231。247。247。231。231。 標(biāo)定數(shù)據(jù)的處理 標(biāo)定的照度和電壓數(shù)據(jù)如表 51： 表 51 標(biāo)定數(shù)據(jù)表 名稱 1 組 2 組 3 組 4 組 5 組 標(biāo)定照度 10 60 200 400 500 標(biāo)定電壓 根據(jù)標(biāo)定的數(shù)據(jù) 擬合 出的 直線 為 [12]： y bx a=+ 式中 x —— 傳感器的輸入量，即被測(cè)量 y —— 傳感器的理論輸出 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁 28 a ， b —— 直線方程的截距和斜率，由校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的最小二乘直線擬合求出。 本章小結(jié) 本章主要是程序前面板和后面板的設(shè)計(jì)過程以及程序的調(diào)試方法，通過設(shè)計(jì)過程我們可以很好的學(xué)習(xí) LabVIEW 軟件。在 任何時(shí)候通過釋放暫停按鈕可返回到正常執(zhí)行。 加亮執(zhí)行 當(dāng)單擊框圖窗 口工具條上的加亮執(zhí)行按鈕，即可以打開執(zhí)行加亮功能。 從函數(shù)選板里選擇：編程→結(jié)構(gòu)→平鋪式順序結(jié)構(gòu) /For 循環(huán) /事件結(jié)構(gòu) → For循環(huán)的循環(huán)次數(shù)設(shè)為 5/事件結(jié)構(gòu)編輯事件為“標(biāo)定按鈕”鍵按下；編程 →定時(shí) → 等待（ ms）→等待時(shí)間設(shè)為 500。 前面板的設(shè)計(jì) 前面板用于設(shè)置數(shù)據(jù)標(biāo)定和觀察照度及電壓的輸出，模擬真實(shí)照度計(jì)的前面板。 M 系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備與下列 NI 應(yīng)用軟件版本（或更高版本）兼容—— LabVIEW 、 LabWindows?/CVI 、或 Measurement Studio ； LabVIEW SignalExpress ；或帶 LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊 的 LabVIEW。