【正文】 化、編程平臺的圖形化和硬 件模塊的即插即用方向進步。當傳感器輸出的信號比較小，可以用放大器放大和緩沖輸入信號，如果采用的是可編程增益放大器就可以通過計算機進行增益選擇控制確定增益倍 數(shù)。按照面向對象的設計思想，一個虛擬儀器集成系統(tǒng)由多個虛擬儀器組成，每個虛擬儀器均由軟面板控制。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結構和連線等。 NI 公司從一開始就推出豐富而又簡潔的虛擬儀器開發(fā)軟件。 虛擬儀器具有以下特點： ? 軟件是虛擬儀器 的核心，性價比高， 虛擬儀器技術是在 PC 技術的基礎上發(fā)展起來的，所以完全 繼承 了以現(xiàn)成即用的 PC 技術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點。 虛擬儀器技術 就是利用高性能的模塊化硬件，結合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。這些軟件開發(fā)平臺提供了強大的儀器軟面板設計工具和各種數(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動程序模塊，簡化了虛擬儀器的設計 工作。其中 USB 是最新技術的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好 等優(yōu)點，它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性；利用 DAQ 卡可方便快速地構建虛擬儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的組成與傳統(tǒng)儀器一樣，主要由數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析和處理、結 果顯示三部分組成 ， 如圖 所示 ： tR a t e 圖 虛擬儀器的內部功能的劃分 基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 8 對于傳統(tǒng)儀器，這三個部分幾乎均由硬件完成；對于虛擬儀器，前一部分由硬件構成，后兩部分主要由軟件實現(xiàn)。虛擬儀器技術十分符合國際上流行的 “硬件軟件化 ”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作 “ 軟件儀器 ” 。相信隨著科技的不斷創(chuàng)新發(fā)展，隨著人們對其更需人性化的需求，虛擬儀器的發(fā)展也將會不斷地更上一個臺階，讓其發(fā)揮出應有而更廣泛的的功效，讓人們的生活更加美好 [2]。 VXI（ VMEbus Extensions For Instrumentation，意為 “VMEbus在儀器領域內的擴展 ”）是繼 GPIB 第二代自動測試系統(tǒng)之后，為適應測試系統(tǒng)從分離臺式結構向高密度、高效率、多功能、高性能的模塊結構發(fā)展的需要，吸收智能儀器和 PC 儀器之設計思想，集 GPIB 系統(tǒng)和高級微機內總線 VMEbus 之精華設計而成的儀器。 其中，硬件的功能是獲取被測試的物理信號，提供信號傳輸?shù)耐ǖ馈? 虛擬儀器的核心技術思想就是 “軟件即是儀器 ” 。虛擬儀器的發(fā)展將本著跟隨通用計算機走、跟著通用軟件走、跟著網絡走的指導思想。在人工智能研究的影響下，人們開始關注如何提高虛擬儀器的智能化水平。圍繞這些核心軟件還陸續(xù)開發(fā)出多種附件。而傳統(tǒng)儀器如模擬式儀器儀表、數(shù)字化儀表、內部有微處理器的智能儀器等，其對于用戶來說是一個封閉的系統(tǒng)，儀器的面板、旋鈕、開關和顯示方式，內部電路及儀器所能提供的功能都是固定的，與其 他設備的連接也受限制。由單片集成電路構成的溫度傳感器的種類越來越多，測量的精度越來越高，響應時間越來越短，因其使用方便、無需變換電路等特點已經得到了廣泛的應用。 課題概述及研究內容 虛擬儀器（ virtual instrumention）是基于計算機的儀器。實踐證明虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解決方案，能夠高效的實現(xiàn)各種測控任務。 36 附錄 0 Web 服務器配置 18 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類 17 第 3 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 16 固態(tài)熱傳感器 8 虛擬儀器的軟件結構 第十周至第十一周：整理設計資料，撰寫畢業(yè)設計論文。 第三 周：參考相關資料，查閱相關文獻，自學相關知識，了解系統(tǒng)整個工作原理和設計方案，寫好開題報告。 作者簽名： 日期： 年 月 日 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目： 基于 LabVIEW的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng) 研究 姓名 院系 專業(yè) 班級 學號 指導老師 職稱 教研室主任 一、基本任務及要求： 設計一個基于 LabVIEW 的溫度監(jiān)測系統(tǒng)，采用適當?shù)臏囟葌鞲衅鞑杉綔?度信號后由 NI M 系列數(shù)據(jù)采集卡 6221 將數(shù)據(jù)傳至主機。學習 LABVIEW 軟件。 II 第 1 章 緒 論 5 虛擬儀器的概念 14 熱敏電阻器 23 溫度傳感器 34 致 謝 本設計采用 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，運用傳感器、虛擬儀器及其相關技術于基于LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設計。 20 世紀 70 年代以來，計算機、微電子等技術迅猛發(fā)展，在其推動下，測控儀器與技術不斷進步，相繼誕生了智能儀器、 PC 儀器、 VXI 儀器、虛擬 儀器及互換性虛擬儀器等微機化儀器及其自動測控系統(tǒng)，計算機與現(xiàn)代化儀器設備間的界限日漸模糊，測控領域和范圍不斷拓寬。本文設計就是建立在 VI 基礎上，在此平臺上完成對溫度的實時測量。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。不久， NI 為基于計算機的測量和自動化開發(fā)出了 LabVIEW 軟件包。國內虛擬儀器行業(yè)至今還沒有形成具有自主知識產權的虛擬儀器核心開發(fā)技術，也沒有相關的行業(yè)標準。無 論 哪種 VI 系統(tǒng)，都是將硬件儀器 (傳感器、調理放大器、 A/D)搭載到各種計算機平臺上，加上應用軟件面板構成，實現(xiàn)使用計算機的全數(shù)字采集測 試分析。 其中當溫度采集部分應用溫度傳感器來完成對所需數(shù)據(jù)的初步采集后，再利用適當輔助步驟與 NIM 系列數(shù)據(jù)采集卡 6221 相連接，然后運用 LabVIEWDAQ 進行編程對所接收到的相關數(shù)據(jù)進行相應的處理，當溫度不在預設范圍時，也可通過 LabVIEW 編程發(fā)布相關改變指令通過 6221 傳輸?shù)綄獔?zhí)行機構，實現(xiàn)溫度 的改變。 虛擬儀器技術是隨著現(xiàn)代計算機技術、信息技術、現(xiàn)代測量技術的發(fā)展而出現(xiàn)的新技術。 DAQ（ Data Acquisition）儀器，即數(shù)據(jù)采集儀器是一種典型的虛擬儀器，以微型計算機為平臺，將計算機硬件（如某類總線）和計算機軟件（虛擬儀器應用軟件）結合起來，實現(xiàn)特定儀器測量和分析的功能。 PXI 總線儀器以 CompactPCI 為基礎，改進了 PCI 總線技術，增加了 PCI 插槽，使之適合試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應用，是一種有別于 GPIB等總線結構的新型虛擬儀器體系結構。虛擬儀器中應用程序將可選硬件（如 GPIB， VXI， RS232， DAQ 板）和可重復用庫函數(shù)等軟件結合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。系統(tǒng)軟件部分通常用專 用的虛擬儀器開發(fā)語言（如 LabVIEW）編寫而成，并可通過 Inter 實現(xiàn)網絡擴展。在計算機上掛接多個 DAQ 功能模塊，配合相應的軟件，就可以構成一臺具有多功能的測試儀器。 虛擬儀器（ virtual instrumention）是基于計算機的儀器。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們任何項目需要。 虛擬儀器的組成原理 虛擬儀器充分利用了當代先進的科技產品和技術 ， 如計算機、模塊化的數(shù)據(jù)采集調理電路及總線技術等 .虛擬儀器由 硬件設備與接口、設備驅動軟件和虛擬儀器面板組成。 虛擬儀器測試系統(tǒng)的軟件主要分為以下四部分： ① 儀器面板控制軟件 ② 數(shù)據(jù) 分析處理軟件 ③ 儀器驅動軟件 ④ 通用 I/O 接口軟件 基于 LabVIEW 平臺的虛擬儀器程序設計 所有的 LabVIEW 應用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標 /連結器 (Icon/Connector)三部分。 虛擬儀器的發(fā)展隨著微機的發(fā)展和采用總線方式的 不同，可分為五種類型： 1. PC 總線 ——插卡型虛擬儀器 2. 并行口式虛擬儀器 3. GPIB 總線方式的虛擬儀器 4. VXI 總線方式虛擬儀器 5. PXI 總線方式虛擬儀器 虛擬儀器系統(tǒng)軟面板的設計標準 虛擬儀器軟面板是用戶用來操作儀器，與儀器進行通信，輸入?yún)?shù)設置，輸出結果顯示的用戶接口。 1. 制定所設計儀器的接口形式 如果儀器設備具有 RS232 串行接口，則直接用連線將儀器設備和計算機的RS232 串行口連接即可。驅動程序的實質是為用戶提供了用于儀器操作的較抽象的操作函數(shù)集，它是虛擬儀器核心軟件之一。虛擬儀器主要在以下幾個方面得到應用： 1. 虛擬儀器在測量方面的應用 虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活 ,可與計算機技術保持同步發(fā)展 ,將之應用在測量方面可以提高精確度 ， 降低成本 ， 并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間 ， 因此已經在測量領域得到廣泛基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 13 的應用。這是一個功能強大且靈活的軟件，利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程 及使用過程都生動有趣。 虛擬儀器的發(fā)展主要取決于三個重要因素。繼 “ 軟件就是儀器 ” 的概念之后，很可能出現(xiàn) “ 網絡就是儀器 ” 的新觀念。 表 NTC 熱敏電阻器性能參數(shù) 基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 15 這些數(shù)據(jù)是對 VishayDale 熱敏電阻進行量測得到的 ， 但它也代表了 NTC 熱敏電阻的總體情況。熱敏電阻和電阻串聯(lián)產生分壓，其阻值變化使得節(jié)點處的電壓也產生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。 基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 16 RTD 的電阻值以 0℃ 阻值作為標稱值。一般把連接點放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個節(jié)點處以同一溫度 下，從而降低誤差。 溫度傳感器種類很多，通過正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應用的傳感器。 數(shù)據(jù)采集卡的組成 數(shù)據(jù)采集卡主要由以下四部分組成： 1. 多路開關 多路開關將多路信號輪流切換到放大器的輸入端，以實現(xiàn)多路信號的分時采集。其他相關電路，如定時 /計數(shù)器、總線接口電路等，也集成在一塊電路板上，以完成對信號的采集、放大及模 /數(shù)轉換任務。 采樣結果的輸出方式：采樣結果可放在一個數(shù)組中，也可放在某一緩沖區(qū)中。 O nO f ftS t a t e 圖 開關信號 第二類數(shù)字信號是脈沖信號 (Pulse Train)，如圖 所示。接地最常見的例子是通過墻上的接地引出線，如信號發(fā)生器和電源。 2. 安全可靠 選取設備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、震動、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。 采用不銹鋼外殼封裝，內部填充導熱材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，適用于精密儀器、恒溫設備、流體管道等溫度的測量，非常經濟實用。具體的控制流程如下圖 ： 圖 控制流程圖 基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)