【正文】 3V，斷開狀態(tài)（ OFF）即信號(hào)無(wú)效的低電平 3V，也就是當(dāng)傳輸電平的絕對(duì)值大于 3V 時(shí)，電路可以有效地檢查出來(lái)，介于 3V～ +3V 之間的電壓無(wú)意義，低于15V 或高于 +15V 的電壓也認(rèn)為無(wú)意義，因此，實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)保證電平在正負(fù)（ 5～ 15）V之間。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點(diǎn)之一，有了這一點(diǎn)，儀器的開發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。 虛擬儀器和傳統(tǒng)儀器的比較 虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨(dú)立儀器無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)（如表 11 所示）。 (2)在通用硬件平臺(tái)確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。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(cè)試系統(tǒng)成為 Inter/Intra 的一部分，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和管理。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(jié)果顯示三部分組成。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率較低或者是需要長(zhǎng)距離傳輸時(shí)可以使用這用方法。 福州大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 后面板設(shè)計(jì) 圖 41 串口設(shè)置 如圖 41所示，可設(shè)一個(gè)輸入控制的按鈕來(lái)控制串口的打開與關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn) LabVIEW的串口與計(jì)算機(jī)和 RS232 的通信。 基于 LabVIEW 的材料測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 載荷測(cè)量 21 同時(shí)需要將所采集到的壓力值實(shí)時(shí)的用數(shù)值顯示出來(lái)，如圖所示“ ”。因此，利用上下位機(jī)的串行接口通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集處理得到越來(lái)越多使用?；?LabVIEW 的材料測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 載荷測(cè)量 23 謝 辭 本文是在導(dǎo)師的精心指導(dǎo)下完成的，老師多次詢問(wèn)進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。 感謝我的父母，是他們一直以來(lái)在精神上、物質(zhì)上給予我大力的支持和鼓勵(lì)，才使我取得了今天的成績(jī)。 3%) 非直線性 % . 磁滯性 % . 重覆性 % . 建議施加電壓 10V(100N~200N為 5V) 容許施加電壓 18V(100N~200N為 10V) 輸入 /出阻抗 350Ω177。圖書館為我們提供的豐富資源 —— 文本書籍和數(shù)字圖書使我受益匪淺，而且安逸的學(xué)習(xí)環(huán)境，非常具有人文氣息。老師高尚的師德及對(duì)我的嚴(yán)格要求將使我受益終生。 以 PC機(jī)或工作站為平臺(tái)，運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)成實(shí)用的測(cè)控系統(tǒng)將成為儀器和測(cè)試技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。 上圖中設(shè)定測(cè)量的載荷值超過(guò)傳感器的最高的壓力值 5000N 就報(bào)警。計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)波特率一般為9600bit/s，因此上述設(shè)置的波特率也是采用計(jì)算機(jī)所常用的波特率就可以了，校驗(yàn)位可以是奇校驗(yàn)，也可以是偶校 驗(yàn)，根據(jù)自己的需要而設(shè)定，這里所設(shè)置的校驗(yàn)位為無(wú)。一些較新的計(jì)算機(jī)沒有內(nèi)置的串行口，但是可以很容易的買到一個(gè) USB 到 RS232 的串行口轉(zhuǎn)換器，其價(jià)格僅相當(dāng)于一個(gè) USB 鼠標(biāo)的一半，在性價(jià)比方面就占了比較大的優(yōu)勢(shì)了。與 傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設(shè)計(jì)日趨模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)工作量大大減小。 虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)的組成 虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。 (4)儀器性能的改進(jìn)和功能擴(kuò)展只需更新相關(guān)軟件設(shè)計(jì)，不需購(gòu)買新儀器。在中低檔測(cè)試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨(dú) 立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動(dòng)化測(cè)試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨(dú)立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。源代碼庫(kù)函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（ VI）系統(tǒng)提供了基本 的軟件模塊。所謂虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái)，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動(dòng)控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建成專 有儀器系統(tǒng)。接收器典型的工作電平在 +3～ +12V 與 3～ 12V。因此在視頻界的應(yīng)用，許多廠家都建立了一套高層通信協(xié)議，或公開或廠家獨(dú)家使用。 圖 27（ b）下半部分為發(fā)送和接收部分， 1inT ， 2inT 可直接接 TTL/CMOS 電平的 MCS51型單片機(jī)的串行發(fā)送端 TXD； 1outR , 2outR 可直接接 TTL/CMOS 電平的 MCS51 型單片機(jī)的串行接受端 RXD； 1outT ， 2outT 可直接接 PC 機(jī)的 RS232 串口接受端 RXD； 1inR , 2inR 可直接接PC 機(jī)的 RS232 串口發(fā)送端 TXD。進(jìn)行串行通信時(shí)要滿足一定的條件，如 PC 的串口是 RS232 電平的，而單片機(jī)的串口是 TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，這里用專用芯片 MAX232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。轉(zhuǎn)換需要時(shí)間，只有確認(rèn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成后，才能進(jìn)行傳送。 (2） 提供有效的 START 信號(hào) 上圖中 ADC0809 的 START 引腳是和 ALE 引腳接在一起的。 START 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換，之后 EOC 輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。此時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) EOC呈低電平狀態(tài)。也是暫存，所以 A/D 轉(zhuǎn)換器一般不需要數(shù)據(jù)鎖存器了。 ADC0809 使用＋ 5V單一電源供電。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端。三態(tài)輸出， D7 是最高位， D0 是最低位 。 ADC0809 八 位逐次逼近式 A／ D 轉(zhuǎn)換器是一種單片 CMOS 器件，包括 8 位模擬轉(zhuǎn)換器、8 通道轉(zhuǎn)換開關(guān)和與微處理器兼容的控制邏輯。 基于 LabVIEW 的材料測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 載荷測(cè)量 7 8位 A/D 轉(zhuǎn)換器，其精度為 ： 8 %2? ? () 輸入為 0～ 5V 時(shí)，分辨率為 ： 85 0 . 0 1 9 6 1 9 . 6 m v1122FsN Vv ? ? ??? () Fsv— A/D 轉(zhuǎn)換器的滿量程值 ； N — ADC 的二進(jìn)制位數(shù) 量化誤差為 ： 8 5 0 . 0 0 9 8 9 . 8 m v( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv? ? ? ?? ? ? ? () ADC0809 是 TI 公司生產(chǎn)的 8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括一個(gè) 8位的逼近型的 ADC部 分，并提供一個(gè) 8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，為模擬通道的設(shè)計(jì)提供了很大的方便 [7]。 電源線是電磁干擾傳入設(shè)備和傳出設(shè)備主要途徑。 由于 A/D 轉(zhuǎn)換用到的是 ADC0809 的模數(shù)轉(zhuǎn)換，是 8 位的精度。信號(hào)調(diào)理需要涉及到多種其他的電路，如儀表放大器，可編程增益放大器，隔離放大器和信號(hào)調(diào)理器。 福州大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 第 2 章 硬件設(shè)計(jì) 信號(hào)采集 載荷傳感器 LRK 原理：該傳感器主要是應(yīng)用橋式應(yīng)變片的原理，通過(guò)施加的載荷的大小，引起應(yīng)變片的反應(yīng)，從而輸出相應(yīng)的電壓值，進(jìn)而通過(guò)測(cè)量電壓并轉(zhuǎn)化為載荷，從而可測(cè)得所施加的力的大小 [2][3]。 由于 RS232 在微機(jī)通信接口中廣泛采用，技術(shù)已相當(dāng)成熟。數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的必然產(chǎn)物。而以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)雖然硬件成本較低 ,但開發(fā)過(guò)程較為復(fù)雜 ,編程工作量較大 ,周期長(zhǎng) ,效率低，如果將以單片機(jī)為核 心的小系統(tǒng)作為前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ,通過(guò) LabVIEW 提供的串口子 VI 將采集到的數(shù)據(jù)傳送到 PC 主系統(tǒng) ,在 LabVIEW 環(huán)境下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析 ,既充分利用了 LabVIEW 的強(qiáng)大功能 ,又降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本 ,提高了效率 ,這不失為擴(kuò)展LabVIEW 應(yīng)用范圍的一個(gè)途徑。虛擬儀器的開發(fā)平臺(tái)是虛擬儀器的精髓、而 LabVIEW 以其直觀、簡(jiǎn)便的編程方式?；?LabVIEW 的材料測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 載荷測(cè)量 1 基于 LabVIEW 的材料測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 載荷測(cè)量 摘要 LabVIEW是 NI公司開發(fā)的圖形化編程開發(fā)平臺(tái) ,具備強(qiáng)大的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理功能與顯示功能 .但是由于 LabVIEW的數(shù)據(jù)采集卡價(jià)格非常昂貴，所以本設(shè)計(jì)以 LabVIEW為軟件設(shè)計(jì)的核心， 以模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809和 單片機(jī) AT89C51為 硬件設(shè)計(jì)的 核心 來(lái)設(shè)計(jì)這個(gè)材料測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)的。使用 非常靈活方便 ?。但用 LabVIEW 開發(fā)的虛擬儀器通常都是建立在LabVIEW 支持的價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集硬件之上的。 此外，計(jì)算機(jī)的發(fā)展對(duì)通信起了巨大的推動(dòng)作用 .計(jì)算機(jī)和通信緊密結(jié)合構(gòu)成了靈活多樣的通信控制系統(tǒng)，也 可以構(gòu)成強(qiáng)有力的信息處理系統(tǒng) ,這樣對(duì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。數(shù)據(jù)輸出及顯示就是把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问竭M(jìn)行輸出和顯示。因此，做好硬件與 單片機(jī)之間的通信，并編好程序，就能夠輸出需要的數(shù)字信號(hào)了。 1% 建議施加電壓 10V（ 100N— 200N 時(shí)為 5V） 非直線性 % 溫度補(bǔ)償范圍 10 70??℃ 重復(fù)性 % 放大器及其調(diào)理電路 在實(shí)際的單片機(jī)輸入通道中，傳感器的輸出信號(hào)時(shí)各種各樣的，由于 LRK 傳感器的輸出信號(hào)比較微弱，所以必須要進(jìn)行信號(hào)的調(diào)理和其他的輔助處理，才能滿足后面電路 (ADC)需要。 在設(shè)計(jì)中，由于所要求的增益是 100 到 1000 倍，因此可接一個(gè)電位器來(lái)調(diào)節(jié)輸出的電壓的放大倍數(shù)。電磁干擾對(duì)于檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是最為普遍和影響最嚴(yán)重的干擾 [5]。 (2)ADC 位數(shù)的選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)決定著信號(hào)采集的精度和分辨率。 ADC0809 內(nèi)部功能與引腳介紹 分辨率和精度在第一 部分 中已作了相應(yīng)的計(jì)算和分析。 D0～ D7： 8位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端。脈沖寬度應(yīng)不小于 100～ 200ns。 VCC、 GND：供電電源端。采樣所得的模擬信號(hào)也在同一芯片中保存。在 START 信號(hào)下降沿的作用下，逐次逼近過(guò)程開始，在時(shí)鐘的控制下，一位一位地逼近。此地址經(jīng)譯碼器選通 8 路模擬信號(hào)之一到比較器。因此 ADC0809 的 8 路通道地址可以確定為： 6000H 6007H（ 、 、 = 001）。 5） A/D 轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)字量應(yīng)傳入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。 串行口通信 51 單片機(jī)有一個(gè)全雙工的串行口，所以單片機(jī)和 PC 之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。電容 1C 、 2C 、 3C 、 4C 取同樣數(shù)值的電解電容，以提高抗干擾能力 。 (b) (a) 圖 27 MAX232引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 福州大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。當(dāng)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，線 上為 TTL，從開始傳送數(shù)據(jù)到結(jié)束，線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL電平。 基于 LabVIEW 的材料測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì) —— 載荷測(cè)量 15 第 3 章 虛擬儀器的概述 虛擬儀器的概念 虛擬儀器的概念是由美國(guó)國(guó)家儀器公司（ National Instruments）最先提出的 [10]。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(kù)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)。在高速度、高帶寬和專業(yè)測(cè)試領(lǐng)域，獨(dú)立儀器具有無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。 (3)儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來(lái)定義，不是事先由廠家定義的。在當(dāng)前流行的 C/S/D 網(wǎng)絡(luò)模式下，利用嵌入式技術(shù)（包括數(shù)據(jù)庫(kù)嵌入和網(wǎng)絡(luò)模塊的嵌入）可以充分利用有效資源，提高測(cè)試效率。如圖所示： 福州大學(xué)本 科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 采 集 與 控 制插 入 式 數(shù) 據(jù) 采 集 板G P I B 儀 器V X I / P X I 儀 器R S 2 3 2 儀 器數(shù) 據(jù) 分 析 和 處 理數(shù) 字 信 號(hào) 處 理數(shù) 字 濾 波統(tǒng) 計(jì) 分 析數(shù) 值 分 析結(jié) 果 顯 示網(wǎng) 絡(luò) 通 信硬 盤 拷 貝 輸 出文 件 I / O圖 形 用 戶 接 口 圖 32 虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分 對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成；對(duì)于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。過(guò)時(shí)的串行通信協(xié)議 RS232，雖然與 GPIP 相比速度慢得多了且不可靠，但是實(shí)現(xiàn)起來(lái)卻不需要在計(jì)算機(jī)上安裝接口板，儀器使用也不需要執(zhí)行 IEEE488 標(biāo)準(zhǔn)，而且計(jì)算機(jī)上大多數(shù)內(nèi)置串行口是 RS232，所以串行通信很容易做到不用購(gòu)買任何的特殊的硬件就能實(shí)現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)或者是接收數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)的通信口有很多個(gè)，我這里設(shè)置了兩個(gè)，也可以只有一個(gè)，只是當(dāng)另外一個(gè)不能使用時(shí)該換另一個(gè)而已。 荷重傳感器也是有其工作的極限的，最高可測(cè)量 5KN，也可以要求在 0~5KN 之間設(shè)定一個(gè) 特定的壓力值，當(dāng)載荷超過(guò)這個(gè)壓力值時(shí)， 就報(bào)警，如圖所示“ ”。 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展和遠(yuǎn)程測(cè)試的需要，驅(qū)動(dòng)虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神給了我很大幫助。在今后的學(xué)習(xí)生活中，我要更加努力、勤奮來(lái)報(bào)答他們對(duì)我的關(guān)心、支持和培養(yǎng) ! 感謝學(xué)校的圖書館。 1% 絕緣阻抗 2020MΩ以上 溫度補(bǔ)償範(fàn)圍 10~+70℃ 容許溫度範(fàn)圍 20~+100℃