【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的VI。 （Front Panel）前面板是程序與用戶交流的窗口，用于設(shè)置各種輸入控制參數(shù)和觀察輸出量。前面板的作用相當(dāng)于傳統(tǒng)儀器的面板，在它上面有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象。具體表現(xiàn)為開(kāi)關(guān)、旋鈕、撥盤等用戶輸入的控制對(duì)象和圖形、圖表等顯示對(duì)象。，上面有一個(gè)顯示對(duì)象，圖形顯示控件，以曲線的方式顯示了一個(gè)正弦波。有兩個(gè)控件對(duì)象，即旋鈕和停止鍵，旋鈕用于調(diào)節(jié)產(chǎn)生的正弦波的幅值，停止/啟動(dòng)按鈕用于啟動(dòng)和停止程序的運(yùn)行。（Block Diagram）每個(gè)前面板都有相應(yīng)的程序框圖與之對(duì)應(yīng)。程序框圖是VI的圖像化源代碼，是實(shí)現(xiàn)程序的核心，可以把它想象為傳統(tǒng)儀器機(jī)箱中用來(lái)實(shí)現(xiàn)功能的零部件，它可以控制和操縱定義在前面板的輸入和輸出功能。程序框圖由節(jié)點(diǎn)、端口和連線等要素組成。（）。第二章 硬件介紹硬件是任何一個(gè)系統(tǒng)不可缺少的部分。本次設(shè)計(jì)中涉及到的主要硬件有：PC機(jī)、傳感器、DAQ數(shù)據(jù)采集卡及其I/O端口。 數(shù)據(jù)采集卡介紹一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能應(yīng)有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字輸入/輸出端口、計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等，而這些功能分別由相應(yīng)的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。模擬輸入是采集最基本的功能。它一般由放大器、采樣保持電路以及A/D來(lái)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)這些部分，一個(gè)模擬信號(hào)就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。A/D的性能和參數(shù)直接影響著模擬輸入的質(zhì)量，要根據(jù)實(shí)際需要的精度來(lái)選擇合適的A/D。模擬輸出通常是為采集系統(tǒng)提供激勵(lì)。輸出信號(hào)受數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D/A）的建立時(shí)間、轉(zhuǎn)換率、分辨率等因素影響。建立時(shí)間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號(hào)幅值改變的快慢。建立時(shí)間短、轉(zhuǎn)換率高的D/A可以提供一個(gè)較高頻率的信號(hào)。如果用D/A的輸出信號(hào)去驅(qū)動(dòng)一個(gè)加熱器，就不需要使用速度很快的D/A，因?yàn)榧訜崞鞅旧砭筒荒芎芸斓馗欕妷鹤兓?yīng)該根據(jù)實(shí)際需要選擇D/A的參數(shù)指標(biāo)。數(shù)字輸入/輸出通常用來(lái)控制過(guò)程、產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)、與外設(shè)通信等。它的重要參數(shù)包括：數(shù)字口路數(shù)（line）、接收 (發(fā)送 )率、驅(qū)動(dòng)能力等。如果輸出去驅(qū)動(dòng)電機(jī)、燈、開(kāi)關(guān)型加熱器等用電器，就不必用較高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率。路數(shù)要能同控制對(duì)象配合，而且需要的電流要小于采集卡所能提供的驅(qū)動(dòng)電流，但如果加上合適的數(shù)字信號(hào)調(diào)理設(shè)備，仍可以用采集卡輸出的低電流的TTL電平信號(hào)去監(jiān)控高電壓、大電流的工業(yè)設(shè)備。數(shù)字I/O常見(jiàn)的應(yīng)用是在計(jì)算機(jī)和外設(shè)如打印機(jī)、數(shù)據(jù)記錄儀等之間傳送數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)器包括三個(gè)重要信號(hào)：門限信號(hào)、計(jì)數(shù)信號(hào)、輸出。門限信號(hào)實(shí)際上是觸發(fā)信號(hào)——使計(jì)數(shù)器工作或不工作；計(jì)數(shù)信號(hào)即信號(hào)源，它提供了計(jì)數(shù)器操作的時(shí)間基準(zhǔn)；輸出是在輸出線上產(chǎn)生脈沖或方波。計(jì)數(shù)器最重要的參數(shù)是分辨率和時(shí)鐘頻率，高分辨率意味著計(jì)數(shù)器可以記載更多的數(shù)，時(shí)鐘頻率決定了計(jì)數(shù)的快慢，頻率越高，計(jì)數(shù)速度就越快。采集卡在數(shù)據(jù)的采集與處理中應(yīng)滿足下面的條件:，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。，能實(shí)現(xiàn)不同頻率下的采樣。，得出分析結(jié)果。，易于控制。本次設(shè)計(jì)采用的是M系列PCI6221型數(shù)據(jù)采集卡，這是一個(gè)基于PCI的同步數(shù)據(jù)采集卡，它可以充分利用計(jì)算機(jī)的資源增加測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性，且用戶可以通過(guò)LabVIEW應(yīng)用程序給驅(qū)動(dòng)發(fā)送諸如采集、顯示和分析等指令，為用戶節(jié)省了編寫(xiě)底層函數(shù)的時(shí)間和麻煩。它有16路模擬量輸入通道，24個(gè)數(shù)字輸入/輸出端口，2個(gè)16位模擬輸出通道，兩個(gè)32位計(jì)數(shù)器，6個(gè)DMA通道，且每個(gè)功能都有獨(dú)立的DMA控制器。而且，M系列的新技術(shù)能提供更高的性能和更多的端口，具有更高的價(jià)值。NISTC2是專門為M系列DAQ設(shè)備設(shè)計(jì)的特定用途集成電路(ASIC )，提高了設(shè)備的輸入/輸出端口通道數(shù)，數(shù)據(jù)吞吐率增強(qiáng)了12倍。NIMCaI技術(shù)提供線性化和校準(zhǔn)引擎，很大程度地提高了整個(gè)輸入范圍內(nèi)精度。DAQmx是NI公司開(kāi)發(fā)的測(cè)量服務(wù)軟件，我們可以把測(cè)量服務(wù)軟件看作是輸入/輸出驅(qū)動(dòng)軟件層，然而它不僅僅是一個(gè)驅(qū)動(dòng)，這個(gè)軟件連通了虛擬儀器軟件和硬件，用以產(chǎn)生信號(hào)幫助測(cè)試程序的正確性。此外，DAQmx支持NI公司的高性能新硬件產(chǎn)品，包括M系列插入式DAQ設(shè)備，一些最新的USBDAQ設(shè)備，以及數(shù)以百計(jì)的傳統(tǒng)NIDAQ所支持的DAQ設(shè)備。以DAQmx為兼容對(duì)象的產(chǎn)品將是采集硬件發(fā)展的方向，NI公司M系列的產(chǎn)品以及以后開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品都將以支持DAQmx為主，對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集VI將逐漸被淘汰。基于DAQ的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不但實(shí)用，而且具有很高的性價(jià)比，且PCI總線傳輸速率高，數(shù)據(jù)吞吐量大。加上LabVIEW程序開(kāi)發(fā)的方便快捷、友好的圖形化用戶界面，使得用它來(lái)開(kāi)發(fā)DAQ卡數(shù)據(jù)采集的應(yīng)用，較其它開(kāi)發(fā)環(huán)境的開(kāi)發(fā)有著不可比擬的優(yōu)越性。 傳感器簡(jiǎn)介檢測(cè)技術(shù)是人們認(rèn)識(shí)和改造世界的一種必不可少的重要技術(shù)手段，而傳感器是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和工業(yè)生產(chǎn)等活動(dòng)中對(duì)信息資源的開(kāi)發(fā)獲取、傳輸與處理的一種重要設(shè)備。傳感器是只能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件和裝置。因此，傳感器又被稱為敏感元件、檢測(cè)器件、轉(zhuǎn)化器件等。如在電子技術(shù)中的熱敏元件、磁敏元件、光敏元件；在機(jī)械測(cè)量中的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置；在超聲波技術(shù)中的壓電式換能器等都可以統(tǒng)稱為傳感器。傳感器的基本功能是檢測(cè)信號(hào)和進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。傳感器總是處于測(cè)試系統(tǒng)的最前端，用來(lái)獲取檢測(cè)信息，其性能的好壞直接影響整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)測(cè)量精度起著決定性作用。通常，其輸出量都是電信號(hào)，方便傳輸、轉(zhuǎn)換、處理、顯示等。傳感器的組成按其定義一般分為敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路三部分，有時(shí)還需要外加輔助電源提供能量轉(zhuǎn)換。：傳感器一般采用兩種方法分類：一種是按照被測(cè)量參數(shù)分類，如對(duì)溫度、濕度、壓力、位移等的測(cè)量，相應(yīng)的有溫度傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位移傳感器等；另一種是按傳感器的工作原理分類，如按應(yīng)變?cè)砉ぷ魇健措娙菰砉ぷ魇?、按壓點(diǎn)原理工作式等，相應(yīng)的有應(yīng)變式傳感器、電容式傳感器、壓電式傳感器等。傳感器選用是設(shè)計(jì)中要考慮的幾個(gè)重要問(wèn)題之一，具體的可以從下面幾個(gè)方面考慮：要進(jìn)行一次具體測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。根據(jù)被測(cè)量的特點(diǎn)和傳感器的使用條件需要考慮下面的問(wèn)題：量程的大小；被測(cè)量位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；信號(hào)引出方法，是有線或是非接觸測(cè)量。在考慮上述問(wèn)題之后就能確定選用何種類型的傳感器，再考慮傳感器具體性能指標(biāo)。通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因?yàn)殪`敏度高時(shí)，與被測(cè)量變化對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的值才比較大，有利于信號(hào)處理。但需要注意的是，傳感器靈敏度高，與被測(cè)量無(wú)關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會(huì)被系統(tǒng)放大，影響測(cè)量精度，因此要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比。盡量減少外界引入干擾信號(hào)。傳感器線性范圍是指?jìng)鞲衅鬏敵雠c輸入成直線關(guān)系的范圍，從理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，其量程越大，并且能保證一定的測(cè)量精度。選傳感器的種類以后首先看其量程是否滿足要求。但實(shí)際上，任何傳感器都不能保證絕對(duì)的線性，其線性度也是相對(duì)的。所以在要求測(cè)量精度比較低時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，可將誤差較小的傳感器近似看作是線性的。傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身的結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對(duì)其使用的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少環(huán)境影響。精度是傳感器的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價(jià)格越昂貴。因此，傳感器的精度只要滿足整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過(guò)高?？梢栽贊M足同意測(cè)量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡(jiǎn)單的傳感器?？傊x擇傳感器應(yīng)從其基本原理出發(fā)，注意被測(cè)對(duì)象可能產(chǎn)生的負(fù)載效應(yīng)。所選擇的傳感器，應(yīng)既能適應(yīng)被測(cè)物理量，又能滿足量程、測(cè)量結(jié)果的精度要求，同時(shí)還有具有可靠性高、適用性強(qiáng)，性價(jià)比高的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)溫室的溫濕度（農(nóng)業(yè)上良種培育需要的條件是：溫度15~40℃，濕度：40~75RH%），在考慮了上述的因素之后，本設(shè)計(jì)理論上應(yīng)該選擇溫濕度傳感器HMP231，但由于條件的限制，最終使用模擬信號(hào)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。 第三章 基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集與控制數(shù)據(jù)采集，又稱數(shù)據(jù)獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集數(shù)據(jù)并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個(gè)接口。數(shù)據(jù)采集技術(shù)廣泛引用在各個(gè)領(lǐng)域。比如攝像頭、麥克風(fēng)等，都是常見(jiàn)的數(shù)據(jù)采集工具。 被采集數(shù)據(jù)是已被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的各種物理量，如溫度、水位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。采集的一般方式是隔一定時(shí)間（稱采樣周期）對(duì)同一點(diǎn)數(shù)據(jù)重復(fù)采集。采集的數(shù)據(jù)大多是瞬時(shí)值，也可是某段時(shí)間內(nèi)的一個(gè)特征值。數(shù)據(jù)采集含義很廣，包括對(duì)面狀連續(xù)物理量的采集。在計(jì)算機(jī)輔助制圖、測(cè)圖、設(shè)計(jì)中，對(duì)圖形或圖像數(shù)字化過(guò)程也可稱為數(shù)據(jù)采集，此時(shí)被采集的是幾何量（或包括物理量，如灰度）數(shù)據(jù)。在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)快速發(fā)展的今天，數(shù)據(jù)采集已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)及分布式領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了重要的變化。首先，分布式控制應(yīng)用場(chǎng)合中的智能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。其次，總線兼容型數(shù)據(jù)采集插件的數(shù)量不斷增大,與個(gè)人計(jì)算機(jī)兼容的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)量也在增加。國(guó)內(nèi)外各種數(shù)據(jù)采集機(jī)先后問(wèn)世，將數(shù)據(jù)采集帶入了一個(gè)全新的時(shí)代。虛擬儀器系統(tǒng)的典型硬件結(jié)構(gòu)是：傳感器、信號(hào)調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集設(shè)備和計(jì)算機(jī)。虛擬儀器系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，：本次設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集部分需要實(shí)現(xiàn)的功能有：溫濕度采集、雙通道波形顯示、采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并在程序前面板顯示采集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集前，必須對(duì)所采集的信號(hào)的特性有所了解，因?yàn)椴煌盘?hào)的測(cè)量方式和對(duì)采集系統(tǒng)的要求是不同的，只有了解被測(cè)信號(hào)，才能選擇合適的測(cè)量方式和配置采集系統(tǒng)。從傳感器出來(lái)的信號(hào)可能會(huì)很微弱，一般都含有大量噪聲，或者是非線性的，這種信號(hào)在進(jìn)入采集卡之前必須經(jīng)過(guò)信