【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 設(shè)計(jì)的。此電路的增益由外接電阻決定，由于限流電阻R比、小得多，忽略R不計(jì)時(shí)，儀表放大器的電壓增益為 (4)式中、這些電阻是經(jīng)過激光修正的，絕對(duì)值精度很高，這些電阻的精度和溫度穩(wěn)定性將影響儀表放大器的增益的精度和漂移。外部電阻的精度和溫度穩(wěn)定性對(duì)增益的精度和溫度穩(wěn)定性的影響可直接從增益表達(dá)式得到。減少外部電阻的阻值可獲得較大的增益，但會(huì)受到接線電阻的影響，當(dāng)增益為100或更大時(shí)，插座和接線電阻將增加增益誤差。信號(hào)濾波模塊：圖 10是一個(gè)二階高通濾波器。圖中虛線部分是一個(gè)無源二階高通濾波電路。為了提高它的濾波性能和帶負(fù)載的能力，將該無源網(wǎng)絡(luò)接入由運(yùn)放組成的放大電路中，組成二階有源 RC 高通濾波器。采用低通濾波電路相同的分析方法，可得高通濾波電路的傳輸函數(shù)為 (5)其中，為中心頻率、為電路的增益和為電路的品質(zhì)因數(shù)。該電路的幅頻特性如圖10所示。圖10 二階高通濾波器及其幅頻特性Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一種開放型的通用程序開發(fā)系統(tǒng)，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和儀器控制功能。而數(shù)據(jù)采集的硬件部分的核心是 ( Data AcquisitionDAQ)卡，它和Labview有很好的接口程序，用Labview實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，就是在Labview中控制各種DAQ卡(或設(shè)備)完成特定的功能，這都離不開DAQ驅(qū)動(dòng)程序的支持?？梢源_定初步的設(shè)計(jì)思路：傳感器把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為電量；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、隔離等預(yù)處理；數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)調(diào)理電路的電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序，將數(shù)字信號(hào)讀入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以達(dá)到預(yù)期的目的。輸出模塊其中，模塊是連接硬件電路與計(jì)算機(jī)的核心模塊，可以將硬件電路的信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)。本設(shè)計(jì)中采用的數(shù)據(jù)采集卡為M系列的NI PCI—6220。如圖11所示。圖11 NI PCI—6220 NI PCI—6220的詳細(xì)參數(shù)如表8所示。 表8 NI PCI—6220的詳細(xì)參數(shù)通用總線類型PCIOS支持Windows, 實(shí)時(shí)系統(tǒng), Linux, Mac OS測(cè)量信號(hào)類型電壓, 數(shù)字,頻率,正交編碼器Labview RT支持是模擬輸入通道數(shù)16 SE/8 DI采樣率250 kS/s是否同步采樣否分辨率16 bits最大電壓范圍10～10 V精度范圍3100 μV敏感度范圍 μV最小電壓范圍～ V精度范圍112 μV敏感度范圍 μV量程數(shù)4板上存儲(chǔ)量4095 樣本帶寬700 kHz模擬輸出通道數(shù)0電流驅(qū)動(dòng)5 mA數(shù)字I/O通道數(shù)24 DIO定時(shí)方式硬件, 軟件邏輯電平TTL最大時(shí)鐘速率1 MHz最大輸入范圍0～5 V最大輸出范圍0～5 V輸入電流源電流, 漏電流輸出電流源電流, 漏電流電流驅(qū)動(dòng)24 mA/448 mA可編程輸入濾波器是支持模式I/O是可編程上電狀態(tài)是輸出阻抗 Ω計(jì)時(shí)器/定時(shí)器數(shù)目2分辨率32 bits最大信號(hào)源頻率80 MHz最小輸入脈沖寬度 ns邏輯電平TTL 輸出模塊是以計(jì)算及為硬件核心，以Labview仿真軟件為軟件核心的模塊。由于基于虛擬儀器的系統(tǒng)的判斷和顯示都是由計(jì)算機(jī)上的Labview軟件程序完成的，所以在這里只對(duì)簡(jiǎn)單的對(duì)該模塊加以說明。該模塊主要在軟件設(shè)計(jì)部分介紹。本設(shè)計(jì)利用DAQ Assistant將信號(hào)從硬件采集到軟件程序中，然后由系統(tǒng)軟件將信號(hào)拆分，以便對(duì)壓力、瓦斯?jié)舛纫约皽貪穸刃盘?hào)做不同的處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境參數(shù)的采集、顯示以及越限報(bào)警。如圖12所示。DAQ信號(hào)信號(hào)拆分?jǐn)?shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)判斷數(shù)據(jù)顯示圖12 輸出模塊框架原理圖 4系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件部分是本設(shè)計(jì)的中心部分。一個(gè)好的虛擬儀器系統(tǒng)都是建立在優(yōu)秀程序之上的。本章將詳細(xì)的介紹程序的設(shè)計(jì)和仿真軟件的使用。 本設(shè)計(jì)主要是對(duì)煤礦安全中的溫度、濕度、壓力、瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行監(jiān)測(cè)。各傳感器對(duì)環(huán)境進(jìn)行測(cè)取，測(cè)取到的信號(hào)經(jīng)過處理再通過DAQ采集卡采集傳送至計(jì)算機(jī)虛擬儀器軟件程序。然后軟件程序通過比較測(cè)量信號(hào)和設(shè)定信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行判斷，當(dāng)環(huán)境處于危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提示疏散作業(yè)人員，并通過空調(diào)、抽送風(fēng)等方法對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行改變。還需對(duì)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)、報(bào)警歷史記錄等功能。說以本設(shè)計(jì)必須包含溫度上下限比較程序、濕度上下限比較程序、壓力上下限比較程序、瓦斯?jié)舛缺容^及相關(guān)報(bào)警電路。Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是Labview與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而Labview使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。與 C 和 BASIC 一樣，Labview也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。Labview的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。Labview也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。Labview是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 Labview則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是 Labview的程序模塊。Labview的特點(diǎn)：　　盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件?！　】沙浞职l(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。Labview的未來：　　虛擬儀器研究的另一個(gè)問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接。目前使用較多的是IEEE488 或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。　　Labview是一種圖形化的編程語言的開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。Labview集成了與滿足 GPIB、VXI、RS232和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。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)。這是一個(gè)功能強(qiáng)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(dòng)有趣?！　D形化的程序語言，又稱為 “G” 語言。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框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，Labview是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率?！　±?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/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，Labview提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本?！　∷饕姆奖憔褪?，一個(gè)硬件的情況下，可以通過改變軟件，就可以實(shí)現(xiàn)不同的儀器儀表的功能，非常方便，是相當(dāng)于軟件即硬件！現(xiàn)在的圖形化主要是上層的系統(tǒng)，國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出圖形化的單片機(jī)編程系統(tǒng)，不斷完善中。 通過對(duì)系統(tǒng)軟件的分析思考得出系統(tǒng)的軟件原理框圖如圖13示?；谔摂M儀器的煤礦安全監(jiān)控報(bào)警及清除信號(hào)采集參數(shù)顯示信號(hào)處理信號(hào)分離圖13 系統(tǒng)軟件原理框圖過低或過高的環(huán)境溫度都會(huì)對(duì)礦井下的工作人員的身體健康造成傷害，所以我們編寫的溫度控制程序必須包括當(dāng)前溫度和所設(shè)置的上下限溫度比較，同時(shí)必須有自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)前溫度的顯示也是必須實(shí)現(xiàn)的。設(shè)計(jì)做出溫度程序的功能框圖，如圖14所示。溫度程序溫度上限設(shè)置設(shè)置溫度下限設(shè)置溫度下限報(bào)警溫度上限報(bào)警 溫度顯示 圖14 溫度程序所實(shí)現(xiàn)的功能框圖根據(jù)圖14所實(shí)現(xiàn)的模塊，編寫設(shè)計(jì)的程序如圖15示。 圖15 溫度程序的程序框圖分離出的信號(hào)，經(jīng)過加強(qiáng)、放大處理，得到所需數(shù)據(jù)，然后顯示并與