【文章內(nèi)容簡介】 體系結(jié)構(gòu)的，用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，可以節(jié)約大量的購買和維護成本。而且，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器更容易組建成復雜的分布式測試系統(tǒng)，因為虛擬儀器可以利用高速計算機網(wǎng)絡，很方便地實現(xiàn)遠程通信、監(jiān)控、測試和故障診斷等功能。虛擬儀器作為新興的儀器代表，由于具有絕對的技術優(yōu)勢，被廣泛應用于電子、機械、通信、汽車制造、生物、醫(yī)藥、化工、科研、軍事、教育等各個領域。從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，從大學實驗室到工廠企業(yè)，從探索研究到技術集成，都可以發(fā)現(xiàn)虛擬儀器技術的應用成果。 LabVIEW的簡介 LabVIEW的含義LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器集成環(huán)境)是一種用圖標代替文本行創(chuàng)建應用程序的圖形化編程語言。與 C和BASIC 一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個完成任何編程任務的龐大函數(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，等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數(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 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。它是由美國NI公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺，也是目前應用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發(fā)環(huán)境之一[12] LabVIEW的發(fā)展1986年，現(xiàn)在已發(fā)展到2011版本。20多年來，經(jīng)過公司的不斷改進和完善，LabVIEW的功能更加豐富完備：包含眾多附加軟件包，比如控制與仿真、統(tǒng)計過程控制、高級數(shù)字信號處理、模糊控制、PID和PDA等；可運行于多種平臺，比如Macintosh、UNIX、Windows和Linux等。作為一個具有強大功能的標準的虛擬儀器開發(fā)平臺，LabVIEW廣泛地被研究實驗室、學術界及工業(yè)界所接受，廣泛地應用于航空航天、工業(yè)控制、電子半導體、汽車和通信等眾多領域。 LabVIEW的結(jié)構(gòu)利用LabVIEW軟件開發(fā)的虛擬儀器，包括前面板和程序框圖兩個主要部分。前面板就是虛擬儀器的測試界面，是由形象化的控件組成的，可以高度模擬傳統(tǒng)儀器中的各種控件。通過前面板，用戶可以展現(xiàn)包括參數(shù)設置、菜單、結(jié)果顯示等各種測試交互接口。程序框圖類似于傳統(tǒng)編程語言中的程序源代碼，是測試系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理的流程。程序框圖與前面板對象一一對應，程序框圖中的數(shù)據(jù)流對應于前面板對象的相關操作。程序框圖采用圖形化節(jié)點進行編程，使編程更加簡便、高效。 LabVIEW的優(yōu)勢傳統(tǒng)的電子儀器的主體為硬件，虛擬儀器的出現(xiàn)突破了這種模式。與傳統(tǒng)的電子儀器相比，它更為通用。隨著當代科學技術的迅猛發(fā)展，人們對測量儀器不斷提出新的要求，虛擬儀器更能適應這種要求，它推動著傳統(tǒng)儀器朝著虛擬化、模塊化、數(shù)字化、網(wǎng)絡化的方向發(fā)展。虛擬儀器技術的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能、用戶無法改變的固定模式。虛擬儀器技術給了用戶一個充分發(fā)揮自己才能和想象力的空間。用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應用需求。概括地說，作為一款成功的虛擬儀器開發(fā)軟件， LabVIEW具有許多明顯的特點和優(yōu)點，如：采用圖形化編程語言，開發(fā)效率高，支持多種儀器和數(shù)具采集卡硬件的驅(qū)動，調(diào)試、查錯能力強大，支持多種操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡通信功能強大等諸多優(yōu)點[13]。正是由于LabVIEW軟件具有的這些優(yōu)點，使得LabVIEW成為開發(fā)虛擬儀器的首選平臺。3 系統(tǒng)總體方案及硬件電路設計 系統(tǒng)總體方案虛擬儀器測溫系統(tǒng)是用虛擬儀器技術改造傳統(tǒng)的測溫儀，使其具有更強大的功能。，AD590溫度傳感器將被測對象的溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流等模擬信號，經(jīng)信號調(diào)理電路進行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡采集的標準電壓信號。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計算機總線，在PC機內(nèi)利用已經(jīng)安裝的虛擬儀器軟件對采集的數(shù)據(jù)進行所需的各種處理。 硬件電路設計 傳感器的選型AD590是美國ADI公司生產(chǎn)的是恒流源式模擬集成溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點，具有測量誤差小、動態(tài)阻抗高、傳輸距離遠、體積小、功耗低等優(yōu)點。AD590的測溫范圍是55～+150℃，對應于熱力學溫度T每變化1K，輸出電流就變化1。這表明其輸出電流I()與熱力學溫度T(K)嚴格成正比。(℃) A。 數(shù)據(jù)采集卡的選型考慮到LabVIEW軟件所能提供的驅(qū)動支持數(shù)據(jù)采集卡選用中泰公司（National Instrument）生產(chǎn)的 PCI8333。PCI8333多功能模入模出接口卡適用于提供了PCI 總線插槽的PC系列微機，具有即插即用（PnP）的功能。其操作系統(tǒng)可選用目前流行的 Windows 系列、高穩(wěn)定性的Unix等多種操作系統(tǒng)以及專業(yè)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)LabVIEW 等軟件環(huán)境。在硬件的安裝上也非常簡單，使用時只需將接口卡插入機內(nèi)任何一個PCI總線插槽中并用螺絲固定，信號電纜從機箱外部直接接入。PCI8333 多功能模入模出接口卡安裝使用方便，程序編制簡單。其模入模出及I/O信號均由卡上的37芯D 型插頭與外部信號源及設備連接。對于模入部分，用戶可根據(jù)實際需要選擇單端或雙端輸入方式。對于模出部分，用戶可根據(jù)控制對象的需要選擇電壓或電流輸出方式以及不同的量程。本卡上的A/D、D/A 轉(zhuǎn)換均為12位，同時還備有16路數(shù)字量輸入和16 路數(shù)字量輸出接口，三路16位字長的計數(shù)/定時器，以及1Mhz 的基準時鐘。本卡的A/D 轉(zhuǎn)換啟動方式可以選用程序觸發(fā)、定時器自動觸發(fā)、外同步觸發(fā)等方式，轉(zhuǎn)換狀態(tài)可以用程序查詢，也可以用中斷方式通知CPU讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。主要技術參數(shù)：輸入通道數(shù)：單端16路 雙端8路輸入信號范圍：0V～10V*；5V～+5V輸入阻抗：≥ 10MΩA/D轉(zhuǎn)換分辨率：12位A/D轉(zhuǎn)換速度：10μSA/D啟動方式：程序啟動/定時觸發(fā)啟動/外觸發(fā)啟動A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束識別：程序查詢/中斷方式A/D轉(zhuǎn)換非線性誤差：177。1LSBA/D轉(zhuǎn)換輸出碼制：單極性原碼*/雙極性偏移碼系統(tǒng)綜合誤差：≤ ％ 測溫信號轉(zhuǎn)換電路的設計由于要求測量的溫度范圍為55～150℃，℃，～。若選擇取樣電阻為1k時，輸出電壓V590 ～。由于虛擬測試系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)采集卡的滿度輸入設置為5V，放大器增益設置為10即可，通過計算此時R=19Rf。通常電租的選擇范圍為1～10K，因此選擇R的阻值為1K，Rf的阻值為19K。～?！鏁r，AD ，V590=，則放大器的輸出V=5mV。設計中選用美國PMI公司生產(chǎn)的電壓運算放大器OP07。OP07是一種高精度單片運算放大器，具有很低的輸入失調(diào)電壓和漂移。使用OP07一般不用考慮調(diào)零和頻率問題就能滿足要求。 AD590測溫系統(tǒng)調(diào)理電路圖AD590的測溫范圍是55～+150℃，對應于熱力學溫度T每變化1K，輸出電流就變化1。這表明其輸出電流I()與熱力學溫度T(K)嚴格成正比。實驗數(shù)據(jù)如下表31所示：表31 AD590實驗數(shù)據(jù)4 溫控系統(tǒng)軟件設計 登錄系統(tǒng)設計完整的系統(tǒng)設計都必須要有使用權(quán)限設置。本系統(tǒng)首先設計了一個登錄系統(tǒng)。登錄界面力求