【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器的輸入裝置 ,并把數(shù)據(jù)提供給 VI 的方框圖 。輸出量被稱(chēng)為指示器(Indicators),模擬了儀器的輸出裝置 ,并顯示由方框圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù) ?控件和顯示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上 ,如旋鈕 ?開(kāi)關(guān) ?按鈕 ?圖表 ?圖形等 ,這使得前面板直觀易懂? LabVIEW 中有兩種類(lèi)型的數(shù)據(jù)端口 ,其中一類(lèi)是 控制端口和指示端口 。另一類(lèi)是 節(jié)點(diǎn)端口 ?控制端口和指示端口用于前面板對(duì)象 ,當(dāng) VI 程序運(yùn)行時(shí) ,控制輸入的數(shù)據(jù)通過(guò)控制端傳遞到框圖程序 ,供其中的程序使用 ,產(chǎn)生的輸出數(shù)據(jù) 再 通過(guò)指示端口傳輸?shù)角懊姘鍖?duì)應(yīng)的指示中顯示 ?每個(gè)節(jié)點(diǎn)端口都有一個(gè)或數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)端口用于輸入或輸出 ? 用 LabVIEW 編制出的圖形化 VI 是分層次和模塊化的 ,可以將它用于頂層 (Top level)程序 ,也可用作其它程序或子程序的子程序 ?一個(gè)虛擬儀器的圖標(biāo)被放置在另一 個(gè)虛擬儀 器的流程圖中時(shí) ,它 成了 個(gè)子儀器 (SubVI)?SubVI在調(diào)用它的程序中同樣是以一個(gè)圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的 ?LabVIEW 依附并發(fā)展了模塊化程序設(shè)計(jì)的概念 ,用戶可以把一個(gè)應(yīng)用題目分解為一系列的子任務(wù) ,每個(gè)子任務(wù)還可以進(jìn)一步分解成許多更低一級(jí)的子任務(wù) ,直到把一個(gè)復(fù)雜的題目分解為許多子任務(wù)的組合 , 首先設(shè)計(jì) SubVI 完成每個(gè)子任務(wù) ,然后將之逐步組合成能夠解決最終問(wèn)題的 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(lèi)對(duì)象 ?具體表現(xiàn)為開(kāi)關(guān) ?旋鈕 ?撥盤(pán)等用戶輸入的控制對(duì)象和圖形 ?圖表等顯示對(duì)象 ? 如圖 所示的是一個(gè)正弦函數(shù)產(chǎn)生和顯示 VI 的前面板 ,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 ? 圖 (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 ?圖 所示的是一個(gè)正弦函數(shù)產(chǎn)生和顯示 VI 的程序圖 (與圖 相對(duì)應(yīng) )? 圖 波 產(chǎn)生和顯示 的程序框圖 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?化 ?應(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(mén)限信號(hào) ?計(jì)數(shù)信號(hào) ?輸出 ?門(mén)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 ? 簡(jiǎn)單 方便 ,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(zhuān)門(mén)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(chēng)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(chēng)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 ?其組成如圖 所示 : 敏 感 元 件 轉(zhuǎn) 換 元 件 信 號(hào) 調(diào) 理 轉(zhuǎn) 換 電 路輔 助 電 源被 測(cè) 量 輸 出 圖 傳感器一般采用兩種方法分類(lèi) :一種是按照被測(cè)量參數(shù)分類(lèi) ,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(lèi) ,如按應(yīng)變?cè)砉ぷ魇??按電容原理工作式 ?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(lèi)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(lèi)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(chēng)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 ?可以再滿足同意測(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 ? 總之 ,選擇傳感器應(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 基于 LabVIEW 的數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集 ,又稱(chēng)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(chēng)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(chēng)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 ? 數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ) 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) ,如圖 : 傳 感 器信 號(hào) 調(diào) 理 器