【導(dǎo)讀】工作及取得的研究成果；得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料；數(shù)據(jù)采集卡6221將數(shù)據(jù)傳至主機(jī)。通過(guò)LabVIEW可視化編程對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理及波。形顯示，實(shí)現(xiàn)超溫報(bào)警功能。并通過(guò)LabVIEW和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)。①查閱相關(guān)資料確定總體設(shè)計(jì)方案；②根據(jù)課題要求確定硬件方案、硬件設(shè)計(jì)；③軟件設(shè)計(jì)，題報(bào)告及畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)的撰寫(xiě)工作。做好選題報(bào)告和文獻(xiàn)綜述。研究課題的意義··········································································1

　　

【正文】 現(xiàn)在 ， 隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用 ， 越來(lái)越多的教學(xué)部門(mén)也開(kāi)始用它來(lái)建立教學(xué)系統(tǒng) ， 不僅大大節(jié)省開(kāi)支 ,而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) ， 使得教學(xué)方法也更加靈活了。 5. 虛擬儀器在電信方面的應(yīng)用 虛擬儀器還在其他很多領(lǐng)域包括航空、汽車(chē)、生物醫(yī)學(xué)等方 面得到廣泛應(yīng)用。從交通監(jiān)控系統(tǒng)到大學(xué)實(shí)驗(yàn)室 ， 從部件自動(dòng)測(cè)試到工業(yè)過(guò)程控制 ， 虛擬儀器應(yīng)用的例子不勝枚舉。相信未來(lái) ,虛擬儀器將得到更多的發(fā)展 ,應(yīng)用范圍也將越來(lái)越廣。 虛擬儀器發(fā)展前景 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語(yǔ)言的開(kāi)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。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(guò)程都生動(dòng)有趣。 虛擬儀器技 術(shù)在我國(guó)的研究剛起步，還有許多問(wèn)題需要去探索，如智能化軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)的研究，采用人工智能技術(shù)降低 VI 的設(shè)計(jì)難度，使用戶(hù)簡(jiǎn)潔地構(gòu)成VI 系統(tǒng)，幫助用戶(hù)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析和判斷，完成復(fù)雜的測(cè)試任務(wù)等。國(guó)內(nèi)虛擬儀器行業(yè)至今還沒(méi)有形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的虛擬儀器核心開(kāi)發(fā)技術(shù)，也沒(méi)有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。虛擬儀器產(chǎn)業(yè)無(wú)論在規(guī)模還是在質(zhì)量上都難以與國(guó)外同行匹敵，國(guó)外虛擬儀器產(chǎn)品幾乎壟斷了國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)?？傊?，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信、微電子等相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展， VI 技術(shù)也會(huì)不斷向前發(fā)展，微型化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化將成為今后 VI 研究開(kāi)發(fā)的主導(dǎo)方向。伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、虛擬儀器為核心的 “虛擬實(shí)驗(yàn)室 ”的概念。目前，虛擬實(shí)驗(yàn)室已成功地應(yīng)用于許多大型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)研究和高等 學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在人工智能研究的基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 14 影響下，人們開(kāi)始關(guān)注如何提高虛擬儀器的智能化水平。 虛擬儀器的發(fā)展主要取決于三個(gè)重要因素。計(jì)算機(jī)是動(dòng)力，軟件是主宰，高質(zhì)量的 A/D 采集卡及調(diào)理放大器與傳感器是關(guān)鍵。無(wú) 論 哪種 VI 系統(tǒng)，都是將硬件儀器 (傳感器、調(diào)理放大器、 A/D)搭載到各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，加上應(yīng)用軟件面板構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)使用計(jì)算機(jī)的全數(shù)字采集 測(cè)試分析。 VI 的發(fā)展完全跟計(jì)算機(jī)的發(fā)展同步，所以顯示出VI 的靈活性和強(qiáng)大的生命力。虛擬儀器的興起是測(cè)試儀器技術(shù)的一次 “ 革命 ” ，是儀器領(lǐng)域的一個(gè)新的里程碑，未來(lái)的 VI 完全可以覆蓋計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的全部領(lǐng)域。標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列比、模塊化以及開(kāi)放式的體系結(jié)構(gòu)等， VXI 系統(tǒng)的觀(guān)念將成為電子測(cè)量?jī)x器儀表變革的重要方向。數(shù)據(jù)采集、測(cè)試、過(guò)程控制、信息傳輸與通信等現(xiàn)代信息技術(shù)匯聚在一起，將最終導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化卡式儀器和軟件化儀器的更廣泛流行。虛擬儀器的發(fā)展將本著跟隨通用計(jì)算機(jī)走、跟著通用軟件走、跟著網(wǎng)絡(luò)走的指導(dǎo)思想。繼 “ 軟件就是儀器 ” 的概念之后，很可能出現(xiàn) “ 網(wǎng)絡(luò)就是儀器 ” 的新觀(guān)念。 傳感器簡(jiǎn)介 溫度傳感器， 溫度是實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要測(cè)試的參數(shù)，從鋼鐵制造到半導(dǎo)體生產(chǎn)，很多工藝都要依靠溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)，溫度傳感器是應(yīng)用系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界之間的橋梁。本文對(duì)不同的溫度傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，并介紹與電路系統(tǒng)之間的接口。 溫度測(cè)量應(yīng)用非常廣泛，不僅生產(chǎn)工藝需要溫度控制，有些電子產(chǎn)品還需對(duì)它們自身的溫度進(jìn)行測(cè)量，如計(jì)算機(jī)要監(jiān)控 CPU 的溫度，馬達(dá)控制器要知道功率驅(qū)動(dòng) IC的溫度等等，下面介紹幾種常用的溫度傳感器。 熱敏電阻器 用來(lái) 測(cè)量溫度的傳感器種類(lèi)很多，熱敏電阻器就是其中之一。許多熱敏電阻具有負(fù)溫度系數(shù) NTC，也就是說(shuō)溫度下降時(shí)它的電阻值會(huì)升高。在所有被動(dòng)式溫度傳感器中，熱敏電阻的靈敏度 (即溫度每變化一度時(shí)電阻的變化 )最高，但熱敏電阻的電阻 /溫度曲線(xiàn)是非線(xiàn)性的。表 是一個(gè)典型的 NTC 熱敏電阻器性能參數(shù)。 表 NTC 熱敏電阻器性能參數(shù) 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 15 這些數(shù)據(jù)是對(duì) VishayDale 熱敏電阻進(jìn)行量測(cè)得到的 ， 但它也代表了 NTC 熱敏電阻的總體情況。其中電阻值以一個(gè)比率形式給出 (R/R25)，該比率表示當(dāng)前溫度下的阻值與25℃ 時(shí)的阻值之比，通常同一系列的熱敏電阻器具有類(lèi)似的特性和相同電阻 /溫度曲線(xiàn)。以表 1 中的熱敏電阻系列為例， 25℃ 時(shí)阻值為 10KΩ。的電阻，在 0℃ 時(shí)電阻為。， 60℃ 時(shí)電阻為 ；與此類(lèi)似， 25℃ 時(shí)電阻為 5KΩ。的熱敏電阻在 0℃時(shí)電阻則為 。 表 是利用熱敏電阻測(cè)量溫度的典型電路。電阻 R1 將熱敏電阻的電壓拉升到參考電壓，一般它與 ADC 的參考電壓一致，因此如果 ADC 的參考電壓是 5V， Vref 也將是 5V。熱敏電阻和電阻串聯(lián)產(chǎn)生分壓，其阻值變化使得節(jié)點(diǎn)處的電壓也產(chǎn)生變化，該電路的精度取決于熱敏電阻和電阻的誤差以及參考電壓的精度。 表 熱敏電阻測(cè)量溫度典型電路 自熱問(wèn)題，由于熱敏電阻是一個(gè)電阻，電流流過(guò)它時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，因此電路設(shè)計(jì)人員應(yīng)確保拉升電阻足夠大，以防止熱敏電阻自熱過(guò)度，否則系統(tǒng)測(cè)量的是熱敏電阻發(fā)出的熱，而不是周?chē)h(huán)境的溫度。 累積誤差，用熱敏電阻測(cè)量溫度時(shí)，在輸入電路中要選擇好傳感器及其它元件，以便和所需要的精度相匹配。有些場(chǎng)合需要精度為 1%的電阻，而有些可能需要精度為 %的電阻。在任何情況下都應(yīng)用一張表格算出所有元件的累積誤差對(duì)測(cè)量精度的影響，這些元件包括電阻、參考電壓及熱敏電阻本身。 總的來(lái)說(shuō)，熱敏電阻是一種低成本溫度測(cè)量方法， 而且使用也很簡(jiǎn)單。 電阻溫度探測(cè)器 電阻溫度探測(cè)器 (RTD)實(shí)際上是一根特殊的導(dǎo)線(xiàn)，它的電阻隨溫度變化而變化，通常 RTD 材料包括銅、鉑、鎳及鎳 /鐵合金。 RTD 元件可以是一根導(dǎo)線(xiàn)，也可以是一層薄膜，采用電鍍或?yàn)R射的方法涂敷在陶瓷類(lèi)材料基底上。 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 16 RTD 的電阻值以 0℃ 阻值作為標(biāo)稱(chēng)值。 0℃時(shí) 鉑 RTD 電阻 為 100Ω， 在 1℃ 時(shí)它的阻值通常為 ， 50℃ 時(shí)為 。 RTD 的誤差要比熱敏電阻小，對(duì)于鉑來(lái)說(shuō)，誤差一般在 %，鎳一般為 %。除誤差和電阻較小以外， RTD 與熱敏電阻的接口電路 基本相同。 熱電偶 熱電偶由兩種不同金屬結(jié)合而成，它受熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生微小的電壓，電壓大小取決于組成熱電偶的兩種金屬材料，鐵 康銅 (J 型 )、銅 康銅 (T 型 )和鉻 鋁 (K 型 )熱電偶是最常用的三種。熱電偶產(chǎn)生的電壓很小，通常只有幾毫伏。 K 型熱電偶溫度每變化 1℃ 時(shí)電壓變化只有大約 40uV，因此測(cè)量系統(tǒng)要能測(cè)出 4uV 的電壓變化測(cè)量精度才可以達(dá)到 ℃ 。 由于兩種不同類(lèi)型的金屬結(jié)合在一起會(huì)產(chǎn)生電位差，所以熱電偶與測(cè)量系統(tǒng)的連接也會(huì)產(chǎn)生電壓。一般把連接點(diǎn)放在隔熱塊上以減小這一影響，使兩個(gè)節(jié)點(diǎn)處以同一溫度 下，從而降低誤差。有時(shí)候也會(huì)測(cè)量隔熱塊的溫度，以補(bǔ)償溫度的影響 ， 如下圖 所示： 圖 熱電偶溫度補(bǔ)償電路 測(cè)量熱電偶電壓要求的增益一般為 100 到 300，而熱電偶擷取的噪聲也會(huì)放大同樣的倍數(shù)。通常采用測(cè)量放大器來(lái)放大信號(hào)，因?yàn)樗梢猿犭娕歼B線(xiàn)里的共模噪聲。市場(chǎng)上還可以買(mǎi)到熱電偶信號(hào)調(diào)節(jié)器，如模擬器件公司 的 AD594/595，可用來(lái)簡(jiǎn)化硬件接口。 固態(tài)熱傳感器 最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體溫度傳感器就是一個(gè) PN 結(jié)，例如二極管或晶體管基極 發(fā)射極之間的 PN 結(jié)。如果一個(gè)恒定電流流過(guò)正向偏置的硅 PN 結(jié)，正向壓降在溫度每變化 1℃時(shí)會(huì)降低 。很多 IC 利用半導(dǎo)體的這一特性來(lái)測(cè)量溫度，包括美信的 MAX161國(guó)半的 LM335 和 LM74 等等。半導(dǎo)體傳感器的接口形式多樣，從電壓輸出到串行 SPI/基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 17 微線(xiàn)接口都可以。 溫度傳感器種類(lèi)很多，通過(guò)正確地選擇軟件和硬件，一定可以找到適合自己應(yīng)用的傳感器。 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 18 第 3 章 數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括模擬信號(hào)的輸入輸出通道和數(shù)字信號(hào)的輸入輸出通道。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入又稱(chēng)為數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出又稱(chēng)為數(shù)據(jù)的分配。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類(lèi) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，用途和功能也各不相同，常見(jiàn)的分類(lèi)方法有以下幾種：根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能分類(lèi)：數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分配：根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境分類(lèi)：隔離型和非隔離型，集中式和分布式，高速、中速和低速型；根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制功能分類(lèi)：智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，非智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；根據(jù)模擬信 號(hào)的性質(zhì)分類(lèi)：電壓信號(hào)和電流信號(hào)，高電平信號(hào)和地電平信號(hào)，單端輸入（ SE）和差動(dòng)輸入（ DE），單極性和雙極性 。根據(jù)信號(hào)通道的結(jié)構(gòu)方式分類(lèi)：?jiǎn)瓮ǖ婪绞?，多通道方式? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)，具體地說(shuō)，就是采集傳感器輸出的模擬新海并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示和打印，以便對(duì)某些物理量的監(jiān)視。 由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務(wù)可以知道，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有以下幾個(gè)方面的功能：數(shù)據(jù)采集 、模擬信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理、開(kāi)關(guān)信號(hào)處理、二次數(shù)據(jù)計(jì)算、屏幕顯示、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、打印輸出、人機(jī)聯(lián)系。 數(shù)據(jù)采集卡的組成 數(shù)據(jù)采集卡主要由以下四部分組成： 1. 多路開(kāi)關(guān) 多路開(kāi)關(guān)將多路信號(hào)輪流切換到放大器的輸入端，以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的分時(shí)采集。 2. 放大器 放大器將待采集的信號(hào)放大或衰減至采樣環(huán)節(jié)的量程范圍內(nèi)。在實(shí)際系統(tǒng)中，放大器的增益通常是可調(diào)的，設(shè)計(jì)者可根據(jù)輸入信號(hào)幅值的大小選擇不同的增益倍數(shù)。 3. 采樣保持器 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 19 采樣保持器取出待測(cè)信號(hào)在某一時(shí)刻的瞬時(shí)值，即實(shí)現(xiàn)信號(hào)的時(shí)間離散化，并在A/D 轉(zhuǎn)換過(guò) 程中保持信號(hào)不變。如果被測(cè)信號(hào)變化很慢，也可不用采樣保持器。 4. A/D 轉(zhuǎn)換器 A/D 轉(zhuǎn)換器是將輸入的模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量輸出，并完成信號(hào)幅值的量化。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，通常將采樣保持器同 A/D 轉(zhuǎn)換器集成在一塊芯片上。 以上四個(gè)部分都處在計(jì)算機(jī)的前向通道上，是組成數(shù)據(jù)采集卡的主要部分。其他相關(guān)電路，如定時(shí) /計(jì)數(shù)器、總線(xiàn)接口電路等，也集成在一塊電路板上，以完成對(duì)信號(hào)的采集、放大及模 /數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù)。 很多數(shù)據(jù)采集卡電路板上還裝有數(shù) /模轉(zhuǎn)換器（ D/A)，它處在計(jì)算機(jī)的后向輸出通道上，用于將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模 擬量，從而實(shí)現(xiàn)控制功能。 數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設(shè)置 要使數(shù)據(jù)采集卡正確地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的功能，必須根據(jù)實(shí)際測(cè)量的需要對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，這就是數(shù)據(jù)采集卡的軟件驅(qū)動(dòng)。待設(shè)置的參數(shù)主要有采集卡的設(shè)備號(hào)及地址碼，此外還有如下的設(shè)置項(xiàng) ： 1. 模擬信號(hào)輸入部分的設(shè)置 設(shè)置輸入信號(hào)的輸入方式：確定輸入信號(hào)是單端輸入還是雙端輸入，輸入信號(hào)是單極性信號(hào)還是雙極性信號(hào)等。 選擇增益：根據(jù)輸入信號(hào)幅值變化范圍和分辨率的要求，選擇增益。 選擇量程：一般根據(jù)輸入信號(hào)是單極性還是雙極性，選擇合適量程。 2. A/D 轉(zhuǎn)換部分的設(shè)置 設(shè)定信號(hào)輸入通道號(hào)； 設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)； 設(shè)定采樣速率；采樣頻率的高低，決定了在一定時(shí)間內(nèi)獲取原始信號(hào)信息的多少，為了能夠較好的再現(xiàn)原始信號(hào)，不產(chǎn)生波形失真，采樣率必須要足夠高才行。根據(jù)奈奎斯特理論采樣頻率至少是原信號(hào)的兩倍，但實(shí)際中，一般都需要 5～10 倍。 采樣結(jié)果的輸出方式：采樣結(jié)果可放在一個(gè)數(shù)組中，也可放在某一緩沖區(qū)中。 采樣觸發(fā)方式：一般分外觸發(fā)、定時(shí)觸發(fā)及軟件觸發(fā)。 3. D/A 轉(zhuǎn)換部分 模擬信號(hào)的輸出通道號(hào)； 模擬 信號(hào)的輸出幅值：此參數(shù)應(yīng)設(shè)置在標(biāo)稱(chēng)滿(mǎn)量程范圍內(nèi)； 刷新速率：該參數(shù)決定被生成的模擬信號(hào)波形的 “光滑度 ”，刷新速率的倒數(shù)基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 20 為響應(yīng)時(shí)間 。 信號(hào)采集 采集信號(hào)類(lèi)型 一般情況下，信號(hào)所運(yùn)載信息是很廣泛的，比如：狀態(tài) (State)、速率 (Rate)、電平(Level)、形狀 (Shape)、頻率成分 (Frequency Content)。根據(jù)信號(hào)運(yùn)載信息方式的不同，可以將信號(hào)分為模擬或數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)又可分為開(kāi)關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào)。模擬信號(hào)則可分為直流、時(shí)域、頻域信號(hào)。 1. 數(shù)字信號(hào) (Digital) 第一類(lèi)數(shù)字信號(hào)是開(kāi)關(guān)信號(hào) (OnOff)，如圖 所示。 O nO f ftS t a t e 圖 開(kāi)關(guān)信號(hào) 第二類(lèi)數(shù)字信號(hào)是脈沖信號(hào) (Pulse Train)，如圖 所示。 tR a t e 圖 脈沖信號(hào) 2. 模擬信號(hào) (Analog) 模擬直流信號(hào) (DC)是靜止的或變化非常緩慢的模擬信號(hào)，如圖 所示。 tL e v e l 圖 模擬直流信號(hào) 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 21 模擬時(shí)域信號(hào) (Time Domain)運(yùn)載的信息不僅有信號(hào)的電平，還有電平隨時(shí)間的變化，如圖 所示。 圖 模擬時(shí)域信號(hào) 模擬頻域信號(hào) (Frequency Domain)與時(shí)域信號(hào)類(lèi)似，但從頻域信號(hào)中提取的信息是信號(hào)的頻域內(nèi)容，而不是波形的形狀，也不是隨時(shí)間變化的特性，如圖 所示。 圖 模擬頻域信號(hào) 采集信號(hào)的連接方式 一個(gè)電壓信號(hào)可以分為接地和浮動(dòng)兩種類(lèi)型。測(cè)量系統(tǒng)可以分為差分 (Differential)、參考地單端 (RSE)、非參考地單端 (NRSE)三種類(lèi)型。 接地信號(hào)，就 是將信號(hào)的一端與系統(tǒng)地連接起來(lái)，如大地或建筑物的地。因?yàn)樾盘?hào)用的是系統(tǒng)地，所以與數(shù)據(jù)采集卡是共地的。接地最常見(jiàn)的例子是通過(guò)墻上的接地引出線(xiàn)，如信號(hào)發(fā)生器和電源。 一個(gè)不與任何地 (如大地或建筑物的地 )連接的電壓信號(hào)稱(chēng)為浮動(dòng)信號(hào)，浮動(dòng)信號(hào)的每個(gè)端口都與系統(tǒng)地獨(dú)立。一些常見(jiàn)的浮動(dòng)信號(hào)的例子有電池、熱電偶、變壓器和隔離放大器。 按測(cè)量方式分類(lèi)可以分為以下兩大類(lèi)測(cè)試系統(tǒng)： 1）差分測(cè)試系統(tǒng) (DIFF) 2）單端測(cè)試系統(tǒng) 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 22 單端測(cè)試系統(tǒng)所有信號(hào)都參考一個(gè)公共參考點(diǎn)，即儀器放大器的負(fù)極。 （ RSE），參考單端測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)試浮地信號(hào)，它把信號(hào)參考點(diǎn)與儀器模擬輸入地連接起來(lái)。 (NRSE)，非參考單端測(cè)試系統(tǒng)用于測(cè)試接地信號(hào)，與參考單端測(cè)試系統(tǒng)不同的是因?yàn)樗休斎胄盘?hào)都已經(jīng)接地了，所以信號(hào)參考點(diǎn)不需要再接地。 因此，本設(shè)計(jì)采用非參考單端（ NRSE）連接方式。 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 23 第 4 章 硬件方案及設(shè)計(jì) 硬件總體概述 硬件設(shè)計(jì)的基本原則 1.. 經(jīng)濟(jì)合理 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，一定要注意在滿(mǎn)足件能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低價(jià)格，以便得到高的性?xún)r(jià)比，這是硬件設(shè) 計(jì)中優(yōu)先考慮的一個(gè)重要因素，也是一個(gè)產(chǎn)品爭(zhēng)取市場(chǎng)的主要因素之一。 2. 安全可靠 選取設(shè)備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、震動(dòng)、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下系統(tǒng)性能穩(wěn)定、工作可靠。要有超量程和過(guò)載保護(hù)，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對(duì)交流市電遺跡電火花等的隔離。要保證連接件的接觸可靠。 3. 足夠的抗干擾能力 有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯(cuò)誤的必要條件。 硬件主要組成部分 溫度傳感器 溫 度傳感器 是指能將溫度量轉(zhuǎn)換成容易被測(cè)量處理的電信號(hào)的設(shè)備或裝置。本系統(tǒng)的溫度測(cè)量是使用 Pt100 熱電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 Pt100，又叫鉑電阻，熱電阻，是一種溫度傳感器，鉑電阻溫度系數(shù)為 ℃ ， 0℃ 時(shí)電阻值為 100Ω，電阻變化率為 ℃ 。 采用不銹鋼外殼封裝，內(nèi)部填充導(dǎo)熱材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，適用于精密儀器、恒溫設(shè)備、流體管道等溫度的測(cè)量，非常經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 鉑電阻溫度傳感器精度高，穩(wěn)定性好，應(yīng)用溫度范圍廣，是中低溫 區(qū)（ 200℃ ～ 400℃ ）最常用的一種溫度檢測(cè)器，不僅廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)溫，而且被制成各種標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)。 按 IEC751 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)， 溫度系數(shù) TCR=， Pt100（ R0=100Ω）、 Pt1000（ R0=1000Ω）為統(tǒng)一設(shè)計(jì)型鉑電阻。 三線(xiàn)制 Pt100 要求引出的三根導(dǎo)線(xiàn)截面積和長(zhǎng)度均相同，測(cè)量鉑電阻的電路一般是不平衡電橋，鉑電阻作為電橋的一個(gè)橋臂電阻，將導(dǎo)線(xiàn)一根接到電橋的電基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)研究 24 源端，其余兩根分別接到鉑電阻所在的橋臂及與其相鄰的橋臂上，當(dāng)橋路平衡時(shí)，導(dǎo)線(xiàn)電阻的變化對(duì)測(cè)量結(jié)果沒(méi)有任何影響，這樣就消除了導(dǎo) 線(xiàn)線(xiàn)路電阻帶來(lái)的測(cè)量誤差， 溫度與電壓關(guān)系的分析： Pt100 采集的電壓為線(xiàn)性，因此采用線(xiàn)性分析來(lái)分析電流與溫度之間的關(guān)系。 設(shè)線(xiàn)性方程為 y=kx+b,經(jīng)測(cè)量當(dāng)電流為 時(shí)，溫度為 攝氏度，當(dāng)電流為 時(shí)，溫度為 攝氏度。將上述數(shù)據(jù)代入公式得： =+b =+b 解得： k= b= 溫度控制 對(duì)溫度控制的實(shí)現(xiàn)具體可由以下步驟來(lái)完成，首先由 NI 6221信號(hào)采集卡通過(guò)溫度傳感器對(duì)采集對(duì)象溫度進(jìn)行采集，由電腦對(duì)數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析，查看是否在預(yù)定的范圍之內(nèi)，如果在預(yù)定范圍之內(nèi)，則繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行信號(hào)采集，如果超出了預(yù)定值，則由電腦發(fā)出控制指令，對(duì)溫度進(jìn)行控制。例如，可以控制自然通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)改變溫度，當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，可以打開(kāi)窗戶(hù)，促進(jìn)通風(fēng)來(lái)降低溫度，還可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)來(lái)達(dá)到降溫的效果。升溫可以通過(guò)控制熱水管道的開(kāi)閉，當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，可以打開(kāi)熱水管道來(lái)升溫。具體的控制流程如下圖 ： 圖 控制流程圖 基于 LabVIEW 的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)與控