【導(dǎo)讀】隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)測(cè)量技術(shù)的要求越來(lái)越高。電子測(cè)量技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到。了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器由于其功能單一，體積龐大，己經(jīng)很難滿足。實(shí)際測(cè)量工作中多樣性、多功能的需要。以虛擬儀器為代表的新型測(cè)量?jī)x器改變了傳統(tǒng)。特別是基于計(jì)算機(jī)平。臺(tái)的各種測(cè)量?jī)x器由于成本低、使用方便等優(yōu)點(diǎn)得到了更廣泛的應(yīng)用。為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將被測(cè)重量轉(zhuǎn)換、處理、進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實(shí)時(shí)進(jìn)行處理、顯示。

　　

【正文】 信號(hào)可以被正確采樣。 為了避免這種情況的發(fā)生，通常在信號(hào)被采集 (A/D)之前，經(jīng)過(guò)一個(gè)低通濾波器，將信號(hào)中高于奈奎斯特頻率的信號(hào)成分濾去。 采樣頻率應(yīng)當(dāng)怎樣設(shè)置呢 ?也許可能會(huì)首先考慮用采集卡支持的最大頻率。但是，較長(zhǎng)時(shí)間使用很高的采樣率可能會(huì)導(dǎo)致沒(méi)有足夠的內(nèi)存或者硬盤存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太慢。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號(hào)最高頻率成分的 2 倍就夠了，實(shí)際上工程中選用 510 倍，有時(shí)為了較好地還原波形，甚至更高一些。 技術(shù)的介紹 （ 1） 總線擴(kuò)展與接口 技術(shù) DAQ 儀器離不開(kāi)總線如 :PCI， SIA， DSB 等。與總線的接口技術(shù)主要包括端口地址譯碼與分配技術(shù)，通過(guò)總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)等。通常的數(shù)據(jù)傳送方式有同步傳送、查詢、中斷、 MDA、傳送等，儀器接口的選用依據(jù)數(shù)據(jù)傳送速率的要求而定。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字 I/0、計(jì)數(shù)器 /計(jì)時(shí)器等，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。模擬輸出通常是為采集系統(tǒng)提供激勵(lì)。數(shù)字 I/0 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。 （ 2） A/D 與 D/A 轉(zhuǎn)換技術(shù) A/D 時(shí)間模擬量轉(zhuǎn)換 位數(shù)字量的專用電路，幾乎所有 的 DAQ 儀器都要用到 A/D，因此它是一種非常重要的電路。常用專門的 A/D 芯片來(lái)完成。目前采用的 A/D 芯片由 8位、 10 位、 12 位及 24 位精度不等 。 D/A 是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的專用電路 ，用內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 25 以控制外部設(shè)備通常由 A/D 一起構(gòu)成測(cè)控儀器的核心。 （ 3） 多路開(kāi)關(guān)和濾波放大技術(shù) 高質(zhì)量的多路開(kāi)關(guān)主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)檔和通道切換，因此要求寄生電容小，通道間的隔離效果好。濾波放大電路是模擬信號(hào)調(diào)理的主要電路。這些都是儀器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵電路，形式千變?nèi)f化，直接影響儀器的精度，而這些電路有事各種儀器 中都要采用的電路。 （ 4） 高速緩存電路 高速緩存電路主要用于存儲(chǔ) AD/轉(zhuǎn)換都的結(jié)果，以增強(qiáng) DAQ 儀器本身的實(shí)時(shí)采樣能力。一般來(lái)說(shuō)告訴信息采集的場(chǎng)合均需采用高速緩存技術(shù)。 （ 5） 實(shí)時(shí)采樣和等效采樣技術(shù) 實(shí)時(shí)采樣技術(shù)是只在某一時(shí)間內(nèi)所采集的一族數(shù)據(jù)與該時(shí)間內(nèi)的己連續(xù)點(diǎn)力量在響應(yīng)時(shí)刻點(diǎn)的量值是一一對(duì)應(yīng)的。在總奪得測(cè)控系統(tǒng)中均采用實(shí)時(shí)采樣技術(shù)，只有在高檔的存儲(chǔ)示波器和數(shù)據(jù)采集儀器 (頻率位數(shù)百兆赫或更高 )中才使用等效采樣技術(shù)。 （ 6） 可編程邏輯器件與邏輯控制電路 邏輯控制電路完成 DAQ 儀器的硬件與軟件的協(xié)調(diào)工作，主要 有譯碼器與邏輯控制電路構(gòu)成。一個(gè)好的邏輯控制電路應(yīng)具有體積小、阻太靈活以及安全的功能，近年來(lái)迅速發(fā)展的可編程邏輯器件可以較好地實(shí)現(xiàn)這些功能。 DAQ 的優(yōu)點(diǎn) 與傳統(tǒng)的智能儀器相比， DAQ 儀器在以下幾方面顯示出巨大的優(yōu)越性 : （ 1） 縮短研制周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力 DAQ 儀器不需要像研制智能儀器那樣需要專門制作的微處理機(jī)子系統(tǒng)，在硬件設(shè)計(jì)上只要把精力集中在專用的儀器插件板上，或直接采用成熟的高性能數(shù)據(jù)采集卡 。在軟件設(shè)計(jì)上，又可以利用虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，使儀器的設(shè)計(jì)周期可以大大縮短。由于 DAQ內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 26 儀器設(shè)計(jì)要給 予某一總線，在這一點(diǎn)上，它的設(shè)計(jì)要遵循某種標(biāo)準(zhǔn)，容易形成標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品去占領(lǐng)市場(chǎng)，具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 （ 2） 可視化與直讀性 由于個(gè)人計(jì)算機(jī)的圖形分辨率及圖形處理能力己達(dá)到相當(dāng)高的水準(zhǔn)，不僅能夠顯示各種時(shí)域和頻域曲線，而且還可以以多種形式顯示各種測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果圖表，以增強(qiáng)可視化功能。 （ 3） 測(cè)試過(guò)程與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力 DAQ 儀器可以方便地實(shí)現(xiàn)頻譜分析、相關(guān)分析、傳遞函數(shù)分析及時(shí)間序列分析、模式識(shí)別等數(shù)扼處理與分析功能。利用微機(jī)的己有資源，還可以方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的永久儲(chǔ)存、數(shù)據(jù) )檢索、遠(yuǎn)距離傳輸、打印等。 （ 4） 模塊化與多功能性 各種儀器卡實(shí)際上己按模塊化的要求實(shí)現(xiàn)，同樣，驅(qū)動(dòng)各種儀器的軟件也是按模塊化的要求設(shè)計(jì)。如果一臺(tái) PC 上插有多種儀器卡，那么這臺(tái) PC 就是一臺(tái)多功能的儀器系統(tǒng)用戶希望從一種儀器狀態(tài)切換到另一種儀器狀態(tài)時(shí)，只要激活相應(yīng)的軟件模塊即可當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)要增加一個(gè)新的測(cè)量功能時(shí)，只需增加軟件來(lái)執(zhí)行新的功能或增加個(gè)通用模塊來(lái)擴(kuò)展系統(tǒng)的測(cè)量范圍。 （ 5） 集成化與擴(kuò)展性 對(duì) DAQ 儀器來(lái)說(shuō)，一個(gè)較小的儀器系統(tǒng)一般只需一塊或幾塊卡，這時(shí)利用 PC 內(nèi)的擴(kuò)展槽即可實(shí)現(xiàn)，無(wú)論從節(jié)約經(jīng)費(fèi)、節(jié)約能源、節(jié)約材料的角度，還是從節(jié)約空間 的角度上看， DAQ 儀器都具有很大的優(yōu)越性。 DAQ 儀器的功能擴(kuò)展可以通過(guò)加入一個(gè)模塊或更換一個(gè)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，而不需購(gòu)買或組裝一個(gè)全新的系統(tǒng)。 將得到的電壓送到數(shù)據(jù)采集卡中進(jìn)行數(shù)據(jù)采集 ， 再通過(guò) USB 線將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī) ，內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 27 由計(jì)算機(jī)利用軟件平臺(tái) (LabVIEW)進(jìn)行控制和處理 。 數(shù)據(jù)采集卡 （ DAQ） 主要由多路開(kāi)關(guān)、放大器、采樣保持器和 A/D 轉(zhuǎn)換器等組成 ，它們與定時(shí) /計(jì)數(shù)器、總線接口電路等做在一塊印刷電路板上 ,完成對(duì)被測(cè)信號(hào)的采集、放大和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換任務(wù) 。 數(shù)據(jù)采集（ DAQ）是指從傳感器和其他待測(cè)設(shè)備等模 擬或數(shù)字北側(cè)單元中自動(dòng)采集信息的過(guò)程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)的測(cè)量軟件硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。一個(gè)完整的 DAQ 系統(tǒng)包括傳感器或交換器、信號(hào)調(diào)理設(shè)備、數(shù)據(jù)采集和分析硬件、計(jì)算機(jī)、驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件等。當(dāng)然，很多設(shè)備制造商已經(jīng)把傳感器、信號(hào)調(diào)理甚至 DAQ 卡即成為標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備，這種情況下用戶不再需要考慮傳感器、信號(hào)調(diào)理和 DAQ 卡，而只需要考慮如何與硬件設(shè)備通信以及如何開(kāi)發(fā)上層應(yīng)用程序。 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡 本設(shè)計(jì)所用的是 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡， 通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。 下面是對(duì) PCI6221 性能的一些介紹： 輸入通道： 16 路模擬輸入 分辨率： 16 位分辨率 采樣率 :250ks/s 采樣 速 率 模擬輸出： 2 路模擬輸出 更新 速 率 ： 833ks/s 數(shù)字 I/O:24 路數(shù)字 I/O 計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 :2 個(gè) 32 位的 計(jì)數(shù)器 /定時(shí)器 觸發(fā)方式：數(shù)字觸發(fā) 輸入范圍 ：177。 10V 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 28 圖 PCI6221 引腳圖 電子秤的 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的核心 ， 在 LabVIEW 平臺(tái)下 ， 一個(gè)虛擬儀器由兩部分組成 ： 前面板和框圖程序 。 前面板的功能等效于傳統(tǒng)測(cè)試儀器的面板 ， 框圖程序的功能等效于傳統(tǒng)儀器內(nèi)部的各硬件電路模塊 。 本系統(tǒng)主要通過(guò) LabVIEW 編程來(lái)實(shí)現(xiàn)電子秤的功能 ， 設(shè)計(jì)分為前面板設(shè)計(jì)和程序框圖設(shè)計(jì)兩部分 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 29 前面板 登錄 界面設(shè)計(jì) 前面板 界面 設(shè)計(jì) 是虛擬儀器的重要組成部分 ， 儀器參數(shù)的設(shè)置、測(cè)試結(jié)果顯示等功能都是通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn) ， 因此要求軟件界面簡(jiǎn)單直接 ， 便于使用 。 圖 電子秤登陸界面 前面板界面設(shè)計(jì) 前面板主要由輸入控制器 (control)和輸出指示器 (indicate)組成 ， 可通過(guò)控制面板和工具模板創(chuàng)建。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前面板如圖 所示，主要包括 用戶名，密碼，秤盤，超重報(bào)警指示燈，結(jié)論顯示等。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 30 圖 電子秤前面板 程序 框圖 設(shè)計(jì) 程序 框圖 相當(dāng)于程序的源代碼 ,只有創(chuàng)建了程序 框圖 后 ， 該程序才能真正運(yùn)行 。 其設(shè)計(jì)主要是對(duì)節(jié)點(diǎn) 、 數(shù)據(jù)端口和連線的設(shè)計(jì) 。 本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì) ， 可將不同測(cè)量?jī)?nèi)容設(shè)計(jì)成單獨(dú)的功能模塊 。 各子模塊分別完成一定的功能 ， 在主界面程序或其它的子程序中調(diào)用 。 各功能模塊間的獨(dú)立性較強(qiáng) ， 一般都可單獨(dú)調(diào)試、修改和移植 。 所以整個(gè)系統(tǒng)軟件層次清晰、易于理解、便于修改、利于開(kāi)發(fā)新功能 。 總 程序 框圖 大體分為 4 個(gè)模塊 ： 登錄模塊、 顯示 模塊、 數(shù)據(jù)輸入 模塊及 判斷保存 功能模塊 。程序的流程如 下， 首先 運(yùn)行， 輸入用戶名和密 碼 進(jìn)行 登錄 。 其次通過(guò)通道輸入數(shù)據(jù)，輸入的數(shù)據(jù)通過(guò)比較器與 量程 值 相比較，如果大于 量程 值就報(bào)警，如果 小與 量程值 則進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，即 采一組數(shù)求其平均值和采入的單值進(jìn)行做差處理，求出誤差；然后在表格上顯示并保存保存數(shù)據(jù)。 如程序總圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 31 圖 電子秤設(shè)計(jì) 程序總圖 采入的數(shù)據(jù)有波動(dòng)， 產(chǎn)生超過(guò)正常范圍數(shù)據(jù)的主要原因是由于傳感器上產(chǎn)生的信號(hào)有一定的干擾，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集卡采集的數(shù)據(jù)有誤差。多取些數(shù)據(jù)，然后取平均值， 則可最大限度上與真實(shí)直接近，因此可把它作為真實(shí) 值 顯示。然后根據(jù)重量 Y 與電壓 X 的關(guān)系 Y=X 轉(zhuǎn)換電壓。 經(jīng)數(shù)據(jù)輸入子 VI 得到從采集卡上傳來(lái)的數(shù)據(jù)信息， 進(jìn)行 數(shù)據(jù)處理后，輸出實(shí)際重量，并計(jì)算誤差值。然后送判斷保存子 VI 進(jìn)行判斷保存，并將得出結(jié)論送出進(jìn)行顯示。如果超出了電子秤的量程（ 5kg）系統(tǒng)將發(fā)出嘟嘟的報(bào)警聲，并且超重指示燈亮，以提示使用者。 下面是程序的登錄框圖 ， 如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 32 圖 登錄程序框圖 從數(shù)據(jù)采集卡上輸入數(shù)據(jù)到 LabVIEW 儀器程序，輸入的數(shù)據(jù)為一組采樣數(shù)據(jù)和測(cè)量值。 下面是數(shù)據(jù)輸入通道圖，如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)輸入通道 判斷保存 子 VI 的主要作用是采集程序運(yùn)行的 當(dāng)前時(shí)間得出的 結(jié)論，并將這些和實(shí)際重量、測(cè)量重量、誤差一起寫入文件中。如果輸入誤差大于 ，則判斷為不符合要求，反之合理。 判斷保存程序如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 33 圖 判斷 保存子 VI 的程序框圖 波形和數(shù)據(jù)顯示 采入的電壓信號(hào)與重量單位克 相 對(duì)應(yīng)，由于采入的信號(hào)受到干擾，所以輸出的波形在 某個(gè)值 的范圍 上下波動(dòng)。 下面是 輸入 的電壓 輸出的波形，其 波形設(shè)定的 上下限的范圍是 05g， 如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 34 圖 輸入 時(shí) 數(shù)據(jù)顯示波形圖 電子秤設(shè)計(jì) 把 采入的 數(shù)據(jù) 在某個(gè)時(shí)間點(diǎn)記錄了下來(lái)，如圖 所示。 圖 輸入 時(shí) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄圖 下面是 輸入 3V 的 電壓值輸入 的 波形，其 圖形設(shè)定的 上下限范圍是 05g， 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 35 圖 輸入 3V 時(shí) 數(shù)據(jù)顯示波形圖 下面是 輸入 3V 時(shí) 記錄下來(lái)的數(shù)據(jù) ， 如圖 所示。 圖 輸入 3V 時(shí) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 36 利用 LabVIEW 軟件實(shí)現(xiàn)了電子秤功能 ,具有測(cè)量精確、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn) 。 該系統(tǒng)的擴(kuò)展性很強(qiáng) ,下一步將擴(kuò)充其功能 ,如增加人機(jī)對(duì)話 、 遠(yuǎn)程測(cè)量等 。 該系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛 ,對(duì)生產(chǎn)、生活有著十分重要的現(xiàn)實(shí)意義 。 本章小結(jié) 本章介紹了 在基于 LabVIEW 語(yǔ)言基礎(chǔ)上的電子秤設(shè)計(jì)的流程。通過(guò) 壓力 傳感器 把信號(hào)傳入后，通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路把信號(hào)輸出，到數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)處理送入計(jì)算機(jī) ，實(shí)現(xiàn)電子秤測(cè)量的功能 。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 37 總 結(jié) 首先感謝學(xué)校、學(xué)院給我這樣一次寶貴的機(jī)會(huì)，使我能在大學(xué)四年級(jí)下半學(xué)期，做這個(gè)有意義的畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)這一階段的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，我得到了很多收獲，有很多感想。 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我四年所學(xué)專業(yè)的課程和理論知識(shí)的總結(jié)，為今后的學(xué)習(xí)與工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我熟悉了電子秤的設(shè)計(jì)步驟，大體了解了 LabVIEW 語(yǔ)言的運(yùn)用，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力，同時(shí)也是走向工作崗位前的一 次熱身。 2. 從與指導(dǎo)老師的接觸與交流和做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中掌握了一定的學(xué)習(xí)方法，提高了自學(xué)能力和獨(dú)立思考問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。 比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，例如學(xué)會(huì)了 Visio、 LabVIEW 等軟件的使用，懂得了許多經(jīng)驗(yàn)公式的獲得是前人不懈努力的結(jié)果 。 3. 能使我看清差距，擴(kuò)大視野，認(rèn)識(shí)自己的真實(shí)水平。做 畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)儲(chǔ)備還不 足 。 學(xué)校為我們安排了指導(dǎo)教師。在撰寫畢業(yè)論文期間，我的指導(dǎo)教師肖俊生老師，對(duì)我的論文提出了中肯的修改意見(jiàn)，給我很大幫助。 在學(xué)校的精心安排下，我完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，從中學(xué)到了許多知識(shí)，提高了能力，受益匪淺。 雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有貢獻(xiàn)的人。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū)（畢業(yè) 論文 ） 38 參 考 文 獻(xiàn) 1. 李燕 .電子秤的結(jié)構(gòu)和原理 [J].四川雅安職業(yè)技術(shù)學(xué)院物理通報(bào) , 2. 顧