【導(dǎo)讀】及記錄是工業(yè)應(yīng)用與教學(xué)實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常遇到的問題。本設(shè)計采用基于LabVIEW的熱電偶溫度記錄儀來實(shí)現(xiàn)熱電偶溫度記錄。計與軟件設(shè)計兩部分。硬件主要是由熱電偶溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)。溫度信號的采集、轉(zhuǎn)換、處理等功能。以通過用戶登錄界面進(jìn)入系統(tǒng)，前面板設(shè)計包括溫度采集、溫度記錄、溫度查詢?nèi)糠?。庫查詢等子VI，實(shí)現(xiàn)了對于四個不同通道的數(shù)據(jù)采集、記錄、實(shí)時顯示、報警及查詢等功能。

　　

【正文】 設(shè) 計軟件前面板設(shè)計數(shù)據(jù)庫訪問模塊設(shè)計通道選擇模塊設(shè)計溫度報警模塊設(shè)計數(shù)據(jù)庫寫入模塊設(shè)計數(shù)據(jù)庫查詢模塊設(shè)計信號處理模塊設(shè)計用戶登陸模塊設(shè)計溫度采集模塊設(shè)計 熱電偶溫度記錄儀的軟件設(shè)計結(jié)構(gòu)圖 軟件前面板設(shè)計 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的如溫度顯示、記錄、報警、查詢功能要求，在本設(shè)計中的軟件程序設(shè)計里我將不同的功能按照不同的模塊分別進(jìn)行了模塊化編程。 前面板（用戶界面）是虛擬儀器的重要組成部分，儀器參數(shù)的設(shè)置、測試結(jié)果顯示等功能都是通過軟件實(shí)現(xiàn)，因此要求軟件界面簡單直接，便于使用。本系統(tǒng)采用 軟件設(shè)計了 前面板 。 該界面可 以通過用戶登錄端 顯示 前面板分為溫度采集、溫度記錄、溫度查詢?nèi)糠帧? 用戶登錄前面板 在程序使用過程中，為了防止非相關(guān)工 作人員修改程序而導(dǎo)致本虛擬熱電偶溫度記錄儀的癱瘓，需要為使用本虛擬儀器的相關(guān)技術(shù)人員設(shè)置使用權(quán)限，在用戶登錄界面中不同的用戶可使用不同的用戶名及密碼，亦可修改密碼，這部分程序?qū)⒃诤罄m(xù)用戶管理及密碼修改中詳細(xì)陳述。如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 18 圖 用戶登錄前面板 在圖 用戶登錄端的設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)了對軟件程序和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的有效保護(hù)。在圖中，可以看到用戶在使用虛擬熱電偶溫度記錄儀之前，必須登錄系統(tǒng)。在首次使用的時候，系統(tǒng)會自動生成一個管理員用戶 Admin 將密碼設(shè)置為 123456 并對用戶進(jìn)行提示。 溫度采集 前面板設(shè)計 在溫度采集程序設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)了四通道的選擇及對兩支 S 型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶、兩支 K 型標(biāo)準(zhǔn)熱電偶的選擇，點(diǎn)擊不同的通道開關(guān)，顯示不同通道的信號波形，當(dāng)點(diǎn)擊多個通道時，采集信號波形圖顯示多條信號曲線，即在示波器中顯示所有采集到的實(shí)時數(shù)據(jù)波形，而不同通道的信號波形將在溫度記錄界面中一一顯示。通過改變采樣率可得到效果更好的信號波形，如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 19 圖 溫度采集前面板 在圖 溫度采集前面板設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)了對四通道的選擇及對熱電偶的選擇。在程序運(yùn)行之前，有必要對程序運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初始化設(shè)置。因?yàn)?，程序使用?了 Access 數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)的存儲及查詢，需要為數(shù)據(jù)庫指定系統(tǒng) DNS 數(shù)據(jù)源 ,并為其設(shè)置驅(qū)動程序，指定數(shù)據(jù)庫路徑。這部分內(nèi)容將在數(shù)據(jù)庫查詢部分進(jìn)行詳細(xì)講述。在數(shù)據(jù)庫精度設(shè)置的對話框里，可以為數(shù)據(jù)庫設(shè)定輸入數(shù)據(jù)的精度。在初始化設(shè)置結(jié)束后就可以啟動程序，并點(diǎn)擊采集按鈕，程序開始運(yùn)行，為指定的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，記錄，及報警的功能。 溫度記錄前面板設(shè)計 在溫度記錄報警的程序設(shè)計中，實(shí)現(xiàn)了對四個通道的數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測，及報警設(shè)置記錄功能， 經(jīng) 板卡 采集并轉(zhuǎn)換得到的 溫度 波形的變化，同時將標(biāo)定后得到的溫度值分別用波形 和 溫度計兩 種方式顯示出來，適應(yīng)不同用戶的需求，通過布爾量開關(guān)設(shè)置超限報警指示 ，如圖 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 20 所示。 圖 溫度記錄前面板 在圖 溫度記錄前面板設(shè)計中，此部分為四通道溫度實(shí)時顯示部分，具有報警記錄的功能。四個通道的開關(guān)均在虛擬熱電偶溫度采集控制部分的前面板上，開關(guān)打開，在這里可以看到對應(yīng)通道數(shù)據(jù)采集的過程，還可以看到數(shù)據(jù)的波形及實(shí)際溫度值。在這里可以設(shè)定溫度上下限報警的溫度值。 溫度查詢前面板設(shè)計 在溫度查詢程序設(shè)計中方，系統(tǒng)在溫度采集的過程中，將采集到的數(shù)據(jù)于后臺完成了記錄。這里實(shí)現(xiàn)的功能主 要是在采集狀態(tài)下，根據(jù)用戶的需要，按時間查詢出對應(yīng)時間下的每個通道的溫度數(shù)據(jù)，如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 21 圖 溫度查詢前面板 在圖 溫度查詢前面板設(shè)計中，需要計算機(jī)上安裝有 Microsoft Access 軟件。將本程序下載到本地計算機(jī)后，需要建立與用戶信息 .mdb 的 ODBC 連接。 建立方法：進(jìn)入開始菜單 控制面板 管理工具 數(shù)據(jù)源（ ODBC），建立一個新的系統(tǒng) DSN并將名稱填寫到上面系統(tǒng) DNS 名對話框內(nèi)：選擇 AddMicrosoft Access Driver (*.mdb)，數(shù)據(jù)源名稱為 math， 數(shù)據(jù)庫選擇 。點(diǎn)擊 OK 完成設(shè)置。設(shè)置完成之后就可以在溫度查詢前面板中查詢用戶需要的溫度數(shù)據(jù)信息。 程序框圖設(shè)計 LabVIEW 的源程序?yàn)榭驁D式的，且提供了非常豐富的庫函數(shù)，從數(shù)據(jù)采集到儀器控制，從信號產(chǎn)生到信號處理，從數(shù)據(jù)分析到圖形顯示，從文件讀寫到網(wǎng)絡(luò)通信，多種多樣，大大提高了用戶編程的效率，減輕了編程工作量。 在本設(shè)計中，采用模塊化設(shè)計，并由用戶登錄、內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 22 數(shù)據(jù)庫訪問、通道選擇、數(shù)據(jù)采集、線性化、溫度報警、數(shù)據(jù)庫寫入和數(shù)據(jù)庫查詢模塊組成了虛擬熱電偶溫度記錄儀的整個程序。 在程序框圖中，各功能 實(shí)現(xiàn)也都比較簡單，在程序開發(fā)環(huán)境界面上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵在函數(shù)中都可以找到想要的模塊。由于設(shè)計中體現(xiàn)了四通道的設(shè)計思路，有很多程序是重復(fù)的，所以我把部分程序編輯成為了子 VI，在程序中反復(fù)調(diào)用。具體方法和源程序代碼將在下文做詳細(xì)介紹。 用戶登錄模塊程序設(shè)計 為了實(shí)現(xiàn)對軟件程序和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的有效保護(hù)，設(shè)計了用戶登錄模塊。模塊的作用可以使軟件的前面板在不登錄的情況下隱藏在選項(xiàng)卡，在登錄的前提下就可以自動跳轉(zhuǎn)到軟件的操作界面。在登錄后還可以對對用戶進(jìn)行用戶添加，密碼修改等管理。用戶登錄程序設(shè)計思路如圖 所示 。 圖 用戶登錄 圖 中采用了用戶登錄子 VI 即 user login 圖標(biāo)，當(dāng)用戶名輸入的時候程序先通過數(shù)據(jù)庫訪問子 VI 檢查數(shù)據(jù)庫里的用戶數(shù)據(jù)是否為空，若為空，將一個真值送入條件結(jié)構(gòu)，在條件結(jié)構(gòu)中通過數(shù)據(jù)庫訪問子 VI 將一個用戶名為 Admin，密碼為 123456 的數(shù)據(jù)寫入到對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，并通過單按鈕對話框提示用戶相關(guān)信息。倘若數(shù)據(jù)庫里的用戶數(shù)據(jù)不為空，就將一個假值送入條件結(jié)構(gòu)，在條件結(jié)構(gòu)中通過數(shù)據(jù)庫查詢子 VI 查詢數(shù)據(jù)庫對應(yīng)用戶下的密碼，并與輸入的密碼進(jìn)行比對，如果相等用戶登錄成功，不相等則通過單按鈕對 話框提示用戶密碼出錯。 當(dāng)用戶名與密碼一致的時候，用戶登錄子 VI 向條件結(jié)構(gòu)送入一個真，此時將名字為數(shù)據(jù)顯示 2 的選項(xiàng)板打開，并允許使用用戶管理，添加用戶和修改密碼。倘若用戶登錄子 VI 向條內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 23 件結(jié)構(gòu)送一個假，事件結(jié)構(gòu)停止運(yùn)行。 為了密碼的安全，需要修改用戶的密碼，此部分的設(shè)計思路如圖 所示。 圖 密碼修改 如上圖，設(shè)計使用了 user new pw 子 VI 實(shí)現(xiàn)對密碼的修改。在這個子 VI 中將第一對話框里的密碼通過數(shù)據(jù)庫訪問子 VI 寫入到數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)用戶的密碼字段內(nèi)，覆蓋原密碼。這是在第二對話框里的密碼與第一 對話框密碼一致的情況下寫入條件結(jié)構(gòu)真的的時候只執(zhí)行的。但是如果兩個對話框輸入的不一致，則返回一個假，條件結(jié)構(gòu)則通過單按鈕對話框提示用戶密碼不正確。 為了更多用戶對程序的需求，可以在登錄的狀態(tài)下添加新用戶。此部分設(shè)計思路如圖 所示。 圖 用戶管理 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 24 通道選擇模塊程序設(shè)計 在設(shè)計中考慮到，四個通道的數(shù)據(jù)采集需要對每個同通道的開閉進(jìn)行操作。于是，在PCI6221 板卡的 16 個輸入通道中選擇了前四個，即 ai0~ai3，對應(yīng)的物理通道 current physical Channel(s)分別是： Dev1/ai0、 Dev1/ai Dev1/ai Dev1/ai3 進(jìn)行操作。具體程序如圖 所示。 圖 通道選擇模塊 通道選擇模塊的設(shè)計為了更好的在編寫程序中的使用，同樣將程序編輯成為了子 VI。圖 即為通道選擇子 VI 模塊的程序，其主要使用了編程當(dāng)中的條件結(jié)構(gòu)。布爾數(shù)組轉(zhuǎn)化成數(shù)值輸入條件結(jié)構(gòu)，與條件結(jié)構(gòu)中的選擇一一對應(yīng)，即通道 1 對應(yīng) Dev1/ai0，通道 2 對應(yīng) Dev1/ai1通道 3 對應(yīng) Dev1/ai2，通道 4 對應(yīng) Dev1/ai3，這個時候，通道選擇模塊完成對通道物理地址的選擇，與通道開關(guān)一一對 應(yīng)起來。 溫度采集模塊程序設(shè)計 虛擬熱電偶溫度記錄儀設(shè)計中，要對四個個通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、報警、查詢的前提是對數(shù)據(jù)的采集。在前面的通道的選擇模塊實(shí)現(xiàn)其功能之后，再將選擇到的對應(yīng)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，就是目前設(shè)計的目的。數(shù)據(jù)的采集模塊使用很普遍，在很多的相關(guān)資料中都可以見到該模塊的設(shè)計方案，溫度采集子 VI (DAQ 采集 .VI) 模塊的程序如圖 所示。 圖 溫度采集模塊 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 25 正如上圖所示，將通道選擇模塊的輸出的物理通道地址送進(jìn) DAQmx Create Virtual Channel 模塊（ DAQ 創(chuàng)建虛擬通道模塊）的 physical channels 并將單位設(shè)置為伏特（ Volts）最大值設(shè)置為 10V，最小設(shè)置為 10V。將輸出送進(jìn) DAQmx Timing 模塊（ DAQmx 定時模塊）再將數(shù)據(jù)輸入 DAQmx Configure Input Buffer 模塊（ DAQmx 設(shè)定輸入緩沖器 模塊 ）大小設(shè)定為 50000。然后再將數(shù)據(jù)送入 DAQmx Start Task 模塊（ DAQmx 開始工作 模塊 ）完成數(shù)據(jù)的采集。 溫度報警模塊程序設(shè)計 為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的溫度實(shí)時記錄及報警設(shè)計了以下程序，如圖 所示 。 圖 溫度 報警模塊 正如上圖所示，將動態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)組，此時溫度波形數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)據(jù)化，為了對數(shù)組中的每一個數(shù)據(jù)進(jìn)行溫度上限和下限比較判斷是否超出設(shè)定值，是否該報警，將轉(zhuǎn)化成的數(shù)組數(shù)據(jù)采用數(shù)組大小記錄數(shù)組的數(shù)據(jù)個數(shù)來設(shè)定 FOR 循環(huán)的次數(shù)。這樣，每次數(shù)組輸出一個數(shù)據(jù)就執(zhí)行內(nèi)部程序一次，達(dá)到對每個數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的目的。這樣的思路可以做到第 i 次循環(huán)就是取到的數(shù)組中的第 i 個數(shù)據(jù)，因此將數(shù)組直接送入到數(shù)組索引里的輸入端并將循環(huán)次數(shù)也送進(jìn)去，這樣第 i 次循環(huán)時的數(shù)據(jù)就是第 i 個數(shù)據(jù)的單個操作過程。接入溫度計可以實(shí)時顯示 測量溫度。上限報警設(shè)計中將數(shù)據(jù)和輸入溫度上限設(shè)定值進(jìn)行比較，如果大于，則報警，上限報警燈閃爍，小于什么都不做。下限報警設(shè)計中將數(shù)據(jù)和輸入溫度下限設(shè)定值進(jìn)行比較，如果小于，則報警，上限報警燈閃爍，大于什么都不做。 數(shù)據(jù)庫訪問模塊程序設(shè)計 在設(shè)計中，我們需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，比如溫度數(shù)據(jù)的記錄與查詢等，都需要對數(shù)據(jù)庫訪問。因?yàn)槌Ｐ枰{(diào)用，所以將這部分程序做成了數(shù)據(jù)庫訪問子 VI，其程序如圖 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 26 圖 數(shù)據(jù)庫訪問模塊 上圖即為數(shù)據(jù)庫訪問模塊，本模塊使用很普遍，在很多資料中都可以找到一模一 樣的程序，為了實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問的自主性加了條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)執(zhí)行布爾送返回一個真時，數(shù)據(jù)庫訪問模塊就執(zhí)行輸入的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)命令，執(zhí)行用戶想要的數(shù)據(jù)庫操作。當(dāng)執(zhí)行布爾返回一個假時，程序什么都不做，這樣對數(shù)據(jù)庫的操作就有了用戶的選擇性。數(shù)據(jù)返回布爾即 Return Data 是控制模塊是否將數(shù)據(jù)輸出的模塊，在數(shù)據(jù)查詢時要設(shè)置為真。 DNS 的設(shè)置已近在前面進(jìn)行了詳細(xì)敘述，這里只是強(qiáng)調(diào)如果 DNS 不設(shè)置，在程序運(yùn)行時會提示數(shù)據(jù)庫訪問出錯。 數(shù)據(jù)庫寫入模塊程序設(shè)計 在對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時記錄之后，為了以后因工業(yè)需要對四個通道的 數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢分析，就必須考慮對溫度的記錄存儲。數(shù)據(jù)存儲部分主要利用 LabVIEW 與數(shù)據(jù)庫接口程序，將采集的原始數(shù)據(jù)存儲到 Access 數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)的結(jié)果查詢和數(shù)據(jù)分析。為了實(shí)現(xiàn) LabVIEW 對Access 數(shù)據(jù)庫的訪問，要先建立一個數(shù)據(jù)源（ ODBC），并通過 DSN 來標(biāo)識 ODBC。這里我使用了微軟的數(shù)據(jù)庫軟件 Access，并將文件命名為 math，將采集到的溫度數(shù)據(jù)記錄在表名為math 的字段下。其實(shí)現(xiàn)比較簡單，就是用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)寫入命令，并將命令輸入到前面介紹過的數(shù)據(jù)庫訪問模塊，其程序如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)庫寫入模塊 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)設(shè)計） 27 正如上圖，我們主要使用了編程 /字符串 /連接字符串。在本設(shè)計中，我們需要將采集到的溫度數(shù)據(jù)和實(shí)時系統(tǒng)時間的數(shù)據(jù)分別依次送進(jìn) math 的數(shù)據(jù)庫的對應(yīng)表下的時間和數(shù)據(jù)這兩個字段下。數(shù)據(jù)庫命令如圖，將一條標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫命令輸入到數(shù)據(jù)庫訪問子模塊完成對數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫寫入。 數(shù)據(jù)庫查詢模塊程序設(shè)計 與數(shù)據(jù)庫寫入很相似，數(shù)據(jù)庫的查詢程序經(jīng)過 DNS 的設(shè)置后， Lab SQL 利用 DSN 訪問與之相關(guān)的數(shù)據(jù)庫。無論是查詢數(shù)據(jù)庫，還是刪除數(shù)據(jù)庫，步驟大體相同。 也是用程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)查詢命令，并將命 令輸入到前面介紹過的數(shù)據(jù)庫訪問子 VI，即可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的查詢。其程序如圖 所示。 圖 數(shù)據(jù)庫查詢模塊 正如上圖，應(yīng)運(yùn)了編程 /字符串 /連接字符串實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫查詢的標(biāo)準(zhǔn)命令的寫入。在實(shí)現(xiàn)動態(tài)命令中設(shè)置時間的問題時，使用了編程 /定時 /格式化時間，這樣就