【正文】 我設(shè)計的題目是基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀的設(shè)計與實現(xiàn)，按照要求我設(shè)計了四路溫度巡檢儀，由于實驗室條件有限，沒能實現(xiàn)對熱電偶溫度的巡檢，只好自己模擬了四路信號來完成程序的調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的效果。美中不足的是此功能圖標(biāo)只設(shè)置了八種標(biāo)準(zhǔn)的熱電偶，如需要測量其他熱電偶就要用戶自己來完成標(biāo)度變化、冷端溫度補償及線性化。⑷線性化及冷端溫度補償子VI線性化及冷端溫度補償子VI可將檢測到的0—10V電壓信號轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度值，由于熱電偶在0—1000℃之間存在非線性，需要進行線性化處理，并進行冷端溫度補償。①前面板（Front Panel）設(shè)計窗口②程序框圖（Block Diagram）設(shè)計窗口根據(jù)任務(wù)需要，添加大于（Greater）、 小于（Less）、 蜂鳴聲（Beep）、復(fù)合運算（Compound Arithmetic）和條件結(jié)構(gòu)（Case Strurture）等功能圖標(biāo)。② 程序框圖（Block Diagram）設(shè)計窗口根據(jù)任務(wù)需要，添加 （DAQmx Create Channel）、 (DAQmx Timing)、(DAQmx Start Task) 和( DAQmx Clear Task)功能圖標(biāo)。其中執(zhí)行軟件包括人機界面程序、通信接口程序和數(shù)據(jù)處理及算法程序，它主要完成過程信息的采集、處理、運算、顯示、打印、控制輸出等實質(zhì)性的功能，偏重算法效率、強調(diào)實時性且與系統(tǒng)的硬件關(guān)系密切。 在計算機控制系統(tǒng)中，通過運用計算機提供的多種指令，可編出符合各種技術(shù)要求的控制程序、管理程序及微處理器執(zhí)行程序，從而實現(xiàn)對被控參數(shù)的控制與管理(如顯示、打印、報警等)。基于安全考慮，增加了預(yù)警系統(tǒng)，正常情況下，顯示燈為綠色，當(dāng)實際溫度超過溫度范圍時，顯示燈變?yōu)榧t色，同時系統(tǒng)開始以蜂鳴聲示警。采樣時鐘控制了采集或生成的速率。這個隱式的轉(zhuǎn)換也發(fā)生在如果NIDAQmx啟動任務(wù)函數(shù)未被使用而且NIDAQmx寫入函數(shù)與它相應(yīng)指定的自啟動輸入一起執(zhí)行。 VI實例的例程。這個函數(shù)的不同實例允許選擇采樣的類型（模擬、數(shù)字或計數(shù)器）、虛擬通道數(shù)、采樣數(shù)和數(shù)據(jù)類型。一旦一個任務(wù)被清除，那么它就不能被使用，除非重新創(chuàng)建它。這些實例對應(yīng)于特定的虛擬通道所實現(xiàn)的測量或生成類型。 常用DAQmx節(jié)點介紹⑴ DAQmx Create Virtual ChannelNIDAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)創(chuàng)建了一個虛擬通道并且將它添加成一個任務(wù)。命名完虛擬通道后，進一步選擇傳感器類型“CustomThermocouple”最后是定義數(shù)據(jù)單位及刻度區(qū)間，選擇攝氏度（Deg C）（℃）為單位，并根據(jù)實際情況定義刻度區(qū)間為0 ℃—1200 ℃，至此DAQ硬件配置結(jié)束。 Windows配置管理 啟動MAX后，打開Devices and Interfaces節(jié)點，看到DAQ卡PCI6221是Devices 1，接著配置一個虛擬通道。該工具稱為Measurementamp。數(shù)據(jù)采集卡為I/O接口設(shè)備，對I/O接口設(shè)備的驅(qū)動是通過相應(yīng)模板中的圖標(biāo)函數(shù)來實現(xiàn)的。通道時鐘要比掃描時鐘快，通道時鐘速率越快，在每次掃描過程中相鄰?fù)ǖ篱g的時間間隔就越小。1通道和10通道掃描間隔是45μs，相對于1Hz的采樣頻率是可被忽略的。在這種方式下，用通道時鐘控制通道間的時間間隔，而用另一個掃描時鐘控制兩次掃描過程之間的間隔。如果用循環(huán)采樣則每相鄰兩個通道之間的采樣信號的時間延遲為5μs（1/200kHz），這樣通道1通道2間就產(chǎn)生了1/4周期的相位延遲，而通道1和通道４之間的信號延遲就達(dá)15μs，折合相位差是2700。還有一種數(shù)據(jù)采集卡，每個通道各有一個獨立的A/D，這種數(shù)據(jù)采集卡的同步性能更好。因為多路開關(guān)要在通道間進行切換，對兩個連續(xù)通道的采樣，采樣信號波形會隨著時間變化，產(chǎn)生通道間的時間延遲。在一次掃描（scan）中，數(shù)據(jù)采集卡將對所有用到的通道進行一次采樣，掃描速率（scan rate）是數(shù)據(jù)采集卡每秒進行掃描的次數(shù)。⑶T的選擇影響因素較多，一般可根據(jù)對象來經(jīng)驗選取。其中采樣信號可表示為: (4. 1)其中，在t=nT時，在t ≠ nT時。 ⑹線性化功能另一種常見的信號調(diào)理功能是線性化功能。用于這些傳感器的信號調(diào)理模塊常用來提供激勵信號。噪聲濾波器用于如溫度這樣直流信號，它可以衰減那些降低測量精度的高頻信號。模擬信號的信號調(diào)理硬件常對如溫度這樣緩慢變化的信號使用多路復(fù)用方式。這種電勢差會產(chǎn)生所謂的接地回路，這樣就將使所采集信號的讀數(shù)不準(zhǔn)確；或者如果電勢差太大，它也會對測量系統(tǒng)造成損害。⑵隔離功能另一種常見的信號調(diào)理應(yīng)用是為了安全目的把傳感器的信號和計算機相隔離。例如，需要對熱電偶的信號進行放大以提高分辨率和降低噪聲。在使用前要進行硬件安裝和軟件設(shè)置。此外，它還完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和存儲。使用AD590進行溫度測量時無需采用線性電路、高精度放大器、阻抗測量電路以及冷端補償?shù)绕渌娐贰D590是一個兩端式溫度—電流傳感器，所輸出的電流與絕對溫度成正比。⑺片上二進制地址解碼。⑶高截止阻抗：在VDDVEE=10V的條件下，通道漏電流的典型值為士l0pA。 CD4052引腳圖CD4052是一個獨立的4通道數(shù)據(jù)選擇器，具有二進制控制輸入端A、B和一個禁止輸入INH。315 V的數(shù)字信號可以控制15VPP的模擬信號。 整體方框圖 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計溫度測量電路主要由溫度傳感器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和放大調(diào)理電路組成，用于對現(xiàn)場溫度的檢測，溫度傳感器的輸出信號經(jīng)信號調(diào)理電路處理后，通過采集卡的模擬通道輸入計算機，并由LabVIEW程序計算得到溫度測量值。提供了大量的函數(shù)庫供調(diào)用?？梢栽谠创a中設(shè)置斷點，單步執(zhí)行源代碼，在源代碼中的數(shù)據(jù)流連線上設(shè)置探針，在程序運行過程中觀察數(shù)據(jù)流的變化。針對測試測量和過程控制領(lǐng)域提供了大量的儀器面板中的控制對象，如表頭、旋鈕、圖表等。LabVIEW是一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運行程序的集成化環(huán)境，是第一個借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計系統(tǒng)。從交通監(jiān)控系統(tǒng)到大學(xué)實驗室，從部件自動測試到工業(yè)過程控制，虛擬儀器應(yīng)用的例子不勝枚舉。⑶虛擬儀器在檢測方面的應(yīng)用在實驗室中，利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)專用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺個人計算機變成一組檢測儀器，用于數(shù)據(jù)、圖像采集，控制與模擬。在國內(nèi)，近年來也開始有了利用虛擬儀器實現(xiàn)檢測、控制等功能的例子，虛擬儀器系統(tǒng)已成為儀器領(lǐng)域的一個基本方法，是技術(shù)進步的必然結(jié)果。網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器也適合異地或遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)采集、故障監(jiān)測、報警等。隨著計算機、通信、微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)時代的到來和信息化要求的不斷提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到虛擬儀器領(lǐng)域是虛擬儀器發(fā)展的大趨勢。它以計算機發(fā)展為平臺，更迎合了在當(dāng)今信息社會，各行各業(yè)向智能化、自動化、集成化發(fā)展的趨勢。 ⑵虛擬儀器的軟件對于普通計算機用戶，相對于面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，圖形化編程語言為開發(fā)虛擬儀器軟件提供了便利。虛擬儀器借助計算機強大的圖形環(huán)境，建立圖形化的虛擬面板，完成對儀器的控制、數(shù)據(jù)分析和顯示。 虛擬儀器的構(gòu)成虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(簡稱硬件平臺)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成 ⑴虛擬儀器的硬件平臺硬件平臺是虛擬儀器工作的基礎(chǔ)，其主要功能是完成對被測信號的采集、傳輸和顯示輸出結(jié)果。利用USB總線的優(yōu)勢可以實現(xiàn)測試方案的靈活配置和測試功能的自由擴展，即當(dāng)需要添加新測試功能時，只需開發(fā)支持USB接口的相應(yīng)測試功能的嵌入式虛擬儀器模塊即可。⑵基于USB總線的嵌入式虛擬儀器的設(shè)計基于USB總線的嵌入式虛擬儀器具有使用方便、數(shù)據(jù)傳輸速快、連接靈活的特點。工作原理：由主機啟動程序，發(fā)出按時間步進的頻率控制字送入信號源電路，產(chǎn)生頻率隨時間在1MHz~70MHz范圍內(nèi)變化的恒幅正弦波模擬信號。DAQ虛擬儀器既具有高檔儀器的測量品質(zhì)，又能滿足測量需求的多樣性。把臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領(lǐng)域的擴展優(yōu)勢結(jié)合起來，將形成未來主流的虛擬儀器平臺之一。目前，這種類型也有逐漸退出市場的趨勢。 VXl總線方式的虛擬儀器 1987年公布的VXI （VMEbus extension for Instrumention）是VME總線在儀器領(lǐng)域的擴展，它不僅繼承了GPIB、VME總線的優(yōu)點，集測量、計算、通信于一體，還具有高速、模塊化的優(yōu)點。 典型的GPIB測試系統(tǒng)包括一臺計算機、一塊GPIB接口控制器卡和若干臺GPIB儀器。虛擬儀器是在以PC機為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現(xiàn)儀器的功能的。 虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包括以下兩方面的含義： (1)虛擬儀器面板上的各種“圖標(biāo)”與傳統(tǒng)儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是完全相同的；由各種開關(guān)、按鈕、顯示器等圖標(biāo)實現(xiàn)儀器電源的“通”或“斷” ；被測信號的“輸入通道” 、“放大倍數(shù)” 等參數(shù)的設(shè)置，及測量結(jié)果的“數(shù)值顯示” 、“波形顯示”等。所謂虛擬儀器，就是在以計算機為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器系統(tǒng)概念是對傳統(tǒng)概念的重大突破，是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費用更低。虛擬儀器不但造價低，而且通過修改軟件可增加它的適應(yīng)性，進而延長它的生命周期，是一種具有很好發(fā)展前景的儀器?！獑纹瑱C、檢測溫度的敏感元件—熱電偶、信號的采集電路—恒流源電路、信號的切換及偏置放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、顯示輸出電路、通信電路、存儲電路以及電源電路。然后，根據(jù)確定的插值點，計算熱電偶輸出電勢與溫度的函數(shù)關(guān)系。其次，對特性曲線分段，選取插值點。基于這些優(yōu)點，在高精度、高穩(wěn)定的溫度測量及控制場合，一般采用數(shù)字線性化進行數(shù)據(jù)處理。因此，可考慮將曲線的線性部分延長，用此虛線代替原曲線的起始部分，這樣用一條斜線代替原來的曲線，斜線與縱軸的交點稱折點電位。據(jù)現(xiàn)在溫度檢測及控制系統(tǒng)使用情況來看，主要可采用模擬線性化和數(shù)字線性化兩種方法。其優(yōu)點是使用方便，硬件投資小，測量效率高；缺點在于熱電偶的冷端效應(yīng)是非線性的，而不平衡電橋輸出是線性的，因而多數(shù)情況下是欠補償或過補償，難以實現(xiàn)完全補償。⑵計算修正法由中間溫度定律，,將冷端溫度T0≠0℃時的測量值與查表得到的E（T0，0）相加即可得到E（T，0），再反查分度表，可得到被測溫度T。在熱電偶檢定和分度表制作時，總是規(guī)定T0=0℃，但實際測溫時很難保證，因此必須對熱電偶冷端進行處理，以消除T0變化對輸出電勢的影響，才能保證測量精度。非標(biāo)準(zhǔn)熱電偶在使用范圍或數(shù)量級上均不及標(biāo)準(zhǔn)熱電偶，一般也沒有統(tǒng)一的分度表，主要用于某些特殊場合的測量，這里我們主要介紹標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。所以，當(dāng)熱電偶材料一定時，熱電偶的總電勢EAB(T，T0)成為溫度T和T0的函數(shù)差，即 (2. 5) 如果能使冷端溫度T0固定，即 (常數(shù))，則對確定的熱電偶材料，其總電勢EAB(T， T0)就只與熱端溫度呈單值函數(shù)關(guān)系，即 () 這種特性稱為熱電偶的熱電特性，可通過實驗方法求得。A，B導(dǎo)體分別都有溫差電勢產(chǎn)生， ； () 式中NAT和NBT分別為導(dǎo)體A，B在某溫度T時的電子密度；EA(T，T0)和EB(T， T0)分別為A和B兩端在T和T0 (T T0)時的溫差電勢。 ，接觸電勢的大小與該接點溫度的高低以及導(dǎo)體A和B的電子密度比值有關(guān)，溫度越高，接觸電勢越大，兩種導(dǎo)體電子密度的比值越大，接觸電勢也越大。設(shè)導(dǎo)體A和B的電子密度分別為NA和NB，并且NANB，則在單位時間內(nèi)，由導(dǎo)體A擴散到導(dǎo)體B的電子數(shù)比從B擴散到A的電子數(shù)多，導(dǎo)體A因推動電子而帶正電，導(dǎo)體B因獲得電子而帶負(fù)電，因此，在A和B之間形成了電勢差。熱電偶就是通過測量熱電勢來實現(xiàn)測溫的。把兩種不同的導(dǎo)體(或半導(dǎo)體)A和B連接成閉合回路， 熱電偶結(jié)構(gòu)圖當(dāng)兩接點1與2的溫度不同時，如T To，則回路中就會產(chǎn)生熱電勢EAB(T，T0)。在實際應(yīng)用中，熱電偶的冷端通常靠近被測對象，且受到周圍環(huán)境溫度的影響，其溫度不是恒定不變的，因此必須采取一些相應(yīng)的措施進行補償，常用的方法有冷端恒溫法或補償導(dǎo)線法：所謂冷端恒溫法是將熱電偶的冷端置于溫度為0℃的恒溫器內(nèi)或是置于各種恒溫器內(nèi)，使之保持溫度恒定；補償導(dǎo)線法是將熱電偶的冷端延伸到溫度恒定的場所，相當(dāng)于將熱電極延長，根據(jù)熱電偶回路中接入第三種導(dǎo)體，只要導(dǎo)體兩端接點溫度相同，回路中總的熱電動勢保持不變，這樣只要熱電偶和補償導(dǎo)線的兩個接點溫度一致，就不會影響熱電動勢的輸出。根據(jù)這個特性，可以檢