基于labview的溫度采集系統(tǒng)報(bào)告畢業(yè)論文-wenkub.com
2025-06-15 14:27 本頁(yè)面
【正文】 伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展虛擬儀器必將拓展到各個(gè)領(lǐng)域，引起測(cè)控儀器的深層次變革。圖26 報(bào)警記錄界面總 結(jié)把LABVIEW應(yīng)用于溫度測(cè)量和控制系統(tǒng)中，以用USB5935數(shù)據(jù)采集卡以及熱電阻信號(hào)調(diào)理電路，加以對(duì)程序的編輯，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的采集精密控制。本設(shè)計(jì)提供了對(duì)歷史數(shù)據(jù)用表格和波形圖2種不同的顯示方式，還可以把歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出為文本文件以供后續(xù)處理。在該頁(yè)面中實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)通道采集的波形的實(shí)時(shí)顯示，該面板靈活運(yùn)用采用了屬性節(jié)點(diǎn)來編程實(shí)現(xiàn)的。下面分別介紹各個(gè)部分。 報(bào)警記錄程序這部分程序采用用戶事件來編寫的，當(dāng)采樣值大于設(shè)定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)觸發(fā)用戶事件，從而使下面循環(huán)里的事件發(fā)生，進(jìn)行記錄數(shù)據(jù)，這部分是實(shí)時(shí)記錄的，有保存為文本文件的功能，每次重新啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，會(huì)清空實(shí)時(shí)顯示的記錄。具體程序見圖19。循環(huán)之間的數(shù)據(jù)傳遞即線程間的數(shù)據(jù)傳遞，可以由局部變量、全局變量、共享變量和隊(duì)列等方式實(shí)現(xiàn)。在用戶啟動(dòng)系統(tǒng)工作時(shí)，這兩個(gè)工作線程被創(chuàng)建。 LabVIEW與多線程應(yīng)用多線程技術(shù)，可以使得多個(gè)獨(dú)立的任務(wù)并發(fā)執(zhí)行，從而極大地提高程序的效率。本設(shè)計(jì)把用戶命令輸入、信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示和歷史數(shù)據(jù)的查詢、分析處理放在主線程中實(shí)現(xiàn)，而把信號(hào)采集和定時(shí)存儲(chǔ)功能分別放到兩個(gè)工作線程中。好的模塊結(jié)構(gòu)，塊間聯(lián)系應(yīng)盡可能小，塊內(nèi)聯(lián)系應(yīng)盡可能大。模塊獨(dú)立性有兩個(gè)定性的標(biāo)準(zhǔn)度量：即塊內(nèi)聯(lián)系(內(nèi)聚)與塊間聯(lián)系(耦合)，如圖18所示。圖18 模塊化結(jié)構(gòu)信息抽象與信息隱含是模塊的基本特征。由于選用專用的開發(fā)軟件，必須具有一定的儀器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用。以上四個(gè)部分是數(shù)據(jù)采集卡的重要組成部分，與其他的電路如定時(shí)/計(jì)數(shù)器、總線接口等電路儀器組成DAQ。把采集到的信號(hào)瞬間值，保持在A/D轉(zhuǎn)換的過程中不變化。2）放大器。例如，一個(gè)12位多功能DAQ卡，其可選的范圍從0到10V，或－5到＋5V，其可選增益有1，2，5，10，20，50或100。因而，數(shù)字信號(hào)不能真實(shí)地反映原始信號(hào)，因?yàn)橐徊糠中畔⒈宦┑袅?。如果采樣系統(tǒng)對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格，則必須同時(shí)采集，這就需要每個(gè)通道都有自己的放大和A/D轉(zhuǎn)換器。所以在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，首先必須對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有所了解。圖16表示了一個(gè)16通道的RSE測(cè)量系統(tǒng)。然而，實(shí)際應(yīng)用的板卡卻限制了差分測(cè)量系統(tǒng)抵抗共模電壓的能力，數(shù)據(jù)采集卡的共模電壓的范圍限制了相對(duì)與測(cè)量系統(tǒng)地的輸入電壓的波動(dòng)范圍。具有放大器的數(shù)據(jù)采集卡可配置成差分測(cè)量系統(tǒng)。接地最常見的例子是通過墻上的接地引出線，如信號(hào)發(fā)生器和電源。 輸入信號(hào)的連接方式一個(gè)電壓信號(hào)可以分為接地和浮動(dòng)兩種類型。用于測(cè)量一個(gè)頻域信號(hào)的系統(tǒng)必須有必要的分析功能，用于從信號(hào)中提取頻域信息。在測(cè)量一個(gè)時(shí)域信號(hào)或者說是波形時(shí)，需要關(guān)注波形形狀的特性，如斜度、峰值等。圖 12模擬直流信號(hào)直流信號(hào)最重要的信息是它在給定區(qū)間內(nèi)運(yùn)載的信息的幅度。TTL信號(hào)就是一個(gè)開關(guān)信號(hào)，就定義它為邏輯高電平，就定義為邏輯低電平。數(shù)字信號(hào)又可分為開關(guān)信號(hào)和脈沖信號(hào)。圖9 熱電阻調(diào)理電路 輸入信號(hào)的類型在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，必須對(duì)要采集的信號(hào)有所了解，因?yàn)椴煌盘?hào)的測(cè)量方式和對(duì)采集系統(tǒng)的要求是不同的，只有了解被測(cè)信號(hào)，才能選擇合適的測(cè)量方式和采集系統(tǒng)。如下是穩(wěn)壓模塊設(shè)計(jì)，通過輸出+12V驅(qū)動(dòng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行信號(hào)采集。5）線性化 許多傳感器對(duì)被測(cè)量的響應(yīng)是非線性的，因而需要對(duì)其輸出信號(hào)進(jìn)行線性化，以補(bǔ)償傳感器帶來的誤差。通常還需要抗混疊濾波器，濾除信號(hào)中感興趣的最高頻率以上的所有頻率的信號(hào)。使用隔離的原因：是從安全的角度考慮；二是隔離可使從數(shù)據(jù)采集卡讀出來的數(shù)據(jù)不受地電位和輸入模式的影響。由于不同傳感器有不同的特性，除了這些通用功能外，還要根據(jù)具體傳感器的特性和要求來設(shè)計(jì)特殊的信號(hào)調(diào)理功能。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，但實(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。圖5 合適采樣率采樣波形圖6 采樣率過低采樣波形采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。采樣間隔是△t，注意，采樣點(diǎn)在時(shí)域上是離散的。它的倒數(shù)l/△t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩。系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論及硬件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)該部分主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述，傳感器，輸入信號(hào)的分析、調(diào)理以及測(cè)量系統(tǒng)的選擇，下面分別予以說明。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 基于LabVIEW平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì)所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器(VI)，它包括前面板(Front Panel)、流程圖(Block Diagram)以及圖標(biāo)/連結(jié)器(Icon/Connector)三部分。而LabVIEW是基于數(shù)據(jù)流的工作方式，同時(shí)是基于圖形化的編程，這使得設(shè)計(jì)者不必掌握大量的編程語(yǔ)言和程序設(shè)計(jì)技巧便可設(shè)計(jì)出虛擬儀器系統(tǒng)[11]。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。以美國(guó)NI公司的軟件產(chǎn)品LabVIEW和LabWindows/CVI為代表的虛擬儀器專用開發(fā)平臺(tái)是當(dāng)前流行的集成化開發(fā)工具。這種基于計(jì)算機(jī)的儀器，既具有高檔儀器的測(cè)量品質(zhì)，又能滿足測(cè)量需求的多樣性。其中USB是最新技術(shù)的數(shù)據(jù)采集卡，具有精度高，可攜性好等優(yōu)點(diǎn)，它更加充分地利用計(jì)算機(jī)的資源，大大增加了測(cè)試系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性；利用DAQ卡可方便快速地構(gòu)建虛擬儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器I/O接口設(shè)備I/O接口設(shè)備主要用來完成被測(cè)輸入信號(hào)的采集、放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換。圖2虛擬儀器的內(nèi)部功能的劃分對(duì)于傳統(tǒng)儀器，這三個(gè)部分幾乎均由硬件完成；對(duì)于虛擬儀器，前一部分由硬件構(gòu)成，后兩部分主要由軟件實(shí)現(xiàn)。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。這樣，當(dāng)用戶從一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)向另一個(gè)項(xiàng)目時(shí)，就能簡(jiǎn)單地構(gòu)造出新的VI系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點(diǎn)之一，有了這一點(diǎn)，儀器的開發(fā)和換代時(shí)間將大大縮短。虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器” 。 本設(shè)計(jì)所做的工作本設(shè)計(jì)以兩個(gè)獨(dú)立通道進(jìn)行設(shè)計(jì)，從傳感器來的模擬輸入信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后，輸入到USB5935數(shù)據(jù)采集卡，然后經(jīng)過USB總線送入PC機(jī)，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括采樣波形的實(shí)時(shí)顯示，并進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)保存，邊采集邊保存，
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