【正文】 此次設(shè)計(jì)使我獲得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，而這些寶貴的經(jīng)驗(yàn)必將是我人生道路上的一大財(cái)富。在本學(xué)位論文完成之際，特向在我求學(xué)及撰寫論文過程中給予過支持、幫助、關(guān)心的老師、朋友、同學(xué)們致以最誠摯的感謝！整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程可以分為前期的資料查詢與方案的確定、中期的軟硬件設(shè)計(jì)和后期的程序調(diào)試及論文撰寫三個(gè)階段。參 考 文 獻(xiàn)，申焱華，黃夏旭. 基于虛擬儀器的熱電偶溫度測試與分析系統(tǒng)[J]，自動(dòng)化儀表，. 淺談熱電偶傳感器[J]，電子報(bào)，趙福堂. 基于LabVIEW的熱電偶溫度測量系統(tǒng)[J]，儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計(jì)量，劉春暉. 多路溫度巡檢儀調(diào)理電路的設(shè)計(jì)[J]，計(jì)量技術(shù)，林建歡，黃宜堅(jiān). 虛擬儀器和LabVIEW簡介[J]，福建電腦，王群燕，韓建海. 基于LabVIEW的虛擬儀器在測試技術(shù)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用[J]，中國現(xiàn)代教育裝備，. LabVIEW [M]，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008，張寧，楊三序. 基于虛擬儀器技術(shù)的測控系統(tǒng)[J]，微計(jì)算機(jī)信息，吉順祥，王明方. 基于虛擬儀器的測試儀器應(yīng)用研究[J]，儀表技術(shù)，陶梅. 精通LabVIEW [M]，北京：電子工業(yè)出版社，2006，張銀鴻. LabVIEW [M]，北京：清華大學(xué)出版社，王麗霞. 基于LabVIEW的虛擬儀器的研究[J]，儀器儀表，. 一種基于Labview的虛擬儀器測試分析系統(tǒng)[J]，山西電子技術(shù)，. LabVIEW平臺(tái)下工業(yè)熱電偶自動(dòng)檢定系統(tǒng)的研究[D]，中國計(jì)量科學(xué)研究院，王念春. 基于LabVIEW的蓄電池巡檢儀軟件設(shè)計(jì)[J]，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，楊成利. 應(yīng)用CD4052擴(kuò)展單片機(jī)串行口[J]，河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，. 基于LabVIEW多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)開發(fā)[D]，儀器儀表，李海濤，肖相生. LabVIEW程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2001， LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)信號檢測[J]，北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，潘迪夫，羅濤. 基于 VI 技術(shù)的熱處理爐爐溫測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]，企業(yè)技術(shù)開發(fā)， ，劉智，楊波. 基于虛擬儀器的傳感器綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[J]，長春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，湯曉安. 虛擬儀器軟件LabV IEW 與數(shù)據(jù)采集[J]，小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， , 凌永成. 基于 LabVIEW 多路數(shù)據(jù)檢測儀器的設(shè)計(jì)[J]，煤礦機(jī)械，　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　致 謝光陰茬蔣，時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間四年的大學(xué)生活即將成為回憶。應(yīng)用此圖標(biāo)，可以將熱電偶檢測到的熱電勢轉(zhuǎn)換為溫度信號，而不用再去專門設(shè)置，省去了許多麻煩。①前面板（Front Panel）設(shè)計(jì)窗口②程序框圖（Block Diagram）設(shè)計(jì)窗口根據(jù)任務(wù)需要，添加（Add）、 （Subtract） （Multiply）、（Divide）、（合并信號）、（拆分信號）、 （Wait）、 （轉(zhuǎn)換熱電偶讀數(shù)）和While循環(huán)（While Loop）結(jié)構(gòu)等功能圖標(biāo)。①前面板（Front Panel）設(shè)計(jì)窗口②程序框圖（Block Diagram）設(shè)計(jì)窗口根據(jù)任務(wù)需要，添加(Get Date/Time)、(Get Date/Time String)、圖標(biāo)。⑶時(shí)間設(shè)置子VI時(shí)間設(shè)置子VI用于顯示當(dāng)前日期、時(shí)間，可精確至秒。當(dāng)被測熱電偶溫度超過設(shè)定溫度區(qū)間時(shí)，指示燈會(huì)由綠變紅，并發(fā)出蜂鳴聲。⑵預(yù)警系統(tǒng)子VI在熱電偶測溫過程中，由于一些外界客觀原因的影響，可能會(huì)出現(xiàn)一些異常情況。⑴通道配置子VI① 前面板（Front Panel）設(shè)計(jì)窗口前面我們已經(jīng)定義了DAQ通道名稱為“Temperature”，現(xiàn)使用Operating工具，在DAQ通道名稱控件上彈出快捷菜單并選擇在MAX中定義的“Temperature”名稱。監(jiān)控軟件則起組織調(diào)度作用，專門用于協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊與操作者之間的關(guān)系，著眼全局、邏輯嚴(yán)密、操作使用方便。所編寫的軟件按功能可分為執(zhí)行軟件和監(jiān)控(管理)軟件。在本系統(tǒng)中，上位PC機(jī)扮演著管理控制者的重要角色。在常規(guī)模擬控制系統(tǒng)中的控制器用計(jì)算機(jī)來代替，就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 軟件設(shè)計(jì)流程圖 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)字計(jì)算機(jī)具有運(yùn)算速度快，計(jì)算精度高，存儲(chǔ)信息量大，邏輯判斷功能強(qiáng)，以及靈活通用等特點(diǎn)。 在系統(tǒng)主界面上進(jìn)行初始設(shè)置，具體內(nèi)容為輸入被測熱電偶類型及支數(shù)，采樣周期，初始設(shè)置完畢后即開始檢測。每一個(gè)時(shí)鐘脈沖為每一個(gè)包含在任務(wù)中的虛擬通道初始化一個(gè)采樣的采集或生成。 DAQmx Timing 節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)及端口定義對于需要采樣定時(shí)的操作（模擬輸入、模擬輸出和計(jì)數(shù)器），NIDAQmx 定時(shí)函數(shù)中的采樣時(shí)鐘實(shí)例設(shè)置了采樣時(shí)鐘的源（可以是內(nèi)部或外部的源）和它的速率。 DAQmx Start Task 節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)及端口定義⑸ DAQmx TimingNIDAQmx 定時(shí)函數(shù)配置定時(shí)以用于硬件定時(shí)的數(shù)據(jù)采集操作。如果沒有使用NIDAQmx 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)，那么在NIDAQmx 讀取函數(shù)執(zhí)行時(shí)，一個(gè)任務(wù)可以隱式的轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)，或者自動(dòng)開始。 不同NIDAQmx 讀取VI的實(shí)例⑷ NIDAQmx Start TaskNIDAQmx 啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)顯示的是將一個(gè)任務(wù)轉(zhuǎn)換到運(yùn)行狀態(tài)。對于連續(xù)采集，將每通道采樣數(shù)指定為1將使得這個(gè)函數(shù)在執(zhí)行的時(shí)候讀取所有現(xiàn)在保存在緩存的采樣數(shù)。 DAQmx Read節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)及端口定義可以讀取多個(gè)采樣的NIDAQmx 讀取函數(shù)的實(shí)例包括一個(gè)輸入來指定在函數(shù)執(zhí)行時(shí)讀取數(shù)據(jù)的每通道采樣數(shù)。 DAQmx Clear Task節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)及端口定義⑶ DAQmx ReadNIDAQmx 讀取函數(shù)需要從特定的采集任務(wù)中讀取采樣。因此，如果一個(gè)還會(huì)使用，那么NIDAQmx 結(jié)束任務(wù)函數(shù)就必須用來中止任務(wù)，而不是清除它。如果現(xiàn)在正在運(yùn)行，那么這個(gè)函數(shù)首先中止任務(wù)然后釋放掉它所有的資源。DAQmx Create Virtual 。NIDAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)有許多實(shí)例。它也可以用來創(chuàng)建多個(gè)虛擬通道并且將它們都添加至一個(gè)任務(wù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是對被測熱電偶參數(shù)(熱電動(dòng)勢)進(jìn)行定時(shí)采集、檢查(有效性及越限檢查)、處理(數(shù)字濾波、線性化等)、存儲(chǔ)、顯示、打印、報(bào)警等。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件主要由AI通道+計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(主機(jī)+常規(guī)外設(shè))兩部分構(gòu)成，本文介紹的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡一塊。按下Finish后，彈出一個(gè)用于設(shè)置新通道的窗口，可以設(shè)置通道類型，選擇“Analog Input”模擬輸入通道，繼續(xù)按下Next，命名虛擬通道，將虛擬儀器的通道命名為“Temperature”并添加簡要說明。虛擬通道是配置通道的快捷方式，可以為物理通道指定一個(gè)描述性的名稱。卡與MAX之間的關(guān)系。Automation Explorer，簡稱為MAX。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu) LabVIEW中安裝了用于建立各種卡及通道配置參數(shù)的配置工具。從最基本的角度出發(fā)，DAQ系統(tǒng)的主要任務(wù)是測量或生成物理信號。 間隔采樣與循環(huán)采樣比較 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的配置 通過數(shù)據(jù)采集卡獲取數(shù)據(jù)的虛擬儀器稱為PCDAQ（Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集，簡稱DAQ）卡式儀器?！　　τ诰哂袙呙钑r(shí)鐘和通道時(shí)鐘的數(shù)據(jù)采集卡，可以通過把掃描速率（scan rate）設(shè)為0，使用AI Config VI的interchannel delay端口來設(shè)置循環(huán)采樣速率。多數(shù)數(shù)據(jù)采集卡根據(jù)通道時(shí)鐘（channel clock ）按順序掃描不同的通道，控制一次掃描過程中相鄰?fù)ǖ篱g的時(shí)間間隔，而用掃描時(shí)鐘（scan clock）來控制兩次掃描過程的間隔。對一般采集系統(tǒng)來說，間隔采樣是性價(jià)比較高的一種采樣方式。假定一個(gè)10通道溫度信號的采集系統(tǒng)，用間隔采樣，設(shè)置相鄰?fù)ǖ篱g的掃描間隔為5μs，每兩次掃描過程的間隔是1s，這種方法提供了一個(gè)以1Hz同步掃描10通道的方法。通道間的間隔實(shí)際上由采集卡的最高采樣速率決定，可能是微秒、甚至納秒級的，效果接近于同步掃描。就有了如下的間隔掃描（interval scanning）方式。一般說來這是不行的。則采樣間隔為5μs（1/200kHz）。但是成本顯然更高。支持這種方式的數(shù)據(jù)采集卡每個(gè)通道使用獨(dú)立的放大器和S/H電路，經(jīng)過一個(gè)多路開關(guān)分別將不同的通道接入A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換。如果通道間的時(shí)間延遲對信號的分析不很重要時(shí)，使用循環(huán)采樣是可以的。循環(huán)采樣的缺點(diǎn)在于不能對多通道同步采樣，通道的掃描速率是由多路開關(guān)切換的速率平均分配給每個(gè)通道的。當(dāng)對多個(gè)通道采樣時(shí)，循環(huán)采樣是指采集卡使用多路開關(guān)以某一時(shí)鐘頻率將多個(gè)通道分別接入A/D循環(huán)進(jìn)行采樣。多通道的采樣方式有三種：循環(huán)采樣、同步采樣和間隔采樣。 多通道采樣方式多數(shù)通用采集卡都有多個(gè)模入通道，但是并非每個(gè)通道配置一個(gè)A/D，而是大家共用一套A/D,在A/D之前的有一個(gè)多路開關(guān)（MUX），以及放大器（AMP）、采樣保持器（S/H）等。即: ⑴T的選擇應(yīng)滿足采樣定理:Ws≥2Wmax； ⑵從控制性能來考慮:T越小，越接近連續(xù)系統(tǒng)，控制精度越高，但計(jì)算量越大，使可控制的回路數(shù)越小，且執(zhí)行機(jī)構(gòu)來不及響應(yīng)。采樣信號y(t)僅僅在采樣時(shí)刻0，T, 2T......nT有值，如第k時(shí)刻的值為y(kT)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 數(shù)據(jù)采集原理模擬信號y(t)經(jīng)過采樣開關(guān)抽樣成離散的模擬信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能接受的數(shù)字信號y(nT)。許多傳感器，如熱電偶，對被測量的物理量的響應(yīng)是非線性的。SCXI1121和SCXI1122有板載的激勵(lì)源，可配置為電流或電壓激勵(lì)，從而可用于壓力計(jì)、熱敏電阻器或RTD。RTD測量常使用電流源來把電阻上的變化量轉(zhuǎn)化為可測量電壓。例如，應(yīng)力計(jì)、熱敏電阻器和RTD需要有外部電壓或電流激勵(lì)信號。例如，許多SCXI模塊在使用數(shù)據(jù)采集設(shè)備對信號數(shù)字化前使用4 Hz和10 kHz的低通濾波器來濾除噪聲。⑷濾波功能濾波器的功能是指在您所測量的信號中濾除不需要的信號。ADC采集一個(gè)通道后，轉(zhuǎn)換到另一個(gè)通道并進(jìn)行采集，然后再轉(zhuǎn)換到下一個(gè)通道，如此往復(fù)。⑶多路復(fù)用功能多路復(fù)用是使用單個(gè)測量設(shè)備來測量多個(gè)信號的常用技術(shù)。使用隔離式信號調(diào)理能消除接地回路并確保信號可以被準(zhǔn)確地采集。當(dāng)數(shù)據(jù)采集設(shè)備輸入和所采集的信號使用不同的參考“地線”，而一旦這兩個(gè)參考地線有電勢差，就會(huì)帶來麻煩。被監(jiān)測的系統(tǒng)可能產(chǎn)生瞬態(tài)的高壓，如果不使用信號調(diào)理， 這種高壓會(huì)對計(jì)算機(jī)造成損害。在臨近傳感器的SCXI機(jī)箱內(nèi)對低電壓信號進(jìn)行放大，然后把放大后的高電壓信號傳送到PC，從而最大限度地降低噪聲對讀數(shù)的影響。為了得到最高的分辨率，要對信號放大以使調(diào)理后信號的最大電壓范圍和ADC的最大輸入范圍相等。 信號調(diào)理的功能⑴放大功能放大是最為普遍的信號調(diào)理功能。硬件安裝就是將數(shù)據(jù)采集卡插入PC機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)總線擴(kuò)展槽內(nèi)，軟件安裝就是將NI公司數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)軟件NIDAQ裝入PC機(jī)。它提供16路16位的模擬輸入通道，最大采樣速率為250KS/s；2路16位的模擬輸出通道，最大輸出頻率為833KS/s，24線的TTL型數(shù)字I/O及32位定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能。本系統(tǒng)在綜合考慮A/D和D/A通道數(shù)目、采樣速率、輸入精度、A/D和D/A轉(zhuǎn)換速度、分辨率與精度等技術(shù)指標(biāo)的情況下，選用NI公司的PCI6221型數(shù)據(jù)采集卡作為系統(tǒng)硬件的核心部分。 數(shù)據(jù)采集卡PCI6221數(shù)據(jù)采集卡的主要功能是向被測電路和元器件傳送所需的數(shù)據(jù)信號和控制信號，同時(shí)又接收并處理來自被檢對象的狀態(tài)信號。熱電偶有熱端和冷端，它所產(chǎn)生的電動(dòng)勢為兩者的熱電勢之差，因此同環(huán)境溫度有關(guān)時(shí)，測量結(jié)果需要加以修正。AD590可應(yīng)用于任何低于+150℃的溫度測量范圍，該單塊集成電路固有的低價(jià)成為其作為許多溫度測量應(yīng)用中的首選。該器件作為一個(gè)高阻抗器件供給電壓范圍是+4V—+30V，為把持續(xù)電流轉(zhuǎn)換成電壓，通常將AD590的輸出電流通過1KΩ電阻，從而獲得1mV/K的輸出電壓。因此，它具有集成度高，可靠性好，線性度好，接線簡單，測量靈敏等諸多優(yōu)點(diǎn)。 集成溫度傳感器AD590AD590是集成溫度傳感器。⑹極低的靜態(tài)功耗：在VDDVSS=VDDVEE=10V條件下，靜態(tài)功耗的典型值為1μW。⑷邏輯電平轉(zhuǎn)換：315V（VDDVEE=315V）的數(shù)字地址信號轉(zhuǎn)換成15VPP （VDDVEE=15V）的開關(guān)模擬信號。⑵低導(dǎo)通阻抗：在VDDVEE=15V的條件下，整個(gè)15VPP信號輸入范圍的典型值為80Ω。A 、B的四種二進(jìn)制組合狀態(tài)用來在四對通道中選擇其中的一對，當(dāng)邏輯的“1”加到INH輸入端時(shí)，所有的通道都關(guān)閉。CD4052其實(shí)是數(shù)字控制的雙向傳輸門，從總體功能上來看，從X、Y輸入，則是兩個(gè)一分四的數(shù)據(jù)分配器；若從X、Y輸出，則是兩個(gè)四選一的數(shù)字選擇器。