【正文】 將輸出送進(jìn) DAQmx Timing 模塊（ DAQmx 定時(shí)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。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(jiàn)到該模塊的設(shè)計(jì)方案，溫度采集子 VI (DAQ 采集 .VI) 模塊的程序如圖 所示。 溫度采集模塊程序設(shè)計(jì) 虛擬熱電偶溫度記錄儀設(shè)計(jì)中，要對(duì)四個(gè)個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、報(bào)警、查詢的前提是對(duì)數(shù)據(jù)的采集。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)。具體程序如圖 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(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 24 通道選擇模塊程序設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)中考慮到，四個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集需要對(duì)每個(gè)同通道的開(kāi)閉進(jìn)行操作。 為了更多用戶對(duì)程序的需求，可以在登錄的狀態(tài)下添加新用戶。這是在第二對(duì)話框里的密碼與第一對(duì)話框密碼一致的情況下寫入條件結(jié)構(gòu)真的的時(shí)候只執(zhí)行的。 圖 密碼修改 如上圖，設(shè)計(jì)使用了 user new pw 子 VI 實(shí)現(xiàn)對(duì)密碼的修改。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(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 23 件結(jié)構(gòu)送一個(gè)假，事件結(jié)構(gòu)停止運(yùn)行。倘若數(shù)據(jù)庫(kù)里的用戶數(shù)據(jù)不為空，就將一個(gè)假值送入條件結(jié)構(gòu)，在條件結(jié)構(gòu)中通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢子 VI 查詢數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)用戶下的密碼，并與輸入的密碼進(jìn)行 比對(duì)，如果相等用戶登錄成功，不相等則通過(guò)單按鈕對(duì)話框提示用戶密碼出錯(cuò)。用戶登錄程序設(shè)計(jì)思路如圖 所示。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(dòng)跳轉(zhuǎn)到軟件的操作界面。具體方法和源程序代碼將在下文做詳細(xì)介紹。 在程序框圖中，各功能實(shí)現(xiàn)也都比較簡(jiǎn)單，在程序開(kāi)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。 程序框圖設(shè)計(jì) LabVIEW 的源程序?yàn)榭驁D式的，且提供了非常豐富的庫(kù)函數(shù)，從數(shù)據(jù)采集到儀器控制，從信號(hào)產(chǎn)生到信號(hào)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。點(diǎn)擊 OK 完成設(shè)置。將本程序下載到本地計(jì)算機(jī)后，需要建立與用戶信息 .mdb 的 ODBC 連接。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(shí)間查詢出對(duì)應(yīng)時(shí)間下的每個(gè)通道的溫度數(shù)據(jù)，如圖 所示。在這里可以設(shè)定溫度上下限報(bào)警的溫度值。 圖 溫度記錄前面板 在圖 溫度記錄前面板設(shè)計(jì)中，此部分為四通道溫度實(shí)時(shí)顯示部分，具有報(bào)警記錄的功能。在初始化設(shè)置結(jié)束后就可以啟動(dòng)程序，并點(diǎn)擊采集按鈕，程序開(kāi)始運(yùn)行，為指定的通道進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，記錄，及報(bào)警的功能。這部分內(nèi)容將在數(shù)據(jù)庫(kù)查詢部分進(jìn)行詳細(xì)講述。在程序運(yùn)行之前，有必 要對(duì)程序運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行初始化設(shè)置。通過(guò)改變采樣率可得到效果更好的信號(hào)波形，如圖 所示。在首次使用的時(shí)候，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)管理員用戶 Admin 將密碼設(shè)置為 123456 并對(duì)用戶進(jìn)行提示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 18 圖 用戶登錄前面板 在圖 用戶登錄端的設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軟件程序和數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的有效保護(hù)。 用 戶登錄前面板 在程序使用過(guò)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。本系統(tǒng)采用 軟件設(shè)計(jì)了 前面板 。 基 于 L a b V I E W 的 熱 電 偶 溫 度 記 錄 儀 的 軟 件 設(shè) 計(jì)軟件前面板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)模塊設(shè)計(jì)通道選擇模塊設(shè)計(jì)溫度報(bào)警模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)寫入模塊設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢模塊設(shè)計(jì)信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)用戶登陸模塊設(shè)計(jì)溫度采集模塊設(shè)計(jì) 熱電偶溫度記錄儀的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 軟件前面板設(shè)計(jì) 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的如溫度顯示、記錄、報(bào)警、查詢功能要求，在本設(shè)計(jì)中的軟件程序設(shè)計(jì)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。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 17 第 四 章 熱電偶溫度記錄儀軟件設(shè)計(jì) 熱電偶溫度記錄儀的軟件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的如溫度顯示、記錄、報(bào)警、查詢功能要求，在本設(shè)計(jì)中的軟件程序設(shè)計(jì)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。 通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)溫度的采集、記錄、查詢等功能。 當(dāng)溫度變化時(shí)，熱電偶在冷熱兩端形成電勢(shì)差，經(jīng)基于 LT1025 的測(cè)溫電路后，轉(zhuǎn) 化成與溫度變化大小成正比的 0~10V 的線性電壓信號(hào)。以自發(fā)自收的形式，模擬出溫度記錄儀中的四個(gè)通道。 在本設(shè)計(jì)中，需要將熱電偶的電壓信號(hào)輸入板卡，為虛擬熱電偶溫度記錄儀輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。單極性輸出范圍為 0V～ 10V；雙極 性輸出范圍為 5V～ +5V。這里設(shè)置模擬輸入為單極性。 PCI6221 的模擬輸入還可以選擇單極性或雙極性。該卡具有三種不同的模擬輸入模式：?jiǎn)味擞袇⒖嫉剌斎?(RSE)，單端無(wú)參考地輸入 (NRSE)，差分輸入 (DIFF)。 PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡具有十六個(gè)模擬輸入通道，兩個(gè)模擬輸出通道。它可以采集模擬信內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 16 號(hào)，數(shù)字信號(hào)，擁有定時(shí)器的功能，同時(shí)還具有模擬輸出的功能，該數(shù)據(jù)采集卡具有高性能的數(shù)據(jù)采集與控制功能。采用 PCI 計(jì)算機(jī)本身的總線，故將數(shù)據(jù)采集卡 (DAQ)插入計(jì)算機(jī)的空槽中即可。本系統(tǒng)采用 NI 公司生產(chǎn)的PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，即應(yīng)用虛擬儀器 PC_DAQ 系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)傳感器獲取信號(hào)并送給數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，然后能進(jìn)行存儲(chǔ)。 圖 S 型熱電偶測(cè)溫 電路 原理如圖 [10] 數(shù)據(jù)采集卡的選擇 數(shù)據(jù)采集就是將被測(cè)對(duì)象的各種參 量通過(guò)相應(yīng)傳感元件做適當(dāng)轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理、采樣、量化、編碼、傳輸?shù)炔襟E，最后送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲(chǔ)記錄的過(guò)程。 R5 和穩(wěn)壓器主要用于失調(diào)的修正電壓，其輸出為 10 mV/℃ 。當(dāng)測(cè)溫為 0~1000℃ 時(shí)，其輸出為 0~10V， PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡可直接進(jìn)行采集。 LT1025 在 K 型熱電偶測(cè)溫中的應(yīng)用 K 型熱電偶測(cè)溫電路原理如圖 。 LT1025 的各項(xiàng)性能指標(biāo)，均是在假設(shè)芯片內(nèi)部無(wú)溫升的前提下獲得的。在測(cè)溫要求不高時(shí)，各熱電偶的修正系數(shù)可近似認(rèn)為 ≈ 104。在 0~5℃的溫度范圍內(nèi)，各熱電偶的最佳修正 系數(shù)分為 104(E)、 104(J)、 104(K)、 103(R)、 103 (S)、 1 103 (T)。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 14 圖 LT1025 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 [16] 在寬溫度范圍內(nèi)， U 由于熱電偶的斜率會(huì)變化，從而產(chǎn)生相對(duì)于固定斜率的準(zhǔn)拋物線式測(cè)溫誤差。另一路通過(guò)精密電阻分壓器輸出，用于和不同型號(hào)的熱電偶相配。當(dāng)供電電壓低于 10V 時(shí)，其芯片內(nèi)部功耗引起的溫升小于 ℃ 緩沖器的作用是提高輸出能力，輸出為低阻抗，且獨(dú)立于供電電壓。它主要由溫度傳感器、非線性校正電路，即弓形校正電壓、緩沖器以及精密電阻分壓器組成。完成了冷端電勢(shì)補(bǔ)償，并通過(guò)分度表可換算出實(shí)測(cè)溫度 t[15]。 熱電偶冷端溫度補(bǔ)償原理 在熱電偶冷熱端電勢(shì)關(guān) 系中，有如下公式： 其中， t 為實(shí)測(cè)溫度； t0為冷端溫度； 為冷端溫度為 0℃時(shí)，熱電偶電勢(shì)輸出；為冷端溫度為 t0℃時(shí)，熱電偶電勢(shì)輸出； 為冷端補(bǔ)償電勢(shì)。 LT1025 是美國(guó) LINEAR 公司生產(chǎn)的低功耗熱電偶冷端補(bǔ)償專用集成芯片，它既可用于 E、 J、 K、 R、 S 和 T 型熱電偶的冷端補(bǔ)償，又可構(gòu)成攝氏溫度計(jì)，還可用于溫度補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中。在這種情況下 ,4～ 20mA作為控制輸出 ,過(guò)程變量是測(cè)量的溫度值 ,設(shè)置則可由操作者直接或使用一個(gè)可組態(tài)的設(shè)置操作器來(lái)調(diào)整 ,其輸出信號(hào) 可接到執(zhí)行單元；同時(shí)信號(hào)的數(shù)字部分提供過(guò)程變量、輸出、設(shè)置和其他轉(zhuǎn)換參數(shù)或 PID參數(shù)。它采用二線制 4～ 20mA或數(shù)字化輸出 ,通過(guò)手持終端操作器接在 4～ 20mA任意位置 ,實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)通訊的現(xiàn)場(chǎng)或遠(yuǎn)距離重調(diào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換和顯示成為一體的帶轉(zhuǎn)換器和帶顯示的熱電偶與熱電阻則可滿足現(xiàn)場(chǎng)顯示需要 [14]。 （ 3）檢測(cè)、信號(hào)轉(zhuǎn)換和現(xiàn)場(chǎng)顯示一體化 隨著電子產(chǎn)品小型化 ,原來(lái)作為直流 4～ 20mA或 1～ 5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)傳輸?shù)臒犭娕蓟驘犭娮柘盗械臏囟茸兯推?(實(shí)際上應(yīng)該叫信號(hào)轉(zhuǎn)換器 )也已小型化 ,可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)的熱電偶或熱電阻接線盒內(nèi)與熱電偶或熱電阻成為一體。它也將逐步地代替過(guò)去用絕緣瓷珠穿絲的裝配結(jié)構(gòu) 型式。 熱電偶的發(fā)展趨勢(shì) 國(guó)內(nèi)外的許多研究機(jī)構(gòu)和制造商 ,根據(jù)工業(yè)過(guò)程自動(dòng)化的檢測(cè)和控制要求 ,不斷設(shè)計(jì)和制造出許多新的熱電偶、熱電阻 ,目前的發(fā)展趨勢(shì)大致如下。 傳統(tǒng)的冷端及非線性補(bǔ)償方法主要有以下兩種 :一是基于硬件的補(bǔ)償，但補(bǔ)償電路復(fù)雜，成本較 高，精度不夠；二是基于軟件的補(bǔ)償，通過(guò)微機(jī)進(jìn)行擬合或插值實(shí)現(xiàn)修正，普通的軟件補(bǔ)償對(duì)工作人員編程能力要求較高，計(jì)算量大，實(shí)時(shí)性不是很好。當(dāng)熱電特性變化超過(guò)規(guī)定的范圍時(shí)，熱電偶指示的溫度便會(huì)失真，測(cè)溫誤差越來(lái)越大 [12]。 然而廣泛應(yīng)用于工業(yè)和科研中的熱電偶傳感器。所以熱電偶是使用最廣泛的測(cè)溫元件之一。在工作時(shí)，只要與顯示儀表配合即可測(cè)量氣體、液體、固體的溫度。由于熱電偶兩端所處的溫度不同，在熱電偶中就有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生用測(cè)量?jī)x表測(cè)得電動(dòng)勢(shì)的數(shù)值后，便可間接知道相應(yīng)的溫度或者直接由測(cè)量?jī)x表指示出溫度。它們的一端通常焊接在一起形成接點(diǎn)，稱為測(cè)量端 (工作端或熱端 )。 ? 負(fù) 不親磁 本設(shè)計(jì)選 用 比較常用的 S 型熱電偶 與 K 型熱電偶 ， S 型熱電偶具有準(zhǔn)確度高，穩(wěn)定性好，測(cè)溫溫區(qū)寬，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)； K 型熱電偶的測(cè)溫范圍寬、線性度好、 熱電動(dòng)勢(shì)較大 、靈敏度高、抗氧化能力較強(qiáng)，在氧化和還原氣氛中輸出熱電勢(shì)都比較穩(wěn)定。 1 C? 負(fù) 銀白色 III 200~40 177。 ? 負(fù) 亮黃 III 200~40 177。 ? 負(fù) 稍親磁 II 40~1300 177。 ? 負(fù) 稍親磁 III 20040 177。 4C? 負(fù) 稍軟 800 177。 ? 負(fù) 柔軟 1100 177。 ? 負(fù) 亮白軟 600 177。國(guó)際電工委員會(huì)（ IEC）共推薦了 8 種標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶的名稱，分度號(hào)，測(cè)量范圍，精確度等級(jí)及允許偏差如表 所示。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 11 第 三 章 熱電偶溫度記錄儀硬件設(shè)計(jì) 熱電偶 型號(hào)的選擇 工藝上比較成熟是標(biāo)準(zhǔn)化熱電偶，其能批量生產(chǎn) 、性能穩(wěn)定、應(yīng)用廣泛而且具有統(tǒng)一的分度表，并已列入國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件中的熱電偶。 本章小結(jié) 溫度記錄儀分為有紙記錄儀和無(wú)紙記錄儀，早期的溫度記錄儀都是有紙類型的，隨著計(jì)算機(jī)的普及和廣泛應(yīng)用，無(wú)紙溫度記錄儀產(chǎn)生，并因?yàn)槠涓鼫?zhǔn)確地?cái)?shù)據(jù)記錄、更方便的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、更便捷的數(shù)據(jù)分析功能，所占市場(chǎng)份額逐年猛增。 PCI6221 是一種低廉的 M 系列數(shù)據(jù)采集卡，在計(jì)算機(jī)上使用的板卡。 PC_DAQ系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路和計(jì)算機(jī)為儀器硬件平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。 LT1025 是專用的熱電偶冷端溫度補(bǔ)償集成電路芯片，內(nèi)部自帶特殊的非線性校正電路，內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)） 10 在 0~70℃補(bǔ)償范圍內(nèi)具有很高的溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確度，其補(bǔ)償絕對(duì)誤差小于 ℃；該芯片的補(bǔ)償輸出信號(hào)為低阻抗，且獨(dú)立于供電電壓；它可和各種熱電偶配套 使用，所構(gòu)成的測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、不需要調(diào)節(jié)，可廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、工業(yè)儀表等領(lǐng)域的溫度測(cè)量。其溫度℃補(bǔ)償準(zhǔn)確度高達(dá) ℃ 。用基于 LT1025的信號(hào)調(diào)理電路 實(shí)現(xiàn)冷端溫度補(bǔ)償與線性化處理。 系統(tǒng)基本原理圖如圖 所示。硬件中只需要把 熱電偶 的兩個(gè) 接線 端口接到 數(shù)據(jù) 采 集 卡上就行。 熱電偶對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的測(cè)量、信號(hào)的調(diào)理到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)處理，最后到執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)完整的溫度測(cè)量與控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)針對(duì)傳統(tǒng)熱電偶非線性和冷端溫度補(bǔ)償方法的不足，為準(zhǔn)確測(cè)量溫度，將傳統(tǒng)的熱電偶測(cè)溫技術(shù)與 LabVIEW 相結(jié)合起來(lái)， 通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行 LabVIEW 程序來(lái)分析處理輸入數(shù)據(jù)，最終由計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果。 綜上所述，本設(shè)計(jì)采用 LabVIEW 來(lái)實(shí)現(xiàn)熱電偶溫度的記錄。除此之外，基于虛擬儀器的溫度記錄儀的設(shè)計(jì)中，用戶還可以根據(jù)自己的需要定義儀器的功能，設(shè)計(jì)出符合自己要求 的儀器儀表來(lái)。虛擬儀器的設(shè)計(jì)中，硬件要求很低，成本低廉，程序?yàn)閳D形化語(yǔ)言，編程容易。 AD590 是由美國(guó)模擬器件公司（ AD）生產(chǎn)的恒流源式模擬 集成溫度傳感器的特點(diǎn)，測(cè)量誤差小、采用二次查表法加線性插值實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量與顯示 [9]。 前 置 放 大 濾 波 A D 5 9 0P C I6 2 2 1數(shù) 據(jù) 采集 卡 P C 機(jī)前 置 放 大