【正文】 周：完成系統(tǒng)的軟件仿真和軟硬件聯(lián)調(diào)。 第十二周：打印、裝訂論文，進行畢業(yè)答辯。 I Abstract II 第 1 章 緒 論 5 虛擬儀器的概念 5 虛擬儀器的特點及優(yōu)勢 6 虛擬儀器測試系統(tǒng)的組成 9 Labview 簡介 9 虛擬儀器的組成原理 11 虛擬儀器系統(tǒng)軟面板的設計標準 13 傳感器簡介 14 熱敏電阻器 15 電阻溫度探測器 18 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理 18 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能 18 數(shù)據(jù)采集 卡的參數(shù)設置 20 采集信號類型 20 采集信號的連接方式 21 第 4 章 硬件方案及設計 23 硬件主要組成部分 23 溫度傳感器 25 第 5 章 軟件設計 26 前面板設計原則 錯誤 !未定義書簽。 33 總 結(jié) 34 致 謝 35 參 考 文 獻 本設計采用 NI PCI6221 數(shù)據(jù)采集卡，運用傳感器、虛擬儀器及其相關技術于基于LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)的設計。 本文首先概述了測控技術和虛擬儀器技術在國內(nèi)外的發(fā)展及以后的發(fā)展趨勢，探討了虛擬儀器的總線及其標準、框架結(jié)構(gòu)、 LabVIEW 開發(fā)平臺，然后介紹了數(shù)據(jù)采集的相關 理論，給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。 本設計是虛擬儀器在測控領域的一次成功嘗試。 關鍵字： 虛擬儀器；數(shù)據(jù)采集；溫度；傳感器； LabVIEW。 20 世紀 70 年代以來，計算機、微電子等技術迅猛發(fā)展，在其推動下，測控儀器與技術不斷進步，相繼誕生了智能儀器、 PC 儀器、 VXI 儀器、虛擬 儀器及互換性虛擬儀器等微機化儀器及其自動測控系統(tǒng)，計算機與現(xiàn)代化儀器設備間的界限日漸模糊，測控領域和范圍不斷拓寬。網(wǎng)絡化的測控系統(tǒng)大體上由兩部分組成：測控終端與傳輸介質(zhì)，隨著個人計算機的高速發(fā)展，測控終端的位置越來越多的被個人計算機所占據(jù)，其中，軟件系統(tǒng)是計算機系統(tǒng)的核心，甚至是整個測控系統(tǒng)的靈魂，應用于測控領域的軟件系統(tǒng)稱為監(jiān)控軟件。因此，這種 “監(jiān)控軟件－數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) ”構(gòu)架的測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在很多領域都得到了廣泛的應用，并形成了一套完整的理論 [1]。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。本文設計就是建立在 VI 基礎上，在此平臺上完成對溫度的實時測量。在對多類型、多通道信號同時進行檢測和控制中，傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)能力有限。溫度檢測是現(xiàn)代檢測技術的重要組成部分，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 2 方 面起著關鍵的作用。 隨著社會的發(fā)展、科技的進步以及人們生活水平的逐步提高，各種方便于生產(chǎn)的自動控制系統(tǒng)開始進入了人們的生活，以單片機為核心的溫度采集系統(tǒng)就是其中之一。它實用性強，功能齊全，技術先進，使人們相信這是科技進步的成果。隨著電子技術和微型計算機的迅速發(fā)展，微機測量和控制技術得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應用。 課題的發(fā)展概況簡述 隨著科學技術的發(fā)展，人們在監(jiān)控與監(jiān)測生產(chǎn)過程、居住環(huán)境、生活質(zhì)量等過程中，制造了各種各樣科學儀器。隨著計算機硬件技術、軟件技術的不斷發(fā)展與成熟，全新概念的第四代儀器 ——虛擬儀器出現(xiàn)了。不久， NI 為基于計算機的測量和自動化開發(fā)出了 LabVIEW 軟件包。 LabVIEW 的功能不斷豐富和強大。經(jīng)過多年的不斷充實， LabVIEW 成為豐富、強大的實用工具軟件包，內(nèi)部配有GPIB、 VXI、串口和插入式 DAQ 板的庫函數(shù)以及全球幾百家廠商的儀器驅(qū)動程序。 工業(yè)發(fā)達國家已經(jīng)將虛擬儀器技術廣泛應用于航天、通訊、生物醫(yī)學、地球物理、電子、機械等各個領域，進行工程技術和科學研究，國內(nèi)對于虛擬儀器的研究與工程也取得了很多成就，在產(chǎn)品性能測試、設備故障診斷、生產(chǎn)過程 控制中得到普遍應用。國內(nèi)虛擬儀器行業(yè)至今還沒有形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的虛擬儀器核心開發(fā)技術，也沒有相關的行業(yè)標準?？傊?，隨著計算機、網(wǎng)絡、通信、微電子等相關技術的不斷發(fā)展， VI 技術也會不斷向前發(fā)展，微型化、智能化和網(wǎng) 絡化將成為今后 VI 研究開發(fā)的主導方向。目前，虛擬實驗室已成功地應用于許多大型實驗室的實驗研究和高等學校的實驗教學。 虛擬儀器的發(fā)展主要取決于三個重要因素。無 論 哪種 VI 系統(tǒng)，都是將硬件儀器 (傳感器、調(diào)理放大器、 A/D)搭載到各種計算機平臺上，加上應用軟件面板構(gòu)成，實現(xiàn)使用計算機的全數(shù)字采集測 試分析。虛擬儀器的興起是測試儀器技術的一次 “革命 ”，是儀器領域的一個新的里程碑，未來的 VI 完全可以覆蓋計算機輔助測試的全部領域。數(shù)據(jù)采集、測試、過程控制、信息傳輸與通信等現(xiàn)代信息技術匯聚在一起，將最終導致標準化、規(guī)范化卡式儀器和軟件化儀器的更廣泛流行。繼 “軟件就是儀器 ”的概念之后，很可能出現(xiàn) “網(wǎng)絡就是儀器 ”的新觀念。 其中當溫度采集部分應用溫度傳感器來完成對所需數(shù)據(jù)的初步采集后，再利用適當輔助步驟與 NIM 系列數(shù)據(jù)采集卡 6221 相連接，然后運用 LabVIEWDAQ 進行編程對所接收到的相關數(shù)據(jù)進行相應的處理，當溫度不在預設范圍時，也可通過 LabVIEW 編程發(fā)布相關改變指令通過 6221 傳輸?shù)綄獔?zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)溫度 的改變。 總體方案如圖 ： 基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 4 圖 總體方案圖 被測對象 溫度傳感器 信號調(diào)理模塊 數(shù)據(jù)采集卡 NI6221 計算機 基于 LabVIEW 的遠程溫度監(jiān)測與控制系統(tǒng)研究 5 第 2 章 虛擬儀器與傳感器 虛擬儀器簡介 虛擬儀器的概念 虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（ National Instruments）最先提出的 [1]。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器。該技術把儀器分為計算機、儀器硬件和應用軟件三部分。 虛擬儀器技術是隨著現(xiàn)代計算機技術、信息技術、現(xiàn)代測量技術的發(fā)展而出現(xiàn)的新技術。用戶通過友好的圖形界面（稱為虛擬面板）操作計算機，就像操作傳統(tǒng)儀器一樣，通過庫函數(shù)實現(xiàn)儀器模塊間的通信、定時、觸發(fā)，以及數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)表達，并形成圖形化接口。 虛擬儀器包括硬件和軟件兩個基本要素。虛擬儀器的硬件技術以 GPIB、 PXI 等先進的計算機接口總線的發(fā)展為發(fā)展標志。 DAQ（ Data Acquisition）儀器，即數(shù)據(jù)采集儀器是一種典型的虛擬儀器，以微型計算機為平臺，將計算機硬件（如某類總線）和計算機軟件（虛擬儀器應用軟件）結(jié)合起來，實現(xiàn)特定儀器測量和分析的功能。GPIB（ General Purpose Interface Bus）總線技術，即 IEEE488 總線，是一種數(shù)字式并行總線，它將可編程儀器和計算機緊密結(jié)合起來。目前，這種應用已經(jīng)較少。它克服了 GPIB 儀器的數(shù)據(jù)傳輸率和資源利用率低的缺點。 PXI 總線儀器以 CompactPCI 為基礎，改進了 PCI 總線技術，增加了 PCI 插槽，使之適合試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應用，是一種有別于 GPIB等總線結(jié)構(gòu)的新型虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。 PC 插卡 → 并口式 → 串口 USB 方式（適合于普及型的廉價系統(tǒng)，有廣闊的應用發(fā)展前景） PC 插卡式于 80 年代初問世，并行口方式于 1995 年問世，串口 USB 方式于 1999 年問世。 ① 計 算機是載體 ,② 軟件是核心， ③ 高質(zhì)量的 A/D 采集卡及調(diào)理放大器是關鍵。 虛擬儀器的特點及優(yōu)勢 虛擬儀器是基于計算機的功能化硬件模塊和計算機軟件構(gòu)成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖 所示，其中軟件的基礎部分是設備驅(qū)動軟件，而這些標準的儀器驅(qū)動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關。虛擬儀器中應用程序?qū)⒖蛇x硬件（如 GPIB， VXI， RS232， DAQ 板）和可重復用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。由于 VI 的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關鍵的特點，當用戶的測試要求變化時可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。 O nO f ftS t a t e 圖 虛擬儀器開發(fā)框圖 虛擬儀器技術的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應用面極為廣泛。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機參數(shù)、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統(tǒng)設備的使用習慣，用戶不經(jīng)培訓即可迅速掌握操作規(guī)程。計算機和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能，虛擬儀器主要是指這種方式。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器設計日趨模塊化、標準化，設計工作量大大減小。系統(tǒng)軟件部分通常用專 用的虛擬儀器開發(fā)語言（如 LabVIEW）編寫而成，并可通過 Inter 實現(xiàn)網(wǎng)絡擴展?？筛鶕?jù)實際情況采用不同的 I/O 接口硬件設備，如數(shù)據(jù)采集卡 /板 (DAQ)、 GPIB 總線儀器、 VXI總線儀器、串口儀器、 USB 等。 DAQ(Data Acquisition)數(shù)據(jù)采集卡是指基于計算機標準總線 (如 ISA、 PCI、 USB等 )的內(nèi)置功能插卡。在性能上，隨著 A/D 轉(zhuǎn)換技術，濾波技術和信號調(diào)理技術的發(fā)展， DAQ 卡的采樣速率已達 1GB/s，精度高達 24 位，通道數(shù)高達 64 個，并具有數(shù)字 I/O，模擬 I/O 和計數(shù)器 /定時器等通道。在計算機上掛接多個 DAQ 功能模塊，配合相應的軟件，就可以構(gòu)成一臺具有多功能的測試儀器。對我國大多數(shù)用戶來說，它具有很高的性能價格比，是一種特別適合我國國情的虛擬儀器方案。以美國 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)平臺是當前流行的集成化開發(fā)工具。隨著軟件技術的迅速發(fā)展，軟件開發(fā)的模塊化、復用化和各種硬件儀器驅(qū)動軟件的模塊化、標準化，虛擬儀器軟件開發(fā)將變得更加快速、方便。 虛擬儀器（ virtual instrumention）是基于計算機的儀器。粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機 ， 以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能 ， 虛擬儀器主要是指這種方式。自 1986 年問世以來，世界各國的工程師和科學家們都已將 NI LabVIEW 圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設計周期的各個環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場的時間，并提高了產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)效率。虛擬儀器提供的各種工具能滿足我們?nèi)魏雾椖啃枰?。虛擬 儀器是在以通用計算機為核心的硬件平臺上，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理，利用 I/O 接口設備完成信號的采集、測量與調(diào)理，從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng) ， 是計算機技術與儀器技術相結(jié)合的產(chǎn)物，其基礎是計算機系統(tǒng)，核心是軟件技術。為了兼顧其它高級語言軟件開發(fā)者的習慣， NI 還推出了Lab Windows/CVI、 Component works 等交互式開發(fā)平臺。 ? 縮小了儀器廠商與用戶之間的距離， 具有良好的人機界面， 具有方便