【正文】 的嵌入式和實(shí)時(shí)功能。隨著計(jì)算機(jī)、通信、微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)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(shì)。其一般特征是將虛擬儀器、外部設(shè)備、被測(cè)試點(diǎn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等資源納入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)資源共享，共同完成測(cè)試任務(wù)。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(cè)、報(bào)警等。 虛擬儀器的應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，而今正沿著總線與驅(qū)動(dòng)程序標(biāo)準(zhǔn)化、硬/軟件模塊化、編程平臺(tái)的圖形化和硬件模塊的即插即用方向進(jìn)步。在國(guó)內(nèi)，近年來(lái)也開(kāi)始有了利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、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(gè)基本方法，是技術(shù)進(jìn)步的必然結(jié)果。⑵虛擬儀器在監(jiān)控方面的應(yīng)用用虛擬儀器系統(tǒng)可以隨時(shí)采集和記錄從傳感器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，并對(duì)之進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、數(shù)字濾波、頻域分析等處理，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。⑶虛擬儀器在檢測(cè)方面的應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室中，利用虛擬儀器開(kāi)發(fā)工具開(kāi)發(fā)專(zhuān)用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)變成一組檢測(cè)儀器，用于數(shù)據(jù)、圖像采集，控制與模擬。⑸虛擬儀器在電信方面的應(yīng)用由于虛擬儀器具有靈活的圖形用戶(hù)接口，強(qiáng)大的檢測(cè)功能，同時(shí)又能與GPIB和VXI儀器兼容，因此很多工程師和研究人員都把它用于電信檢測(cè)和場(chǎng)測(cè)試方面。從交通監(jiān)控系統(tǒng)到大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，從部件自動(dòng)測(cè)試到工業(yè)過(guò)程控制，虛擬儀器應(yīng)用的例子不勝枚舉。[5] 虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)開(kāi)發(fā)虛擬儀器必須要有合適的軟件工具，目前的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具有如下兩類(lèi)：文本式編程語(yǔ)言如Visual C++，VisualBASIC，Labwindows/CVI等；圖形化編程語(yǔ)言如LabVIEW，HPVEE等。LabVIEW是一種基于圖形開(kāi)發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行程序的集成化環(huán)境，是第一個(gè)借助于虛擬面板用戶(hù)界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)。提供了一個(gè)直覺(jué)式的環(huán)境，與測(cè)量緊密結(jié)合。針對(duì)測(cè)試測(cè)量和過(guò)程控制領(lǐng)域提供了大量的儀器面板中的控制對(duì)象，如表頭、旋鈕、圖表等。使用圖表表示功能模塊，使用圖標(biāo)間的連線表示在各功能模塊間傳遞的數(shù)據(jù)，這樣使得編程過(guò)程與思維過(guò)程非常近似。可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，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(yùn)行過(guò)程中觀察數(shù)據(jù)流的變化。支持多種系統(tǒng)平臺(tái)。提供了大量的函數(shù)庫(kù)供調(diào)用。第四章 基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀的設(shè)計(jì) 本文設(shè)計(jì)的基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀，它主要由溫度巡檢電路、放大調(diào)理電路、一塊基于PCI總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI622PC機(jī)及相應(yīng)的軟件組成。 整體方框圖 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)溫度測(cè)量電路主要由溫度傳感器、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)和放大調(diào)理電路組成，用于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)溫度的檢測(cè)，溫度傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路處理后，通過(guò)采集卡的模擬通道輸入計(jì)算機(jī)，并由LabVIEW程序計(jì)算得到溫度測(cè)量值。溫度測(cè)量電路的溫度測(cè)量范圍為0℃～1200℃，電壓輸出為0V～10V，輸出靈敏度為50mV/℃，并可直接與A/D接口兼容。315 V的數(shù)字信號(hào)可以控制15VPP的模擬信號(hào)。數(shù)據(jù)選擇器在整個(gè)VDDVSS和VDDVEE范圍具有非常低的靜態(tài)功耗，而且與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。 CD4052引腳圖CD4052是一個(gè)獨(dú)立的4通道數(shù)據(jù)選擇器，具有二進(jìn)制控制輸入端A、B和一個(gè)禁止輸入INH。 CD4052真值表控制引腳狀態(tài)導(dǎo)通通道INHBAiXiY0000X0Y0011X1Y0102X2Y0113X3Y1**無(wú)無(wú) CD4052的器件特性為：⑴寬范圍的數(shù)字和模擬信號(hào)電平：數(shù)字315 V，模擬可達(dá)15VPP。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。⑸匹配開(kāi)關(guān)特性：在VDDVEE=15V的條件下，RON的典型值為5Ω。⑺片上二進(jìn)制地址解碼。由于利用了PN結(jié)的伏安特性與溫度的線性關(guān)系，以集成電路技術(shù)為制造手段；形成了帶有自動(dòng)補(bǔ)償?shù)募蓽囟葌鞲衅?。AD590是一個(gè)兩端式溫度—電流傳感器，所輸出的電流與絕對(duì)溫度成正比。電阻采用激光修刻工藝，使在+25℃()時(shí)。使用AD590進(jìn)行溫度測(cè)量時(shí)無(wú)需采用線性電路、高精度放大器、阻抗測(cè)量電路以及冷端補(bǔ)償?shù)绕渌娐?。利用AD590的線性溫敏特性，可以給溫差電偶的參考端(冷端)提供溫度補(bǔ)償，使熱電偶的參考端在任何環(huán)境溫度下僅產(chǎn)生0V電動(dòng)勢(shì)。此外，它還完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。它支持單極性和雙極性?xún)煞N模擬信號(hào)的輸入，信號(hào)輸入范圍分別為10～+10V和0～20V。在使用前要進(jìn)行硬件安裝和軟件設(shè)置。安裝完畢后，要對(duì)數(shù)據(jù)采集卡PCI6221進(jìn)行測(cè)試與設(shè)置。例如，需要對(duì)熱電偶的信號(hào)進(jìn)行放大以提高分辨率和降低噪聲。又例如，SCXI有多種信號(hào)調(diào)理模塊可以放大輸入信號(hào)。⑵隔離功能另一種常見(jiàn)的信號(hào)調(diào)理應(yīng)用是為了安全目的把傳感器的信號(hào)和計(jì)算機(jī)相隔離。使用隔離的另一原因是為了確保插入式數(shù)據(jù)采集設(shè)備的讀數(shù)不會(huì)受到接地電勢(shì)差或共模電壓的影響。這種電勢(shì)差會(huì)產(chǎn)生所謂的接地回路，這樣就將使所采集信號(hào)的讀數(shù)不準(zhǔn)確；或者如果電勢(shì)差太大，它也會(huì)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)造成損害。例如，SCXI1120和SCXI1121模塊能提供高達(dá)250 Vrms的共模電壓隔離，SCXI1122能提供高達(dá)450 Vrms電壓隔離。模擬信號(hào)的信號(hào)調(diào)理硬件常對(duì)如溫度這樣緩慢變化的信號(hào)使用多路復(fù)用方式。由于同一個(gè)ADC可以采集多個(gè)通道而不是一個(gè)通道，每個(gè)通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。噪聲濾波器用于如溫度這樣直流信號(hào)，它可以衰減那些降低測(cè)量精度的高頻信號(hào)。 ⑸激勵(lì)功能對(duì)于某些傳感器信號(hào)調(diào)理也能提供激勵(lì)源。用于這些傳感器的信號(hào)調(diào)理模塊常用來(lái)提供激勵(lì)信號(hào)。應(yīng)力計(jì)是阻值非常低的電阻設(shè)備，常用于配有電壓激勵(lì)源的惠斯通電橋。 ⑹線性化功能另一種常見(jiàn)的信號(hào)調(diào)理功能是線性化功能。NI的NIDAQ、LabVIEW、Easurement Studio和VirtualBench等應(yīng)用軟件包包含了應(yīng)用于熱電偶、壓力計(jì)和RTD的線性化功能。其中采樣信號(hào)可表示為: (4. 1)其中，在t=nT時(shí)，在t ≠ nT時(shí)。在采樣過(guò)程中，應(yīng)注重采樣周期T的選擇(控制算法的精度與此有關(guān))。⑶T的選擇影響因素較多，一般可根據(jù)對(duì)象來(lái)經(jīng)驗(yàn)選取。通過(guò)這個(gè)開(kāi)關(guān)的掃描切換，實(shí)現(xiàn)多通道的采樣。在一次掃描（scan）中，數(shù)據(jù)采集卡將對(duì)所有用到的通道進(jìn)行一次采樣，掃描速率（scan rate）是數(shù)據(jù)采集卡每秒進(jìn)行掃描的次數(shù)。此時(shí)，所有的通道共用一個(gè)A/D和S/H等設(shè)備，比每個(gè)通道分別配一個(gè)A/D和S/H的方式要廉價(jià)。因?yàn)槎嗦烽_(kāi)關(guān)要在通道間進(jìn)行切換，對(duì)兩個(gè)連續(xù)通道的采樣，采樣信號(hào)波形會(huì)隨著時(shí)間變化，產(chǎn)生通道間的時(shí)間延遲。 循環(huán)采樣當(dāng)通道間的時(shí)間關(guān)系很重要時(shí)，就需要用到同步采樣方式。還有一種數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)通道各有一個(gè)獨(dú)立的A/D，這種數(shù)據(jù)采集卡的同步性能更好。　同步采樣假定用四個(gè)通道來(lái)采集均為50kHz的周期信號(hào)（其周期是20μs），數(shù)據(jù)采集卡的采樣速率設(shè)為200kHz。如果用循環(huán)采樣則每相鄰兩個(gè)通道之間的采樣信號(hào)的時(shí)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(hào)延遲就達(dá)15μs，折合相位差是2700。為了改善這種情況，而又不必付出像同步采樣那樣大的代價(jià)。在這種方式下，用通道時(shí)鐘控制通道間的時(shí)間間隔，而用另一個(gè)掃描時(shí)鐘控制兩次掃描過(guò)程之間的間隔。間隔掃描適合緩慢變化的信號(hào)，比如溫度和壓力。1通道和10通道掃描間隔是45μs，相對(duì)于1Hz的采樣頻率是可被忽略的。 間隔采樣NI公司的數(shù)據(jù)采集卡可以使用內(nèi)部時(shí)鐘來(lái)設(shè)置掃描速率和通道間的時(shí)間間隔。通道時(shí)鐘要比掃描時(shí)鐘快，通道時(shí)鐘速率越快，在每次掃描過(guò)程中相鄰?fù)ǖ篱g的時(shí)間間隔就越小。LabVIEW默認(rèn)的是scan clock，換句話來(lái)說(shuō)，當(dāng)選擇好掃描速率時(shí)，LabVIEW自動(dòng)選擇盡可能快的通道時(shí)鐘速率，大多數(shù)情況下，這是一種比較好的選擇。數(shù)據(jù)采集卡為I/O接口設(shè)備，對(duì)I/O接口設(shè)備的驅(qū)動(dòng)是通過(guò)相應(yīng)模板中的圖標(biāo)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)DAQ系統(tǒng)除了插入式DAQ卡之外，通常還包括信號(hào)調(diào)理模塊以及一套用于獲取、處理數(shù)據(jù)，分析、顯示、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的軟件。該工具稱(chēng)為Measurementamp。MAX工具會(huì)讀取設(shè)備管理器在Windows注冊(cè)表中記錄的信息，并為每個(gè)DAQ卡分配邏輯設(shè)備號(hào)。 Windows配置管理 啟動(dòng)MAX后，打開(kāi)Devices and Interfaces節(jié)點(diǎn)，看到DAQ卡PCI6221是Devices 1，接著配置一個(gè)虛擬通道。在Data Neighborhood圖標(biāo)上彈出快捷菜單選擇Create new…之后，再通過(guò)選擇Virtual Channel來(lái)配置一個(gè)從熱電偶讀取數(shù)據(jù)的通道：模擬輸入(AnalogInput)通道0。命名完虛擬通道后，進(jìn)一步選擇傳感器類(lèi)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(shí)際情況定義刻度區(qū)間為0 ℃—1200 ℃，至此DAQ硬件配置結(jié)束。軟件則由各種功能模塊構(gòu)成。 常用DAQmx節(jié)點(diǎn)介紹⑴ DAQmx Create Virtual ChannelNIDAQmx創(chuàng)建虛擬通道函數(shù)創(chuàng)建了一個(gè)虛擬通道并且將它添加成一個(gè)任務(wù)。如果沒(méi)有指定一個(gè)任務(wù)，那么這個(gè)函數(shù)將創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)。這些實(shí)例對(duì)應(yīng)于特定的虛擬通道所實(shí)現(xiàn)的測(cè)量或生成類(lèi)型。 NIDAQmx創(chuàng)建不同類(lèi)型的虛擬通道 DAQmx Create Virtual Channel 節(jié)點(diǎn)圖標(biāo)及端口定義⑵ DAQmx Clear TaskNIDAQmx 清除任務(wù)函數(shù)可以清除特定的任務(wù)。一旦一個(gè)任務(wù)被清除，那么它就不能被使用，除非重新創(chuàng)建它。DAQmx Clear 。這個(gè)函數(shù)的不同實(shí)例允許選擇采樣的類(lèi)型（模擬、數(shù)字或計(jì)數(shù)器）、虛擬通道數(shù)、采樣數(shù)和數(shù)據(jù)類(lèi)型。對(duì)于有限采集，通過(guò)將每通道采樣數(shù)指定為1，這個(gè)函數(shù)就等待采集完所有請(qǐng)求的采樣數(shù)，然后讀取這些采樣。 VI實(shí)例的例程。在運(yùn)行狀態(tài)，這個(gè)任務(wù)完成特定的采集或生成。這個(gè)隱式的轉(zhuǎn)換也發(fā)生在如果NIDAQmx啟動(dòng)任務(wù)函數(shù)未被使用而且NIDAQmx寫(xiě)入函數(shù)與它相應(yīng)指定的自啟動(dòng)輸入一起執(zhí)行。這包括指定操作是否連續(xù)或有限、為有限的操作選擇用于采集或生成的采集數(shù)量，以及在需要時(shí)創(chuàng)建一個(gè)緩沖區(qū)。采樣時(shí)鐘控制了采集或生成的速率。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) 系統(tǒng)軟件部分包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，軟件設(shè)計(jì)力求系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、直觀和方便。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(shí)際溫度超過(guò)溫度范圍時(shí)，顯示燈變?yōu)榧t色，同時(shí)系統(tǒng)開(kāi)始以蜂鳴聲示警。在控制領(lǐng)域中作為強(qiáng)有力的控制工具，極大地推動(dòng)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展。 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)被控參數(shù)的控制與管理(如顯示、打印、報(bào)警等)。在所需的硬件連接好后，系統(tǒng)的功能則主要靠軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中執(zhí)行軟件包括人機(jī)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(guò)程信息的采集、處理、運(yùn)算、顯示、打印、控制輸出等實(shí)質(zhì)性的功能，偏重算法效率、強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性且與系統(tǒng)的硬件關(guān)系密切。 程序子VI設(shè)計(jì)依據(jù)系統(tǒng)功能需要，設(shè)計(jì)了通道配置、預(yù)警系統(tǒng)、時(shí)間設(shè)置、線性化及冷端溫度補(bǔ)償4個(gè)子VI。② 程序框圖（Block Diagram）設(shè)計(jì)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)。預(yù)警系統(tǒng)子VI作為一種防范措施，是必不可少的。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，添加大于（Greater）、 小于（Less）、 蜂鳴聲（Beep）、復(fù)合運(yùn)算（Compound Arithmetic）和條件結(jié)構(gòu)（Case Strurture）等功能圖標(biāo)。在前面板上放置日期、時(shí)間兩個(gè)字符串顯示。⑷線性化及冷端溫度補(bǔ)償子VI線性化及冷端溫度補(bǔ)償子VI可將檢測(cè)到的0—10V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度值，由于熱電偶在0—1000℃之間存在非線性，需要進(jìn)行線性化處理，并進(jìn)行冷端溫度補(bǔ)償。功能圖標(biāo)內(nèi)部已經(jīng)包含標(biāo)度變換、冷端溫度補(bǔ)償及線性化。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(cè)量其他熱電偶就要用戶(hù)自己來(lái)完成標(biāo)度變化、冷端溫度補(bǔ)償及線性化。回首過(guò)去，多少個(gè)難忘的日日夜夜依稀浮現(xiàn)眼前，酸甜苦辣，各種滋味，盡在其中。我設(shè)計(jì)的題目是基于LabVIEW的熱電偶溫度巡檢儀的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，按照要求我設(shè)計(jì)了四路溫度巡檢儀，由于實(shí)驗(yàn)室條件有限，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電偶溫度的巡檢，只好自己模擬了四路信號(hào)來(lái)完成程序的調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期的效果。