基于LabVIEW温度监测仪的设计.doc

1、 基于Labview的温度监测仪的设计摘要近年来，美国NI公司的LabVIEW已经面向成熟和商业化，使用者在配有专用或通用插卡式硬件和软件开发平台的个人计算机上，可按自己的需求，设计和组建各种测试分析仪器和测控系统。由于LabVIEW提供的是一种适应工程技术人员思维习惯的图形化编程语言，图形界面丰富，内含大量分析处理子程序，使用十分方便，个人仪器发展到了使用者也能设计、开发的新阶段。针对传统测温系统存在的若干问题，基于虚拟仪器技术，利用LabVIEW 软件设计开发了温度测量系统。将传感器测量到的数据通过数据采集卡采集到计算机，再利用虚拟仪器开发软件LabVIEW进行编程，向用户提供操作界面和显

2、示界面，实现了温度的数据采集、传送、分析和显示，并向用户提供历史查询功能。结果表明，系统结构简单、界面良好、易于操作，测量准确、稳定可靠、温度控制精度优于0.3，可以满足各个行业测试的需要。关键词： LABVIEW，DAQ助手，温度监测，数据采集AbstractIn recent years， NI LabVIEW companies have mature and commercially oriented， the user with a dedicated or general-purpose plug-in hardware and software development platf

3、orm for personal computers， according to their needs， design and build of various test instrumentation and control system. LabVIEW provides the engineering and technical personnel is a habit of thinking to adapt the graphical programming language， a rich graphical interface， containing a large numbe

4、r of processing routines， easy to use， users of personal equipment can be developed to design a new stage of development.In view of traditional temperature measurement existence certain questions， using of LabVIEW software，the temperature measuring system based on virtual instrument technique is des

5、igned. It can realize the data acquisition of temperature as well as data transmission，analysis and display，with the development software of virtual instruments LabVIEW，sensors，data acquisitions and so on，in addition to provide users with historic data inquire. Experimental results show that the sys

6、tem is simple，good interface，easy operation，measurement accuracy，stable，temperature control accuracy is better than 0.3 to meet the needs of various industries test.Keywords: LABVIEW， DAQ Assistant， Temperature Monitoring， Data Acquisition II目 录摘要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1引言11.2 LabVIEW 8.5简介11.3虚拟仪器简介2

7、1.4 NI-USB-6008数据采集卡简介3第2章 温度监测的系统设计52.1总体设计思路52.1.1 设计方案52.1.2温度监测仪总体设计结构52.1.3 虚拟数据采集系统的构成62.2 温度数据采集设备与指标62.2.1数据采集设备62.2.1数据采集主要指标7第3章 系统的具体实现83.1 创建新VI83.2创建DAQ助手83.3 模拟通道程序框图123.4温度监测界面的前面板14第4章 测试运行164.1数据采集的运行164.1.1温度监测运行通道无报警164.1.2温度监测运行通道1报警164.1.3温度监测运行通道2报警17结 论19附录A NI-USB-6008详细参数21附

8、录B DAQ助手连线图报表22致 谢2424第1章 绪 论1.1引言现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，犹如滚滚长江东流水，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使得测量仪器进步入了高科技的殿堂。与传统的仪器不同，虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它是由控制模块、仪器模块和软件组成，在虚拟仪器中软件是至关重要的，仪器的功能都要通过它来实现，因此软件是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”，从本质上反映

9、了虚拟仪器的特征。由于是工程技术人员自己编制，调用软件来开发仪器功能，软件成了仪器的关键。人们称其为虚拟仪器，称这种主要由使用者自己设计，制造仪器的技术为虚拟仪器技术（Virtual Instrumentation Technology）。使用虚拟仪器技术，开发周期短、仪器成本低、界面友好、使用方便、可靠性高、可赋于检测仪初步智能，能共享PC机丰富的软硬件资源。本文从理论上简单介绍了虚拟仪器设计技术，并用软件实现了简单的虚拟仪器在温度监测上面的应用。1.2 LabVIEW 8.5简介LabVIEW (Laboratory Virtual instrument Engineering)是由美国国

10、家仪器公司（NI）推出的一种基于G语言（图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发平台。它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件，主要用于开发数据监测、数据测量采集系统、工业自动控制系统和数据分析系统。LabVIEW应用程序包括前面板（Front Panel）、框图（Block Diagram）以及图标 (Icon/Connector)三部分。前面板就是一个窗口，是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，用户通过它与程序交互。当VI 运行时，必须打开前面板，以便向执行程序输入数据。前面板主要有控件（Control）和指示器（Indicator）组成。控件模拟典型

11、的输入对象如开关和旋钮，控件可以让用户输入数值，向VI的框图提供数据；指示器指示由程序产生的输出信息。仅有前面板是不能工作的，在前面板后还有一个与之配套的程序后面板，框图窗口保存LabVIEW的图形化源代码，通过将对象连接在一起构成框图以执行特定的功能。1.3虚拟仪器简介所谓虚拟仪器（Virtual Instrument，VI），是指以通用计算机作为系统控制器，由软件来实现人机互交和大部分仪器功能的一种计算机仪器系统。虚拟仪器具有五个特点：1、突出“软件就是仪器”的新概念，软件的灵活性和复用性使用户可以按自己的需要自定义（设置）测量功能。2、强大的数据处理功能。虚拟仪器将信号分析、显示、存储、

12、打印和其他管理交由计算机来集中处理，充分利用了计算机强大的数据处理、传输和发布功能。3、良好的人机界面。虚拟仪器的操控界面是一种虚拟面板，虚拟面板可以模拟传统仪器面板的风格来设计，也可以由用户自定义。测量结果通过计算机显示器以曲线、图形数据或表格等方式方便灵活地显示出来。4、与其他设备互连的能力强。基于WEB技术的虚拟仪器，它使得虚拟仪器测试系统成为Internet/Intranet的一部分，可实现远程测试、监控和故障诊断等功能，以便充分利用资源，提高测试效率。5、技术更新快快虚拟仪器的功能由数据采集与控制、数据分析与处理及结果显示三部分组成，如图1-1所示。虚拟仪器经过二十几年的发展，正沿着

13、总线与驱动程序标准化、软/硬件模块化，以及编程平台图形化和硬件模块即插即用（Plug/Play）化等方向发展。其发展前景主要体现在以下几个方面：1、开放式数据采集标准2、数据采集产品性能的不断提高，为测试技术水平的提高提供了可靠地保证。信号处理数据采集卡现场总线图像采集、数字处理VXI/PXIGPIB接口卡串行接口其他硬件模块GPIB接口通用计算机用户被测对象图1-1 虚拟仪器的结构3、随着Web技术的迅猛发展，以及它与虚拟仪器技术的结合，会形成基于Web技术的虚拟仪器。1.4 NI-USB-6008数据采集卡简介数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、

14、PCI、PCI Express、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。数据采集卡的功能主要有模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器/计时器等，这些功能由对应的电路来实现。NI-USB-6008具有基本的数据采集功能，其应用范围包括简单的数据记录、便携式测量和学术机构的实验室试验。其强大的功能足以用于更为复杂的测量应用。NI-USB-6008有8路12位模拟输入通道， 12条DIO线， 2路模拟输出， 1个计数器 。外观如图1-2所示。 如图1-2 NI-USB-6008数据采集卡NI-USB-6008带有现

15、成的数据记录软件，能在数分钟内开始基本的测量应用；您也可使用LabVIEW或C及自带的NI-DAQmx Base测量服务软件，为用户自定义的测量系统编程。其详细参数见附录A所示。一般来说，数据采集卡都带有自己的驱动程序，并由该程序控制采集卡的硬件操作。NI公司提供的Measurement & Automation Explorer还具有数据采集卡的配置管理功能，可以执行硬件系统测试和诊断，增加新通道和虚拟通道，设置测量系统的方式，查看所连接的设备等。第2章 温度监测的系统设计2.1总体设计思路2.1.1 设计方案本文的温度监测系统包括温度标准模拟量的采集和数据处理的软件设计两部分。首先，温度模

16、拟量采集的硬件设置就是在安装LabVIEW软件的基础上在系统中安装DAQ驱动程序，并对数据采集卡进行设置并使其按设置工作，进行温度相关数据的采集，然后转换为电压信号到LabVIEW上进行监测。如图2-1方案图。图2-1 温度监测仪的设计的方案2.1.2温度监测仪总体设计结构本文设计了一个温度监测系统，该系统通过USB-6008数据采集卡采集的温度。传输给计算机，进入我们的VI系统。该系统中带有自动报警系统，已达到工业生产中对温度的实时监控。并将所采集的温度在波形图表中显示出来，同时我们也可以将数据进行运算得到我们需要的数据。基于LabVIEW的温度监测仪系统一般由数据采集系统硬件、硬件驱动程序

17、和数据采集函数几个部分组成。数据采集系统硬件有多种形式，具体选择是要根据实际的应用场合及自己现有的技术资源进行综合考虑。硬件驱动程序是软件对硬件的编程接口，它根据形同硬件的不同而有所区别，但是他们的共同点都包含着特定硬件可以接受的操作指令，并能够完成与特定硬件之间的数据传递。2.1.3 虚拟数据采集系统的构成在数据采集之前，程序先对采集板卡进行初始化，板卡上或内存中的Buffer是数据采集存储的中间环节。如图2-2所示，为数据采集系统的基本结构。A/D转换Buffer/FIFO程序硬件内存/Buffer显示信号图2-2 数据采集系统的基本构成2.2 温度数据采集设备与指标2.2.1数据采集设备

18、对一个实用的数据采集系统而言，更强调软/硬件的结合。其中硬件是基础，是数据采集赖以进行的物质保证，而软件则是灵魂，是一个虚拟数据采集系统优越点的具体体现。常用的虚拟仪器结构有以下几类：1. 插卡式数据采集设备插卡式数据采集设备一般是PCI槽或PCMCIA槽的数据采集卡，是一种典型的硬件结构，它通常要求在计算机外面根据需要配备某种信号的调理设备。2. 分布式数据采集设备分布式数据采集设备的特点是可以安装在工业现场被测试对象的附近，亦可以通过计算机网络或串口与计算机进行通信。3. VXI与PXI设备设计之初，VXI或PXI虚拟仪器硬件结构就被定位在某些军用设备的测试场合或者某些对测试环境和条件要求

19、比较高的以及某些特殊测试要求的测试场合。VXI是VME总线的扩展，其结构形式是：先将信号采集、信号调理等各种模块装入基准机箱，而机箱通过插入计算机的卡与计算机通讯，或将计算机嵌入机箱零件槽；PXI是PCI总线的仪器扩展。2.2.1数据采集主要指标数据采集设备的主要指标有：1.采样率对于数据采集设备而言，采样率就是A/D转换的速率。进行测试系统设计时，应根据测试信号的类型、测试系统的要求来选择适当的采样率。盲目的提高采样率，只会增加测试系统的成本。在实际测试系统中，多个信号需要测试时，都是通过独立的通道进入数据采集卡的；但是大多数的数据采集卡是多个通道共用一个A/D转换器的。这时数据采集卡给出的

20、最高采样率应该分配到各个通道。2分辨率 分辨率是数据采集设备的精度指标，一般用A/D转换器的数字位数来表示，数字位数越多，其分辨率也就越高。同样，数据采集设备A/D转换器位数越多，把模拟信号划分的越仔细，可以检测到的信号变化量也就越小。3.通道数 通道数是指数据采集卡能够同时输入的信号路数。4.同步采样同步采样是用来描述可同时对多路信号进行采样的功能。5.模拟输出6.数字I/O7.触发第3章 系统的具体实现3.1 创建新VI在PC机的桌面双击图标，打开LabVIEW，如图3-1所示。选择“新建 VI”新建一个VI，此时弹出2个窗口：Front Panel（前面板）、Block Diagram（

21、程序框图），保存VI文件，文件名为“电压测量”。图3-1 LabVIEW开始界面3.2创建DAQ助手LabVIEW的DAQ（Data Acquisition，数据采集）选项卡包含DAQ管理和数据采集使用到的所有VI和其他工具，可以方便快速地采集数据和产生信号，用于测量、控制等。在LabVIEW中采集数据可以使用DQA助手，从NI-DAQmx支持的任何信号测量和信号产生类型中进行选择。选定测量类型和通道后，将显示DAQ助手属性页面用来配置任务。在程序框图窗口，鼠标右击程序框图的空白处，弹出函数选板（Functions），如图3-2所示。选择“测量 I/O”里面的“NI-DAQmx”，就会出现图3

22、-3所示的“DAQmx- 数据采集”选板，在这个选板里面选择DAQ助手“DAQ Assist”放置到程序框图上。系统初始化后会自动弹出如图3-4所示，DAQ 助手 Express VI配置对话框。在该对话框中选择测量类型：采集信号模拟量输入电压，表示要测量的信号图3-2 选中NI-DAQmx图3-3 DAQmx- Data Acquisition选板为电压信号。选中后，出现物理通道选择界面。该界面列出当前可用的所有硬件设备的模拟量输入（ai）通道。 图3-4 DAQ助手VI配置对话框 图3-5 选择物理通道这里使用的NI-DAQmx8.6.1，见图3-5，Dev1有8路ai可用，被测信号接到哪

23、一端这里就要选择哪路通道。这里被测信号接到ai0，所以选择ai0通道。这时弹出配置通道参数对话框，被测信号接到ai1和ai2，选择ai1和ai2通道，通道选择后，点击“完成”，如图3-6所示。在该对话框中，采集模式选择“连续采样”，采样频率改为“1kHz”，其他选项为默认值。图3-6 配置ai0，ai1，通道的参数以上参数设置后，单击“确定”，系统便开始对DAQ进行初始化。由于配置DAQ Asisstant时选择了连续采样，系统对DAQ初始化后，弹出“Confirm Auto Loop Creation ”对话框，提示是否要建立一个循环结构，单击“是”，整个DAQ Asisstant过程完成。

24、此时自动回到程序框图窗口，显示如图3-7所示的程序框图。从图中看到，除了先前放置的DAQ Assistant之外，还多了while循环体，DAQ Assistant在循环体之中。图3-7 DAQ助手配置成功框图3.3 模拟通道程序框图DAQ 助手的左右两侧有许多不同颜色的小三角，它们是DAQ Assistant的引出端子。当把鼠标移动到小三角上面时，鼠标变成小线轴形状，并出现端子的名称。在“数据”对应的的小三角箭头处右击鼠标，选择创建图形显示控件，然后将控件名称改为“通道”，名称在后面隐藏。如图3-8所示。图3-8 DAQ助手编程从函数模板中选择编程定时获取时间/日期（秒），放入程序框图中；从

25、函数模板中选编程数值转换转换为双精度浮点数；在“通道”图标上右击选择创建属性节点X标尺显示格式格式，出现“通道”的“Xscale . Format”，然后，下拉，右击设置其属性X标尺偏移量与缩放系数偏移量，出现“通道”的“Xscale . Offset”。将“取时间/日期（秒）”输出端口与转换为“精度浮点数”的数字端口相连，而双精度浮点数端口与 “通道”的“Xscale . Offset”端口相连。在“通道”的“Xscale . Format”端创建常量，常量值为7，如图3-9所示。图3-9 在通道中创建当前时间/日期从函数模板中选择字符串字符串常量，分别输入“报警：超过上限”、“报警：低于下

26、限”、“正常”。从比较选择，将一个“选择”的输入端口“t”和“f”分别与 “报警：低于下限”、“正常”的输出端口相连，选择的输出端口与另一个“选择”的“f”相连，“报警：超过上限”的输出端口与“t”相连，输出端口连接到字符串，这样就构成了一个条件结构。如图3-11所示。图3-10 构成报警条件结构切换至程序的前面板，从数值数值输入控件，将数值改为“上限/下限”，从数值数值显示控件，将数值改为“当前数据”；从布尔圆形指示灯，置于前面板中；从布尔或，放置于后面板，用将所有图标相连构成的程序框图，如图3-11所示。图3-11 报警程序框图DAQ助手的二路模拟数据采集的输出端口与图3-11的报警框图相

27、连构成模拟数据采集的框图。从数组函数索引数组，置于程序框图中，输入端口“索引”创建常量，分别输入“0”“1”，分别显示二个通道。函数选项板编程文件I/O写入电子表格文件，创建常量，输入文本保存路径，将采集的数据进行保存。完成程序框图，如图3-12所示。图3-12 模拟数据采集框图3.4温度监测界面的前面板经过设计后的基于LabVIEW数据采集界面的前面板如图3-13所示。创建程序的前面板， “通道1、通道2”的上限、下限分别进行赋值，并右键从“数值操作”中“当前值设置为默认值”，报警时均为绿色，不报警为灰绿色。同时在“当前数据”中显示当前的数值。“通道1、通道2”的曲线图分别为灰绿色和红色。由

28、“停止”按钮控制运行，运行时显示绿色，停止时显示“灰绿色”。同时在前面板的下面显示日期和时间。图3-13 温度监测的前面板设计第4章 测试运行4.1数据采集的运行4.1.1温度监测运行通道无报警如图4-1所示，模拟量1通道采集的数据处于上下限之间，文本显示“正常”，报警灯不亮，为灰绿色。模拟量2通道采集的数据处于上下限之间，文本显示啊“正常”，报警灯不亮，为灰绿色。图4-1 通道无报警的前面板4.1.2温度监测运行通道1报警如图4-2所示，模拟量1通道采集的数据低于下限，文本显示“不正常”，报警灯亮，为绿色。模拟量2通道采集的数据处于上下限之间，文本显示“正常”，报警灯不亮，为灰绿色。图4-2

29、 通道1报警的前面板4.1.3温度监测运行通道2报警如图4-3所示，模拟量1通道采集的数据处于上下限之间，文本显示“正常”，报警灯不亮，为灰绿色。模拟量2通道采集的数据高于上限，文本显示“不正常”，报警灯亮，为绿色。图4-3 通道2报警的前面板结 论本次毕业设计我做的是基于LabVIEW温度监测仪的设计，刚开始接触LabVIEW的时候，还不是很了解它的使用和应用。后来在老师的帮助下，从最基础的LABVIEW软件安装，到DAQ驱动的安装，及程序的设计，都有老师在旁边帮助。在做LabVIEW设计的时候也遇到了不少的难题，譬如LabVIEW前面板的设计，怎么去做的好看，如何运用好修饰选板，在做程序的

30、时候，怎么去设计能够让程序很好的运行等！程序运行的时候，当温度高过或低于上下限时报警等就会亮，其他就显示正常，总的来说数据采集的比较完善！虽然遇到了许多的难题，好在不懂就问，在老师的指导下关于LabVIEW温度监测的VI设计完成的很快。我主要设计的是由2个通道的温度采集的VI，它能够实现自动报警的功能，当采集的温度大于我们所设定的上限和下限值时候就会提示数据是否异常，以及报警灯变亮。同样这个设计中也包含了波形图表，他能够把所测量到的数据直观的显示出来，也可以记录在EXCEL工作表中以便于我们以后的调取使用。在设计的过程中我和我同组的同学都遇到了很多的困难，比如怎么设计前面板好看，怎么把程序框图

31、更简洁。在老师的指导和引导下，我们不断改进我们的VI，以达到实用化的目的，最终我们完成了温度信号的采集工作和数据输入电脑判断是否超出上限的程序框图和前面板。在设计最后修饰的时候我犯了个很大的错误，修饰的窗体必须在其他输入、输出控件之前放在前面板上，否则他是起不到修饰的作用，反而挡住了 输入、输出控件，在同学和老师的帮助下我改善了我的步骤，使我我的设计更加美观。在设计过程中我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心。而且大大提高了动手的

32、能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。通过设计使我们明白做事要专心努力的去做才能做好！为以后工作打下了良好的基础，在今后的工作中我们也要保持认真负责的态度才能和好的完成每一件事。参 考 文 献1 陈国顺，宋新民，马峻等.网络化测控技术M，电子工业出版社，2006.9. 2 庞君，计算机辅助测试的发展趋势虚拟仪器J，攀枝花学院学报， 2003.6. 3 秦树人.虚拟仪器M.北京:中国计量出版社，2003.4 刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计M.北京:电子工业出版社，2

33、003.7.5 王海宝.LabVIEW虚拟仪器程序设计与应用M.西南交通大学出版社，2005.4.6 孙春龙.基于LabVIEW多通道数据采集分析系统开发D.硕士，武汉大学，2006.11.7 杨忠仁，绕程，邹建，彭珍莲.LabVIEW.基于LABVIEW数据采集系统.重庆大学报.2004.2第27卷第2期.32-358 曹灵芝主编。现代检测技术与虚拟仪器M，北京：北京航空航天大学出版社， 2004.9 雷振山. LabVIEW 7 Express 实用技术教程M，北京：中国铁道出版社， 2004.10 （美）利夫菲克（B.W.）著.软件开发者必读，潘正伯等译M，北京：科学出 版社.1990.

34、11 连海州，赵英俊，基于 LabVIEW 技术的虚拟仪器系统J，仪器与测控， 2001.附录A NI-USB-6008详细参数数据采集卡NI-USB-6008详细参数见下表：详细参数：通道数8 SE/4 DI采样率10 kS/s是否同步采样否分辨率12 bits最大电压范围-10.10 V精度范围138 mV最小电压范围-1.1 V精度范围37.5 mV量程数8板上存储量512 B电流驱动5 mA/10 mA数字I/O通道数12 DIO逻辑电平TTL最大输入范围0.5 V最大输出范围0.5 V可编程输入滤波器否看门狗否缓冲操作是短时脉冲干扰消除否定时/触发/同步RTSI 同步总线否附录B D

35、AQ助手连线图报表连线图报表DAQ助手通道名称物理通道设备类型测量类型电压_0Dev1/ai1USB-6008电压电压_1Dev1/ai0USB-6008电压电压_2Dev1/ai2USB-6008电压电压_0 (返回顶部)点1点2Voltage/CH+16PinCombicon/5Voltage/CH-16PinCombicon/6电压_1 (返回顶部)点1点2Voltage/CH+16PinCombicon/2Voltage/CH-16PinCombicon/3致 谢经过半年的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及同学们的支

36、持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里首先要感谢我的指导老师刘科老师。她平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计等整个过程中都给予了我悉心的指导。除了敬佩刘老师的专业水平外，她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 然后还要感谢大学三年来所有的老师，为我们打下电气自动化专业知识的基础，同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢苏州市职业大学三年来对我的大力栽培其次还有同学也在我困难的时候给予了大力帮助，在此对他们也表示深深的谢意！在此，我祝愿所有的老师和同学在今后的生活中心想事成！