基于LabVIEW温度监测仪的设计.doc
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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
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