基于labview的温度采集系统报告

基于labview的温度采集系统报告内容摘要：

采样间隔是△ t，注意，采样点在时域上是离散的。 图 4 模拟信号采样图 如果对信号 x(t)采集 N 个采样点，那么 x(t)就可以用下面这个数列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，„， x[N－ l]} 这个数列被称为信号 x(t)的数字化显示或者采样显示。 这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率 (或△ t)的信息。 所以如果只知道该信号的采样值，并不能知道它的采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号 x(t)的频率。 根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。 反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。 如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。 图 5 和图 6 显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。 9 图 5 合适采样率采样波形 图 6 采样率过低采样波形 采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。 这种信号畸变叫做混叠。 出现的混频偏差是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝 对值。 为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集 (A/D)之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。 理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的 2 倍就够了，但实际上工程中选用 510 倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。 采集系统的一般组成 传感器 传感器部分是跟外界沟通的门户，负责把外界的各种物理信息，如光、压力、温度、声音等物理信号变成电信号。 因为被测试对象的信号来源已经是变换好了的电信号，所以传感器部分在设计中没有得到具体体现，但是这部分是设计过程中必需要考虑的。 信号调理 从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。 由于不同传感器有不同的特性，除了这些通用功能外，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。 信号调理的通用功能如下： 1）放大 微弱 信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪声，使调理后信号的电压范围和 A/D 的电压范围相匹配。 信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，使得信号在受到传输信号的环境噪声影响之前已被放大，使信噪比得到改善。 2）隔离 隔离是指使用变压器、光或电容耦合等方法在被测系统和测试系统之间传递信号，避免直接的电连接。 使用隔离的原因：是从安全的角度考虑；二是隔离可使从数据采集卡读出来的数据不受地电位和输入模式的影响。 如果数据采集卡的地与信号地之间有电位差，而又不进行隔离，那么就有可能形成接地回路，引起误差。 3）滤波 滤波的 目的是从所测量的信号中除去不需要的成分。 大多数信号调理模块有低通滤波器，用来滤除噪声。 通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。 另外，某些高性能的数据采集卡自身带有抗混叠滤波器。 4）激励 信号调理也能够为某些传感器提供所需的激励信号，比如应变传感器、热敏电阻等就需要外界电 10 源或电流激励信号。 很多信号调理模块都提供电流源和电压源以便给传感器提供激励。 5）线性化 许多传感器对被测量的响应是非线性的，因而需要对其输出信号进行线性化，以补偿传感器带来的误差。 目前，数据采集系统也可 以利用软件来解决这一问题。 6）数字信号调理 即使传感器直接输出数字信号，有时也有必要进行调理，其作用是将传感器输出的数字信号进行必要的整形或电平调整。 大多数数字信号调理模块还提供其他一些电路模块，使得用户可以通过数据采集卡的数字 I/O 比直接控制电磁阀、电灯、电动机等外部设备。 如下是稳压模块设计，通过输出 +12V 驱动信号调理电路进行信号采集。 图 8 +12V 稳压电源 如下是信号调理电路。 利用 1mA 恒定电流通过 pt100 热电阻产生相应的电压再通过低通滤波器滤掉 100hz以上的信号。 利用差动放大器放 大 12 倍再通过滤波器放大 倍。 然后输出到数据采集卡进行信号采集。 11 图 9 热电阻调理电路 输入信号的类型 在进行数据采集前，必须对要采集的信号有所了解，因为不同信号的测量方式和对采集系统的要求是不同的，只有了解被测信号，才能选择合适的测量方式和采集系统。 任意一个信号是随时间而改变的物理量。 一般情况下，信号所运载信息是很广泛的，比如：状态 (State)、速率 (Rate)、电平 (Level)、形状 (Shape)、频率成分 (Frequency Content)。 根据信号运载信息方式的不同， 可以将信号分为模拟或数字信号。 数字信号又可分为开关信号和脉冲信号。 模拟信号则可分为直流、时域、频域信号。 1）数字信号 (Digital) 第一类数字信号是开关信号 (OnOff)，如图 10 所示。 一个开关信号运载的信息与信号的瞬间状态有关。 TTL信号就是一个开关信号，一个 TTL 信号如果在 到 之间，就定义它为逻辑高电平，如果在 0 到 12 之间，就定义为逻辑低电平。 O nO f ftS t a t e 图 10 开关信号 第二类数字信号是脉冲信号 (Pulse Train)，如图 11 所示。 这种信号包括一系列的状态转换，信息就包含在状态转化发生的数目、转换速率、一个转换间隔或多个转换间隔的时间里。 tR a t e 图 11 脉冲信号 2）模拟信号 (Analog) 模拟直流信号 (DC)是静止的或变化非常缓慢的模拟信号，如图 12 所示。 tL e v e l 图 12 模拟直流信号 直流信号最重要的信息是它在给定区间内运载的信息的幅度。 常见的直流信号有温度、流速、压力、应变等。 采集系统在采集模拟直流信号时，需要 有足够的精度以正确测量信号电平。 模拟时域信号 (Time Domain)运载的信息不仅有信号的电平，还有电平随时间的变化，如图 13 所示。 在测量一个时域信号或者说是波形时，需要关注波形形状的特性，如斜度、峰值等。 为了测量一个时域信号，必须有一个精确的时间序列，间隔也要合适，以保证信号的有用部分被采集到。 现实中存在许多不同的时域信号，比如心脏跳动信号、视频信号等，测量它们通常是因为对波形的某些方面的特性感兴趣。 13 图 13 模拟时域信号 模拟频域信号 (Frequency Domain)与时域信号类似，但从频 域信号中提取的信息是信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间变化的特性，如图 14所示。 用于测量一个频域信号的系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。 为了实现这样的数字信号处理，可以使用应用软件或特殊的 DSP 硬件来迅速而有效地分析信号。 模拟频域信号也很多，比如声音信号、地球物理信号、传输信号等。 图 14 模拟频域信号 现实中的信号并不是互相排斥的，一个信号可能运载有不只一种信息，可以用几种方式来定义信号并测量它，用不同类型的系统来测量同一个信号，从信号中取出需要的各种信息。 输入信号的连接方式 一个电压信号可以分为接地和浮动两种类型。 测量系统可以分为差分 (Differential)、参考地单端 (RSE)、无参考地单端 (NRSE。