题t目：基于labview的电子秤的设计

题t目：基于labview的电子秤的设计内容摘要：

变计、称重传感器、称重显示器生产技术 ）进入我国，这对电子秤的进一步普及和提高必将产生积极的、巨大的影响。 本章小结 本章介绍了电子秤的系统结构及其分类，还有电子秤的现状等。 电子秤的系统由 由压力传感器、信号调理电路、数据采集卡和计算机组成。 电子秤属于日用衡器，为劳动密集型产品。 电子秤产品总的发展趋势是小型化、模块化、集成化、智能化 ； 其技术性能趋向是速率高、准确度高、稳定性高、可靠性高 ； 其功能趋向是称重量的控制信息和非控制信息并重的“智能化”功能 ； 其应用性能趋向上综合性和组合性。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 9 第三章 虚拟仪 器和 LabVIEW 简介 虚拟仪器的起源可以追溯到 20 世纪 70 年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。 PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsoft公司的 Windows 诞生之前， NI 公司已经在 Macintosh 计算机上推出了 以前的版本。 对虚拟仪器和 LabVIEW 长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业 界公认的权威。 LabVIEW 是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ NI）公司研制开发的，类似于 C和 BASIC 开发环境，但是 LabVIEW 与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而 LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程序是框图的形式。 与 C 和 BASIC 一样， LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。 LabVIEW 的函数库包括数据采集、 GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。 LabVIEW 也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子 VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。 虚拟仪器 虚拟仪器（ virtual instrumention） 是基于计算机的仪器。 计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。 粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。 随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。 另一种方式是将仪器装入计算机。 以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。 虚拟仪器是微电 子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。 自从 1785 年库内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 10 仑发明静电扭秤 ， 1834 年哈里斯提出静电电表结构以来 ， 电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。 有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段，如图 所示。 电 子 仪 器模 拟 仪 器 1 9 世 纪2 0 世 纪数 字 仪 器 五 十 年 代七 十 年 代九 十 年 代智 能 仪 器虚 拟 仪 器 图 测量仪器的发展 虚拟仪器的发展 史 从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。 模拟仪器主要有模 拟式电压表、电流表等，这些仪表解决了当时对某些量的测量的需求。 从二十世纪初到五十年代左右，测量仪器的材料性能得到改善，出现了电子管，同时，测量理论和方法与电子技术、控制技术相结合，出现了以记录仪和示波器为代表的电子仪表。 五十年代以后，随着晶体管和集成电路的出现以及应用电子技术的发展，数字技术成功地应用到测量仪器。 这时，电子、控内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 11 制、集成电路和计算机技术开始融为一体，成为测量仪器的主要特征。 七十年代初，第一片微处理器问世，微计算机技术从此发展迅猛，在其影响下，测量仪器呈现出新的活力并取得了长足进步。 伴随微电子技 术、计算机技术、网络技术的迅速发展及在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器也不断进步和发展，出现了智能仪器。 智能仪器是将微机置于仪器内部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点，并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量技术问题深度和广度等方面都有明显的进步。 这种内置微处理器的仪器，既能进行自动测试又能完成数据处理，可取代部分的脑力劳动。 随着电子技术、微计算机技术的发展，智能仪器的智能水平不断提高。 但是，在数字化仪器、智能仪器阶段基本上没有摆脱传统仪器那种独立使用、手 动操作的模式，难以胜任更复杂、多任务的测量需求。 为解决这样的问题，总线式仪器与系统应运而生。 人们发明制造出 CAMAC、 RS232C 和 GPIB（即 IEEE0488）等多种仪器通讯接口总线，用于将多台智能仪器连在一起，以构成更复杂的测试系统。 但在复杂的总线式仪器系统中还有许多重复的部件或功能单元，如键盘、 CRT、存储器等。 在这种背景下， 1982 年，美国西北仪器公司总裁德 伯克提出了微机化仪器的概念，也就是人们现在常提到的卡式仪器。 卡式仪器是虚拟仪器的雏形，是将传统独立式仪器的测量电路部分与接口部分集合在一起 制成仪器功能卡，将其插入微机的内部插槽或外部插件箱中形成的仪器。 1997 年美国国家仪器公司 （ 简称 NI 公司 ） 推出了一种新的仪器总线标准 PXI 总线标准。 制定 PXI 规范的目的是为了将 PC 的性能价格比优势和 PCI 总线面向仪器领域的必要扩展结合起来，以期形成一种主流的虚拟仪器测试平台。 相对 VXI 仪器，按 PXI总线标准制成的 PXI 仪器具有成本低、便于组成便携式测试系统等优点。 这些以 PC 为核心、由测量功能软件支持，具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的 PC 仪器内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 12 或 VXI 仪器就是虚拟仪器。 虚拟仪器技术的出现，使得用户可 以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，满足多种多样的实际需求。 随着虚拟仪器软件开发平台及硬件的发展 ，基于虚拟仪器的仪器系统的开发周期 缩 短，费用 降 低，测量速度、准确度及可复用性提高，且更便于相应仪器系统的维护和扩展。 现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。 随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展 ， 新的测试理论 、 测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现 ,在许多方面已经冲破了传统仪器的概念 ， 电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。 在此背景下 ， 1986 年美国国家仪器公司 （ National instruments,NI）提出了虚拟仪器 （ Virtual instrument,VI） 的概念。 尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义 ， 但是一般认为 ： 虚拟仪器是在 PC 基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统和传统仪器相比 ， 虚拟仪器具有巨大的优越性。 电测量理论和技术的不断发展、测量领域和测量观念的不断拓展，给测量仪器仪表提出了更高的要求。 仪器是测量的工具，测量的本质是利用仪器仪表获得定量认知的过程，测量的实现离不开仪器仪表，测量技术的发展过程，也就是仪器仪表的 发展过程。 因而，为适应测量技术发展的需要，仪器仪表技术也 不断地进步和提高，虚拟仪器就是为了适应测量技术发展的需要而产生并发展起来的。 虚拟仪器的够成如图 所示。 虚拟仪器的主要特点 虚拟仪器的主要特点 ： 1. 尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。 2. 可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。 3. 用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。 虚拟仪器的研究中涉及内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 13 的基础理论主要有计算机数据采集和 数字信号处理。 P C D A QG P I B 仪 器串 口 仪 器V X I 模 块P X I 莫 块计 算 机被 测 信 号 图 虚拟仪器的构成方式 虚拟仪器的现状 普通的 PC 有一些不可避免的弱点。 用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。 目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了 VXI 标准，这是一种插卡式的仪器。 每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。 这些卡插入标准的 VXI 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。 VXI 仪器价格昂贵 ，目前又推出了一种较为便宜的 PXI 标准。 虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。 目前使用较多的是 IEEE 488 或 GPIB 协议 ， 未来的仪器也应当是网络化的。 虚拟仪器的发展方向 随着计算机、通信、微电子技术的不断发展，以及网络时代的到来和信息化要求的不断提高，网络技术应用到虚拟仪器领域中是虚拟仪器发展的大趋势。 在国内网络化虚拟仪器的概念目前还没有一个比较明确的提法，也没有一个被测量界广泛接受的定义。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 14 其一般特征是将虚拟仪器、外部设备、被测试点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，共同完成测试任务。 使用网络化虚拟仪器，可在任何地点、任意时刻获取数据信息的愿望成为现实。 网络化虚拟仪器也适合异地或远程控制、数据采集、故障监测、报警等。 与以 PC 为核心的虚拟仪器相比，网络化将对虚拟仪器的发展产生一次革命，网络化虚拟仪器是仪器发展史上的一次革命。 网络化虚拟仪器将由单台虚拟仪器实现的三大功能 （ 数据获取、数据分析及图形化显示 )分开处理，分别使用独立的基本硬件模块实现传统仪器的两大功能，以网线相连接，实现信息资源的共享。 当 1983 年 NI 公司的开拓者们决定开始着手开发一款测量软件的时候，谁也没 有想到由 Jeff Kodosky 领导的这群年轻人会在 3 年后推出一款划时代的创新产品。 今天，在 推出后的 20 年后，该技术依然保持着创新的发展历程。 2020 年， NI 公司推出了 20 周年纪念版 ，并第一次同步推出了包括界面、菜单、函数库、帮助文档等在内的全中文软件环境的中文版 LabVIEW。 而在不久前上海举行的一年一度的 NIDays 上， LabVIEW 之父也令我们看到了虚拟仪器技术的未来发展蓝图。 LabVIEW 语言 LabVIEW（ Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，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。 LabVIEW 集成了与满足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。 它还内置了便于应用 TCP/IP、 ActiveX 等软件标准的库函数。 这是一个功能强大且灵活的软件。 利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。 图形化的程序语言，又称为 “ G” 语言。 使用这种语言编程时，基本上不写程 序代码，取而代之的是流程图或框图。 它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 15 图标和概念，因此， LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。 它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。 使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的 32 位编译器。 像许多重要的软件一样， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh 的多种版本准仪器。 LabVIEW 使用的优势 选择 LabVIEW 开发测试和测量应用程序的一大决定性因素是其开发速度。 通常，使用 LabVIEW 开发应用系统的速度比使用其他编程语言快 410 倍。 这惊人速度背后的原因在于 LabVIEW 易用易学他所提供的工具是创建测试和测量应用变得更为轻松。 LabVIEW 的具体优势主要体现在以下几个方面： 1. 提供了丰富的图形控件，并采用图形化的编程方法，彻底把工程师们从复杂苦涩的文本编程工作中解放出来。 2. 内建的编译器在用户编写程序的同时就在后台自动完成了编译。 因此用户在编写程序的过程 中如果有语法错误，他会被立即显示出来。 3. 由于采用数据流模型，它实现了自动的多线程，从而能从分离用处理器尤其是多处理器的处理功能。 4. 通过 DLL、 CIN 节点、 ActiveX、 NET 或 MATLAB 脚本节点扥技术，可以轻松实现 LabVIEW 与其它编程语言混合编程。 5. 通过应用程序生成器可以从轻松的发布 EXE、动态链接库或装包。 6. LabVIEW 提供了大量的驱动与专用工具，几乎能与任何接口的硬件轻松连接。 7. LabVIEW 内建了 600 多个分析函数，用于数据分析和信号处理。 8. NI 同时提供了 丰富的附加模块，用于扩展在不同领域中的应用，例如实时模块、内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 16 PDA 模块、 FPGA 模块、数据记录与监控模块。 机器视觉模块与触。