基于labview的温度检测系统设计毕业设计

基于labview的温度检测系统设计毕业设计内容摘要：

Instrument)是指通过应用程序将计算机与功能化模块硬件结合起来，用户可以通过 友好的图形界面来操作这台计算机，好像在操作自己定义、自己设计的一台单个仪器一样，从而完成对被测试对象的采集、分析、判断、显示、数据存储等功能。 因为虚拟仪器是以计算机为核心、在 Windows等操作系统平台上运行的，所以它具有一机多功能的特点，可以同时运行多个软件，当作多种仪器使用，具有多功能的仪器系统称之为虚拟仪器系统。 虚拟仪器与传 统仪器的比较 如表 2l 所示，虚拟仪器具有传统仪器无法比拟的强大优势，因而必将成为未来仪器发展的趋势。 比较项目 虚拟仪器 传统仪器 灵活性 开放性、灵活，可与计算机技术保 持同步发展 封闭性、仪器间 相互配合较 差 升级的自由度 关键是软件，系统性能升级方便， 通过 网络下载升级程序即可 关键是硬件，升级成本较 高，且升级必须上门服务 性能价格比 价格低廉，仪器间 资源可重复利 用，利用率高 价格昂贵，仪器间 一般无法 相互利用 仪器功能 用户可定义仪器功能 只有厂家能定义仪器功能 与外设互连 可以与网络及周边设备方便连接 功能单一，只能连接有限的 独立设备 开发维护费用 开发与维护费用降至最低 开发与维护开销高 人机界面 人机界面友好 人机界面一般 技术更新周期 技术更新周期短 (12年 ) 技术更新周期长 (510年 ) 虚拟 仪器测试系统的组成 虚拟仪器 (Virtual Instrument)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。 这种结合基本有两种方式，一种是将计算表 21虚拟仪器与传统仪器的比较 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 虚拟仪器与 labVIEW 介绍 8 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，虚拟仪器主要是指这种方式 [4]。 虚拟仪器的组成与传统仪器一样，如图 21所示的数据采集与控制、 数据分 析和处理、结果显示三部分组成。 对于传统仪器，这三个部分几乎均由硬件完成；对于虚拟仪器，前一部分由硬件构成。 后两部分主 要由软件实现。 与传统仪器相比，虚拟仪器设计日趋模块化、标准化，设计工作量大大减小。 图 22 给出了经典虚拟仪器测试系统的构成，通常虚拟仪器测试系统硬件组成部分是由传感器部件、 信号调理及信号采集部件(如外置或内置数据采集卡、图形图像采集卡及摄像机及其用于辅助测量并能 与计算 机通讯的常规仪器等 )、通用计算机、打印机等构成。 系统软件部分通常用专用的虚拟仪器开发 语言 (如 LabVIEW)编写而成，并可通过 Inter 实现网络扩展。 采集与控制 插入式数据采集板 GPIB 仪器 VXI/PXI 仪器 RS232 仪器 数据分析和处理 数字信号处理 数字滤波 统计分析 数值分析 结果显示 网络通信 硬盘拷贝输出 文件 I/O 图形用户接口 图 21 虚拟仪器的内部功能划分 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 虚拟仪器与 labVIEW 介绍 9 虚拟仪器 I／ 0 接口设备 I／ 0 接口设备主要用来完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。 可根据实际情况采用不同的 I／ 0接 El硬件设备，如数据采集卡／板 (DAQ)、 GPIB 总线仪器、 VXl 总线仪器、串口仪器、 USB 等。 虚拟 仪器的构成主要有五种类型 [4]，如图 23 所示。 图 22 经典的虚拟仪器系统构成 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 虚拟仪器与 labVIEW 介绍 10 1． DAQ(Data Acquisition)数据采集卡指的是基于计算机标准总线 (如 ISA、PCI、 USB 等 )的内置功 能插卡。 其中 USB 是最新技术的数据采集卡，具有精度高，可携性好等优点，它更加充分地利用计算 机的资源，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性 ：利用 DAQ 卡可方便快速地构建虚拟仪器系统。 在性能上，随着 A／D转换技术，滤波技术 和信号调理技术的发展， DAQ 卡的采样速率已达 1GB／ S，精 度高达 24位，通道数高达 64 个，并具有数字 I／ O，模拟 I／ O和计数 器／定时器等通道。 各仪器厂家生产了大量的 DAQ 卡功能模块供用户选择，如示波器、串行数据分析仪、 动态信号分析仪、任意波形发生器等。 在计算机上挂接多个DAQ 功能模块，配合相应的软件，就可以 构成一台具有多功能的测试仪器。 这种基于计算机的仪器，既具有高档仪器的测量品质，又能满足测量需求的多样性。 对我国大多数用户来说，它具有很高的性能价格比，是一种特别适合我国国情的虚拟仪器方案。 2． GPIB(General Purpose Interface Bus)通用接口总线，是计算机和仪器间的标准通信协议。 GPIB的硬件规格和软件协议以纳入国际工业 标准 IEEE 488． 1和 IEEE ，它是最早的仪器总线，目前多 数仪器都配备了遵循 IEEE488 的GPIB 接 口。 典型的 GPIB 测试系统包括一台计算机，一块基于 GPIB 总线的接口卡和多台 GPIB 仪器软件及相应的传感模块硬件。 每台 GPIB 仪器有单独的地址，由计算机 控制操作。 系统中的仪器可以增加、减少或更换，只需对计算机的控制软件作相应的改动。 基于 GPIB 总线结构的接口 卡数据传输速率一般低于 500kb／ s， 不适合与对系统速度要求较高的应用。 3． VXI (VMEbus eXtension for Instrumentation)是 VME 总线在仪器领域的扩展， 1993 年 VXl 总线 1． 4 版本被批准为 IEEE ll55 标准，成为开放式工业标准。 仪器专用总线在吸收 IEEE488 的成功经验基 础上，增加了 l0MHz 时钟线，图 23 虚拟仪器构成方式 计算机 PCDAQ GPIB 仪器 串口仪器 VXI 模块 PXI 模块 被测信号 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 虚拟仪器与 labVIEW 介绍 11 模拟和数字混合总线，星形总线等高速总线，定时关系严格，兼有计算 机总线和仪器总线的优点。 4． PXI (PCI extension for Instrumentation)是 Compact PCI 总线在仪器领域的扩展，是 Nl 公司于 1997 年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。 其核心是 Compact PCI 结构和 Microsoft Windows 软 件。 PXl 是在 PCI 内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。 PXl增加了用于多板同步的触发总 线和10MHz 参考时钟、用于精确定时的星形触发总线，以及用于相邻模块间高速通信的局部总线等， 来满足实验和测量用户的要求。 PXl 兼容 Compact PCI 机械规范，并增加了空气冷却装置、环境测试 (温 度、湿度、振动和冲击实验 )等要求。 这样可保证多厂商产品 的互操作性和系统的易集成性。 5．串口系统：串口系统是以 Serial 标准总线仪器与计算机为仪器精简平台组成的虚拟测试系统 [5]。 RS232 总线是早期采用的通用串行总线，将带有 RS232总线接 口 的仪器作为 I／ 0接 口 设备，通过 RS232串口总线与计算机组成虚拟仪器系统目前仍然是虚拟仪器构成方式之一，主要适用于速度较低的测试系统。 虚拟仪器的软件结构 虚拟仪器技术的核心是软件，其软件基本结构如图 24 所示。 用户．采用各种编程软件来开发自 己所需要的应用软件。 以美国 Nl 公司的软件产品 LabVIEW和 LabWindow／ CVI 为代表的虚拟仪器专用 开发平台是当前流行的集成化开发工具。 这些软件开发平台提供了强大的仪器软面板设计工具和各种数据处理工具，再加上虚拟仪器硬件厂商提供的各种硬件的驱动程序模块，大大简化了虚拟仪器的设计工作。 随着软件技术的迅速发展，软件开发的模块化、复用化，和各种硬件仪器驱动软件的模块化、标准化，虚拟仪器软件开发将变得更加快速、方便。 用户界面 数据处理 硬件驱动程序 图 24 虚拟仪器软件结构 东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 虚拟仪器与 labVIEW 介绍 12 虚拟仪器的开发软件 （ 1） 虚拟仪器的开发语言 虚拟仪器系统的开发语言有：标准 C， Visual C++， Visual Basic 等通用程序开发语言。 但直接由这 些语言开发虚拟仪器系统，是有相当难度的。 除了要花大量时间进行测试系统面板设计外，还要编制大量的设备驱动程序和底层控制程序．这些工作对于那些不熟悉这方面知识的工程设计人员来说，要花费大量时间和精力，这样直接影响了系统开发的周期和性能。 除了通用程序开发语言以外，还有一些专用的虚拟仪器开发语言和软件，其中 有影响的开发软件有： Nl 公司的 LabVIEW,LabWindows／ CVI。 LabVIEW 采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。 LabWindows／ CVI 是为熟悉 C语言的开发人 员准备的，是在 Windows 环境下的标准 ANSIC 开发环境。 除此以外还有 HP 公司的 HP． VEE， HP． TIG开发平台，美国 Tektronix 公司的 Ez． Test， Tek— TNS 平台软件，这些都是国际上公认的优秀的虚拟仪器 开发软件平台。 其中 LabVIEW 图形化软件开发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程 , 界面友好 , 操作简便 , 可大大缩短系统开发周期 , 深受专业人员的青睐。 在此 , 虚拟温度采集系统的设计平台采用 NI公司的 LabVIEW 进行。 本课题所采用的图形化虚拟仪器开发平台 — LabVIEW 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、 VXl、 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，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更加形象化。 传统的文本式编程是一种顺序的设计思路，设计者必须写出执行的语句。 而 LabVIEW 是基于数据 流的工作方式，同时是基于图形化的编程，这使得设计者不必掌握大量的编程语言和程序设计技巧便可设计出虚拟仪器系统 [3]。 目前，在以 PC 机为基础的测试和工控软件中， LabVIEW 的市场普及率仅 次于 C++／ C语言。 LabVIEW 具有一系列无与伦比的优点：首先， LabVIEW 作为图形化语言编程，采用流程图式的编程，运用的设 备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似：同时， LabVIEW 提供了丰富的 VI 库和仪器面板素材库，近 600 种设备的驱动程序 (可扩充 )如 GPIB设备控制、 VXl 总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储：并且LabVIEW 还提供了专门用于程序 开发的工具箱，使得用户能够设置断点，调试过东华理工大学长江学院毕业设计（论文） 虚拟仪器与 labVIEW 介绍 13 程中可以使用数据探针和动态执行程序来观察数据的传输过程 ，更加便于程序的调试。 因此， LabVIEW 受到越来越多工程师、科学家的普遍青睐。 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。 像许多通用的软件 一样， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh的多种版本。 基于 LabVIEW 平台的虚拟仪器程序设计结构和特点 所有的 LabVIEW 应用程序，即虚拟仪器 (VI)，它包括前面板 (front panel)、流程图 (block diagram)以及图标／连结器 (icon／ connector)三部分。 1．前面板：前面板是图形用户界面，也就是 VI 的虚拟仪器面板，这一界面上有 用户输入和显示输出两类对象。