基于labview的虚拟温度信号分析仪设计--毕业设计(编辑修改稿)

基于labview的虚拟温度信号分析仪设计--毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

先讨论了本设计的产生和应用背景，介绍了虚拟仪器的基本内容以及虚拟仪器的产生和发展，并 介绍了 LabVIEW的相关 内容 ，接着讨论了系统的主要功能及总体结构 ，即 系统采集显示数据，以及相关分析函数。 本章小结 本章主要分析了温度检测的意义，并对传统方法利用各种传感器来检测温度做了简单介绍，提出自己系统设计研究的内容和整体思路及要实现的效果。 3 2 虚拟仪器的基本理论 虚拟仪器的概念 虚拟仪器（ virtual instrument）的概念是美国 NI公司（ National Instrument）提出来的。 所谓虚拟仪器就是基于计算机技术而发展起来的仪器测量技术 ， 是计算机技术和仪器技术紧密结合的产物。 他将计算机作为仪器的硬件平台，借助计算机强大的数据处理能力，将仪器的专业功能和操作面板在计算机界面实现。 在计算机上形成与仪器基本相同的系统，更方便实现修改测试仪器。 LabVIEW ( aboratory virtual instrument engineering workbench 即实验室虚拟仪器工作平台 )也是美 国 NI公司推出的 ， 它集合 了 简单易用的图形式开发环境与灵活的 G语言 ， 所见即所得的可视化技术为建立人机界面提供了一种简易的编程环境。 虚拟仪器和传统仪器的比较 虚拟仪器技术的优势在于可由用户定义自己的专用仪器系统，且功能灵活，很容易构建，所以应用面极为广泛。 尤其在科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域更是不可多得的好工具。 虚拟仪器技术先进，十分符合国际上流行的 “ 硬件软件化 ” 的发展趋势，因而常被称作 “ 软件仪器 ”。 它功能强大，可实现示波器、逻辑分析仪 、 频谱仪 、 信号发生器等多种普通仪器全部功能，配以专用探头 和软件还可检测特定系统的参数 ， 如汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波 、 心电参数等多种数据 ； 它操作灵活，完全图形化界面，风格简约，符合传统设备的使用习惯，用户不经培训 即 可迅速掌握操作规程；它集成方便，不但可以和高速数据采集设备构成自动测量系统 ， 而且可以和控制设备构成自动控制系统。 在仪器计量系统方面， 示波器 、 频谱仪 、 信号发生器 、 逻辑分析仪 、电压电流表是科研机关、企业研发实验室、大专院所的必备测量设备。 随着计算机技术在测绘系统的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相应的计算机接口， 因而配合数据采集及数据处理十分困难。 而且，传统仪器体积相对庞大，多种数据测量时常感到捉襟见肘，手足无措。 我们常见到硬件工程师的工作台上堆砌着纷乱的仪器，交错的线缆和繁多待测器件。 然而在集成的虚拟测量系统中，我们见到的是整洁的桌面，条理的操作，不但使测量人员从繁复的仪器堆中解放出来，而且还可实现自动测量、自动记录、自动数据处理。 其方便之极固不必多言，而设备成本的大幅降低却不可不提。 一套完整的实验测量设备少则几万元，多则几十万元。 在同等的性能条件下，相应的虚拟仪器价格要低二分之一甚至更多。 虚拟仪器强大的功能和价 格优势，使得它在仪器计量领域具有很强的生命力和十分广阔的前景。 在专用测量系统方面，虚拟仪器的发展空间更为广阔。 环顾当今社会，信息技术的迅 4 猛发展，各行各业无不转向智能化、自动化、集成化。 无所不在的计算机应用为虚拟仪器的推广提供了良好的基础。 虚拟仪器的概念就是用专用的软硬件配合计算机实现专有设备的功能，并使其自动化、智能化。 因此，虚拟仪器适合于一切需要计算机辅助进行数据存储、数据处理、数据传输的计量场合。 测量与处理、结果与分析相脱节的面貌将大为改观。 数据的拾取、存储、处理、分析一条龙操作 ，既有条不紊又迅捷快速。 推而广之，一切计量系统，只要技术上可行 都可用虚拟仪器代替，由此可见虚拟仪器应用空间是多么的宽广。 虚拟仪器的 结构 虚拟仪器通常是由计算机、模块化功能硬件和应用软件这三部分构成。 1． 虚拟仪器的硬件构成 计算机是虚拟仪器的核心 ,主要完成数据处理和结果的显示。 硬件主要完成被测输入信号的采集、放大、模数转换。 虚拟仪器根据其模块化功能硬件不同 ,有多种构成方式 ： 第一， 基于数据采集卡的虚拟仪器 ， 是以信号调理电路、数据采集卡 (DAQ)及 PC机为仪器硬件平台 ， 采用 PCI或 ISA计算机总线 ， 将 DAQ直接插入 PC机的相应标准的总线扩展插槽。 因此 ， 这种虚拟仪器又叫 PCIDAQ/PCI插卡式虚拟仪器。 第二， 基于串行总线仪器的虚拟仪器 ， 是由 Serial标准总线仪器及 PC机为仪器硬件平台 ， 包括符合 RS 232/RS422标准的 PLC和单片机系统。 第三， 基于通用接口总线 GPIB接口的虚拟仪器 ， 是以 GPIB接口仪器 、 GPIB接口卡及 PC机为仪器硬件平台 ， GPIB仪器具有独立的仪器操作界面 ， 可以脱离计算机使用 ， 也可以通过标准 GPIB电缆连接计算机实施程序控制。 第四 ， 基于 VXI仪器的虚拟仪器 ， 是以 VXI (VME bus extension for instrume ntation) 标准总线仪器模块及 PC机为仪器硬件平台 ， 由主机箱、控制器和仪器模块构成。 VXI控制器包括嵌入式 PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器 ， 可根据测试功能的不同要求来选用。 第五， 基于 PXI仪器的虚拟仪器 ， 它是以 PXI(PCI extension for instrumentation)标准总线仪器模块及 PC机为仪器硬件平台 ， PXI总线方式是在 PCI总线内核技术上增加多板同步触发总线和参考时钟技术规范和要求形成。 标准的 PXI模块化仪器 系统有 8个插槽 ， 还可与 Compact PCI交互操作 ， 可与 GPIB或 VXI集成 ， 组成大规模、多用途系统。 第六， 基于现场总线设备的虚拟仪器 ， 是以 Fieldbus标准总线仪器及 PC机为仪器硬件平台。 无论上述哪种形式的虚拟仪器，都是通过应用软件将仪器的模块化功能硬件与各类计算机相结合的 ， 其中基于 GPIB、 VXI、 PXI的方案主要适合构成大型高精度集成测试系统 ；PCIDAQ / PCI、串行口方案主要适合构成普及型的廉价测试系统；现场总线方案主要适合构成大规模的网络测试系统。 如测试任务需要 ， 也可将上述几种方 案结合构成混合测试系统。 5 2． 虚拟仪器的软件构成 虚拟仪器最核心的技术是软件 ， 使原来需要硬件实现的功能软件化 ， 以便最大限度地降低系统成本，增强系统功能与灵活性。 虚拟仪器软件的本质是进行数据处理。 虚拟仪器软件的数据处理过程可以分为两种 ： 一是自下而上的数据采集 、 处理到最终显示 ； 一是自上而下的用户交互、指令操作到仪器控制。 因此 ， 可以把虚拟仪器软件划分为 3个层次 ：虚拟输入 /输出层 、 虚拟仪器驱动层和虚拟仪器应用软件层。 软件层次对外定义单一的调用接口 ， 各个软件层次之间通过接口进行数据传送。 采用单一接口的好处是对外隐藏 了软件层次的内部细节 ， 无论采用什么实现方法 ， 做什么样的修改 ， 只要接口不变就不会影响软件的其他部分。 第一， 虚拟输入 /输出层。 是为虚拟仪器驱动层提供信息传递的底层软件 ， 是实现开放 、 灵活的虚拟仪器的基础。 虚拟输入 /输出层的功能是直接对仪器进行控制 ， 完成数据读写。 由于仪器硬件的种类繁多 ， 为了保证硬件的 “ 即插即用 ” 虚拟输入 /输出层需要提供独立于硬件的 I/O 接口。 第二，虚拟仪器驱动层。 是连接虚拟仪器应用软件与虚拟输入 /输出的纽带和桥梁 ,其功能是为虚拟仪器应用软件层提供抽象的仪器操作集。 对于虚拟仪器应用软件来说 ， 对仪器的操作是通过调用虚拟仪器驱动提供的单一接口来实现的 ， 而虚拟仪器驱动又是调用虚拟输入 / 输出所提供的单一接口来实现的。 第三，虚拟仪器应用软件层。 直接面对操作用户 ， 提供了快捷、友好的测控操作界面 ，以及图形、图表等数据显示方式。 它只对虚拟仪器驱动进行调用 ， 本身不进行任何数据处理。 对于虚拟仪器应用软件的开发者来说 ， 在不了解仪器内部操作与实现的情况下 ， 也可以进行虚拟仪器应用软件的设计和开发。 在软件层次化的基础上 ， 就可以把各层封装为不同的模块组件。 构造虚拟仪器的过程就是将各组件组合在一起 ， 当功能发生改变和更新仪器硬件时 ， 只要调用、添加或重组各模块组件见 ， 就能构造出新的虚拟仪器 ， 将仪器使用的主动权真正交给了用户 ， 虚拟仪器的灵活性也就得到了充分的体现。 虚拟仪器的分类 虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型： 第一类 ， PC总线 —— 插卡型虚拟仪器 这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如 LabVIEW 相结合。 Labview/cvi 是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言 Visual C++,Visual Basic, Labview/cvi 构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。 但是受 PC 机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。 另外， ISA 总线的虚拟仪器已经淘汰， PCI 总线的虚拟仪器价格比较昂贵。 6 第二类 ， 并行口式虚拟仪器 最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。 仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、 功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。 美国 LINK 公司的 DSO2XXX 系列虚拟仪器 ,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式 PC 机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。 由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。 第三类 ， GPIB 总线方式的虚拟仪器 GPIB 技术是 IEEE488 标准的虚拟仪器早期的发展阶段。 它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的 GPIB 系统由一台 PC 机、一块 GPIB 接口卡和若干台 GPIB 形式的仪器通过 GPIB 电缆连接而成。 在标准情况下，一块 GPIB 接口可带多达 14 台仪器，电缆长度可达 40 米。 GPIB 技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。 GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。 第四类 ， VXI 总线方式虚拟。