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1、智能仪器与仪表综合设计智能仪器与仪表综合设计班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 张立新 冯璐 于静 撰写日期： 2013 年 6 月 7 日 摘摘 要要虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。本设计采用研华数据采集卡，运用虚拟仪器及其相关技术于温度采集系统的设计。该系统具有数据同时采集、采集数据实时显示、存储与管理、报警记录等功能。本文首先概述了测控技术和虚拟仪器技术，探讨了虚拟仪器的总线及其标准、框架结构、LabVIEW 开发平台，然后介绍了数据采集的相关理论，
2、在分析本系统功能需求的基础上，介绍了程序模块化设计中用到的技术，最后给出了本设计的前后面板图。关键字：虚拟仪器；数据采集；LabVIEW目目 录录第一章 绪 论.11.1 引言.11.2 课程设计背景.1第二章 虚拟仪器介绍.32.1 虚拟仪器的概念与特点.32.2 虚拟仪器的应用.4第三章 LABVIEW 语言及功能简介 .53.1 LABVIEW 语言概述.53.2 LABVIEW 语言的特点.63.3 虚拟仪器的软件开发平台 LABVIEW.7第四章 数据采集系统.84.1 数据采集系统的结构原理.84.2 数据采集系统设计的基本原则.9第五章 基于 LABVIEW 的温度采集系统 .1
3、05.1 程序前面板的介绍以及运行情况.115.2 程序后面板的介绍以及设计情况.13心得体会.14参考文献.15附录.16附录.17第一章 绪 论1第一章第一章 绪绪 论论1.1 引言引言测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中应用十分广泛，它的现代化已被认为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显标志。20 世纪 70 年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展，在其推动下，测控仪器与技术不断进步，相继诞生了智能仪器、PC 仪器、VXI 仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测控系统，计算机与现代化仪器设备间的界限日渐模糊，测控领域和范围不断拓宽。近年来，以计算机为中心
4、、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置越来越多的被个人计算机所占据，其中，软件系统是计算机系统的核心，甚至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件数据采集系统”构架的测控系统结构在很多领域都得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。1.2 课程设计背景课程设计背景传统靠人工控制的温度、湿度、液位
5、等信号的测压力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温度补偿、传感器标定等)；且它们的体积较大、使用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与，外界设备多，成本高，因而越来越适应不了社会的要求。在对多类型、多通道信号同时进行检测和控制中，传统的测控系统能力有限。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人第一章 绪 论2工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很迫切的问题。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。由单片机与 LabVIEW 成电路构成的温度传感器的种类越来越多，测量的精度越
6、来越高，响应时间越来越短，因其使用方便、无需变换电路等特点已经得到了广泛的应用。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生产的自动控制系统开始进入了人们的生活，以虚拟仪器为核心的温度采集系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。虚拟仪器具有处理能强、运行速度快、检查精度高等优点，应用在温度测量与控
7、制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。虚拟仪器（VI）是计算机技术和传统的仪器技术相结合的产物，是仪器发展的一个重要方向。LabVIEW 是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。本文重点介绍了虚拟仪器的界面，LabVIEW 应用，并设计了一个基于虚拟仪器的数字化温度测量和控制系统，阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计，虚拟仪器设备可以由使用者自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台，硬件（包括传统仪器） ，软件，以及各种实现应用所需要的附件。这种灵活性在由供应商定义，功能固定，独立的传统仪器上是很难达到的。常用的数字万用表，示波器，信号发生器，数据记录仪，以及温度和压力
8、监控仪器就是这种传统仪器的代表。从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变，为现代实验带来了更多实际的利益，同时也促进着实验手段不断更新。第二章 虚拟仪器介绍3第二章第二章 虚拟仪器介绍虚拟仪器介绍2.1 虚拟仪器的概念与特点虚拟仪器的概念与特点随着计算机技术的飞速发展，计算机与传统的仪器仪表结合成为一种趋势，虚拟仪器是在通用计算机平台上，用户根据自己的需求来定义和设计测试功能的仪器系统。也就是说虚拟仪器是由用户利用一些基本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪器系统。2.1.1 软件是虚拟仪器的核心软件是虚拟仪器的核心虚拟仪器的硬件确立后，它的功能，如抗混淆滤波、小波分析等主要是通过软件来实现的软件在
9、虚拟仪器中具有重要的地位。美国国家仪器公司就曾提出一个著名的口号软件就是仪器。2.1.2 虚拟仪器的性价比高虚拟仪器的性价比高一方面，虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，同时，由于信号的传送和数据的处理几乎都是靠数字信号或软件来实现的，所以还大大降低了环境干扰和系统误差的影响。此外，用户也可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，大大缩短了仪器在改变测量对象时的更新周期；另一方面，采用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节，从而降低系统的开发成本和维护成本，因此，使用虚拟仪器比传统仪器经济。2.1.3 虚拟仪器具有良好的人机界面虚拟仪器具有良好的人机界面在虚拟仪器中测量结果是通过由软件在计算机
10、屏幕上生成的、与传统仪器面板相似的图形界面由软面板来实现的。第二章 虚拟仪器介绍42.2 虚拟仪器的应用虚拟仪器的应用虚拟仪器技术经过十几年的发展而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬/软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向进步。在国内近年来也开始有了利用虚拟仪器实现检测、控制等功能的例子，虚拟仪器系统已成为仪器领域的一个基本方法，是技术进步的必然结果。2.2.1 虚拟仪器在测量方面的应用虚拟仪器在测量方面的应用虚拟仪器系统开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展，将之应用在测量方面可以提高精确度，降低成本，并大大节省用户的开发时间因此已经在测量领域得到广泛的应用。2.2.2 虚拟仪器在监控方面的应用虚拟仪器在监控方面的应用用虚拟仪器系统可以随时采集和记录从传感器传来的数据，并对之进行统计、数字滤波、频域分析等处理，从而实现监控功能。当前气敏传感器正朝着快速响应、小型化和经济化发展，这种发展趋势引起了微电子气敏传感器的发展。2.2.3 虚拟仪器在检测方面的应用虚拟仪器在检测方面的应用在实验室中,利用虚拟仪器开发工具开发专用虚拟仪器系统，可以把一台个人计算机变成一组检测仪器，用于数据/图像采集、控制与模拟。2.2.4 虚拟仪器在教育方面的应用虚拟仪器在教育方面的应用现在,随着虚拟仪器系统的广泛应用，越来越多的教学部门也开始用它
