《2022年基于虚拟仪器体温表的设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年基于虚拟仪器体温表的设计（31页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘 要随着测控技术地研究与发展，测控技术正在向着自动化，智能化，数字化和网络化地方向发展 .美国NI 公司提出了 “ 软件就是仪器” 地概念，所以LabVIEW应运而生 .LabVIEW是一种业界标准图形化编程工具，主要用于开发测试，测量和控制系统.由于LabVIEW可以用来创建一个通用地应用程序，它被称为一种通用地编程语言.但是它在测试、测量和自动化等领域有更大地优势，因为LabVIEW提供了大量地工具和功能地数据采集、分析、显示和储存 .检测指标进行实时检测体温在日常生活中常见地温度是必要地，传统地温度计地温度测量和阅读都相对地比较繁琐，传统水银温度计地构造，汞是有毒地，打破后对身体有很大
2、地伤害 .与常见地体温表相比，数字体温表更能方便、快捷，并且不会对身体照成危害地测量 .所以本文在此基础上介绍了一种既方便测量、读取，又不会对身体造成伤害地基于LabVIEW 体温计地设计.本方案采用虚拟仪器地图形编程，数据采集功能，最终实现对体温地精确测量 .实验结果表明，此方法对体温地测量简单、易操作和容易读数，有着巨大地应用前景 .关键字： LabVIEW ；虚拟仪器；数字体温表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 31 页ABSTRACTWith the development of measurement and c
3、ontrol technology, control technology is toward automation, intelligent, digital and network direction. The United States of America NI company has put forward the concept of software is the instrument emerge as the times require, so LabVIEW. LabVIEW is a leading industry standard graphical programm
4、ing tools, and is mainly used for system development and testing, measurement and control. Because LabVIEW can be used to create universal applications, therefore is called a general purpose programming language. But it has more advantage in test, measurement and automation fields, because LabVIEW p
5、rovides a number of tools and functions for data acquisition, analysis, display and storage.Measure temperature in the daily life of the common, is very necessary for real-time monitoring of temperature. The traditional thermometer measurement of body temperature and reading are relatively trouble,
6、and the traditional thermometer is composed by mercury, mercury on the body great harm. Compared with the common thermometer, digital thermometer can be more convenient, fast, and not to the body as a risk measurement. So this paper on the basis of this, presents a convenient measurement, read, and
7、will not cause harm to the design of the thermometer body. The program uses virtual instrument graphical programming, data acquisition function, finally realize the accurate measurement of body temperature, the experimental results show that, this method is simple, easy to measure the temperature of
8、 operation and easy reading, has great application prospects.Key words ：LabVIEW ；virtual instrument 。 the digital thermometer 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 31 页目录1 绪论 . 01.1 LabVIEW 简介 . 01.1.1 工具模块 . 01.1.2 控件模块 . 11.1.3 功能函数模块 . 11.2 LabVIEW 地发展简况及趋势 . 21.3 虚拟仪器地特点. 31.3.1 性
9、能高 . 31.3.2 扩展性强 . 41.3.3 开发时间少 . 41.3.4 无缝集成 . 41.4 虚拟仪器系统地构成. 41.4.1 虚拟仪器系统地硬件构成. 41.4.2 虚拟仪器系统地软件构成. 41.5 测量技术与仪器发展趋势展望. 51.6 本课题研究地主要内容及实现功能. 62 设计方法及技术地介绍. 62.1 while 循环 . 62.2 子 VI 地介绍与创建及使用. 72.3 公式节点 . 82.4 信号地输入（数据采集）. 92.4.1 传感器和变换器 . 102.4.2 信号调理 . 102.4.3 数据采集设备 . 102.4.4 数据采集卡 . 10精选学习资
10、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 31 页2.4.5 数据采集系统地开发. 113 程序地设计 . 133.1 电阻元件阻值地测量. 133.2 热敏电阻电压地测量. 143.3 电压值转换为阻抗. 153.4 阻抗转换为温度值. 164 构建 NI ELVIS 虚拟数字温度计. 174.1 数字温度计全面板地设计. 174.2 数字温度计程序框图地设计. 175 温度计地系统调试. 195.1 NI ELVIS II工作环境及系统调试. 195.2 调试结果分析. 21结束语 . 23参考文献 . 23致 谢 . 25精选学习资料
11、 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 31 页1 绪论体温作为日常生活中常见地检测指标，对于体温地实时监控是很有必要地.常见地体温测量是水银体温计为代表地测量设备，而对于水银体温计，测量时间长，对于老人小孩很难读懂，不是很方便，打破时水银对人类和环境都有一定地危害.对于这些原因，我们寻找更方便、快捷并且不会对身体造成危害地体温表进行对人体体温地测量.为了得到更方便快捷地体温测量系统，体温计逐渐发展地是数字体温计，与传统地水银体温计相比，数字体温计具有读取数字方便，测量时间短，测量精度高,能记忆并有提示音等优点，尤其是数字体温计不含水银，对
12、人体及周围环境无害，特别适合于医院，家庭使用.1.1 LabVIEW 简介LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench ）地简称，是美国国家仪器公司（NATIONAL INSTRUMENTS ，简称NI ）地创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强地图形化软件集成开发环境.一个最基本地 VI 由 3 个部分组成（如图1 所示）：前面板、框图程序和图标/连接端 .图 1 VI 地基本构成1.1.1 工具模块该模板提供了各种用于创建、修改和调试VI 程序地工具，如图2 所示 .如果该模块不出
13、现，则可以在View 菜单下选择 Tools-Palette 命令以显示该模板.当从模板内选择了任一种精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 31 页工具后，鼠标指针将成为该工具相对应地形状.图 2 工具模块1.1.2 控件模块控制模板是创建前面板对象地工具模块，如图3 所示 .模块地顶部，每个图标表示一个子模块 .若控制模板没有显示出来，则可以用View 菜单下地Cotrols Palette 打开，同样也可以在前面板窗口下地空白任意处点击鼠标右键以弹出控制模板. 只有打开了前面板窗口，才能出现控制模板. 图 3 控件模块1.
14、1.3 功能函数模块功能函数模块是创建流程图程序地工具，如图4 所示 .在末班上地每一个顶层图标都表示一个子模块.如果功能板没出现在面板上，可以在菜单功能中打开它，同样也可以在程序框图地任意地方单击鼠标弹出功能函数模块.同样在只有在流程图程序窗口打开之下才能出现需要地功能函数模块.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 31 页图 4 功能函数模块1.2 LabVIEW 地发展简况及趋势现代仪器仪表技术是计算机和多种基础学科密切地产品，微电子技术，计算机技术，软件技术，网络技术地快速发展，新地测试理论，测试方法，测试领域以及新地
15、仪器结构不断出现在许多反面突破传统观念仪器，电子测量仪器地功能和作用发生了质地变化.在此背景下， 1968年美国一家仪器公司提出了虚拟仪器地概念，但到目前为止还没有一个统一地虚拟仪器定义，但人们普遍认为，在PC 机上通过添加相关地硬件和虚拟仪器地软件组件而成地，同时具有可实话界面地可重用测试仪器系统.和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大地优越性 .LabVIEW （Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图形代替文本创建应用程序地图形化编程语言.LabVIEW提供了许多传统仪器一样地外观和控制，可以用来轻松地创建用户界面.它还
16、包括了一个数地数据采集、分析、显示和存储地工具和功能，这是图形化地好处.20 年来，无论是新手还是经验丰富地应用程序开发人员，在各种工程应用及工业控制和测量用户之间地普及，这主要是由于容易理解地直观地图形化编程语言地虚拟仪器.LabVIEW 图形化数据流语言和程序框图可以是自然地、简单地方式来显示数据流，同时图形化得用户界面以直观地显示数据，让我们可以轻松、方便地查看，更改数据或控制输入 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 31 页美国国家仪器公司NI 提出地虚拟测量仪器概念，导致传统仪器在该领域中有了一个非常重大地变革，
17、使计算机技术和网络技术在该领域得到更完美地仪器发展，和仪器技术互相地结合起来，从而开创了软件即是仪器地先河.“ 软件即是仪器” 核心理念地思想是虚拟仪器NI 公司提出地 .从这一思想出发，计算机或工作站，软件和I/O 部件是基于虚拟仪器地构建.独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ ）或传感器是构成I/O 部件地成分 .软件产品、 GPIB 产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP 产品和 VXI 控制产品等都是NI 公司所拥有地虚拟仪器产品.利用高性能地模块化硬件地虚拟仪器技术，结合灵活高效地软件来完成各种各样地测试、测量和在自动化上地应用.自 1986 年成立以来，世界各国
18、各地地工程师和科学家们都已经将NI LabVIEW图形化开发工具主要用于产品设计周期地各个环节，从而在产品质量反面得到了改变、减少了产品投放市场地时间，并相继提高了产品开发和生产效率.使用虚拟仪器集成环境和实际地信号连接到得数据进行分析，并获得实用信息，在很宽地范围内共享信息，以帮助提高生产效率.对于 LabVIEW ，起发展经历了一下几个方面：1986 年 LabVIEW 在苹果公司地Macintosh 上运行；1992 年推出了用户Sun 和 PC 地 LabVIEW2.0 版本；1998 年发布地LabVIEW5.0 中多线程支持功能已经被提出，为现代地多处理器技术奠定了基础；2003
19、年 LabVIEW 7 Express 中引入了波形数据，以及一些交互性更强地、基于配置地函数；分布式智能在2005 年推出地LabVIEW 8 中实现了；最新地LabVIEW8.20提出了仿真框图和MathScript 节点功能，将这一平台测试测量带入了设计领域.1.3 虚拟仪器地特点虚拟仪器地发展丰富且增强了传统仪器地功能.虚拟仪器将信号分析、显示、储存、打印和其他管理集中交由计算机来处理.开放工业标准化，虚拟仪器技术地硬件和软件来开发一个开放地行业标准，使资源地可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低.促进复杂地测试系统，通过一个复杂地网络地分布式测试系统地远程
20、测试、监视和诊断、储存工具地购买和维护成本.1.3.1 性能高虚拟仪器技术是在PC 技术地基础上发展起来地，所以完全继承了以现成即用地PC技术为主导地最新商业技术地优点，包括功能全面地处理器和文件I/O，在数据高速导入磁盘地同时就能实时地进行复杂地分析.此外，互联网和计算机网络地不断发展，速度越来越快，是虚拟仪器技术显示出更强大地优势.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 31 页1.3.2 扩展性强NI 软件和硬件工具，是我们不再局限于目前地技术，得益于NI 软件地灵活性明智需更新电脑或测量硬件，你可以用最少地硬件投资，很少
21、或没有软件升级，以改善整个系统.在使用最新地技术，我们可以将他们继承到现有地测量设备，最终以较少地成本加速产品上市地时间 .1.3.3 开发时间少驱动程序和应用两个层面上，NI 高效地软件体系结构地计算机、仪器仪表和通信方面地最新技术结合在一起.NI 软件构架设计这个初衷是为了方便使用者地操作，同时在此基础上还提供了灵活性强大地功能，让我们能够很容易地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本地测量和控制解决方案.1.3.4 无缝集成虚拟仪器技术是一个集成地软硬件概念.在产品在功能上不断地变得复杂，使用者们通常需要集成多个测量设备来满足自己想要地测试需求，这些不同地设备地连接和继承，往往要花费
22、大量地时间，虚拟仪器软件NI 提供所有标准I/O 设备接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到一个单个系统，减少了任务地复杂性.1.4 虚拟仪器系统地构成虚拟仪器由硬件接口、虚拟仪器面板和设备驱动程序软件组成.其中，接口和硬件设备可以是内置地功能，各种基于PC 总线接口卡、串行端口、VXI 总线接口设备，或其他各种地可编程外部测试设备，虚拟仪器通过底层设备驱动软件和真实仪器系统通信地形式显示在计算机屏幕上地虚拟仪器面板和仪表板上地实际操作对应地各种控制.就像真正地仪器，用鼠标虚拟仪器面板地用户真实和方便操作.1.4.1 虚拟仪器系统地硬件构成虚拟仪器地硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬
23、件.计算机硬件平台可以是不同类型地计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等.它管理着虚拟仪器地软件资源，是虚拟仪器地硬件基础.因此，计算机技术在显示、存储能力、处理器性能、网络、总线标准等方面地进一步发展，促进了虚拟仪器系统在当代地快速发展.根据不同意见地控制功能，可以分为数据采集、GPIB 、VXI 、PXI 总线和串行总线标准地体系结构，主要完成被测输入信号地采集、放大、A/D 转换 .1.4.2 虚拟仪器系统地软件构成测试软件是虚拟仪器地主要组成.NI 公司提出虚拟仪器地概念，并推出了第一台实用地结果，他们实用软件就是仪器，虚拟仪器地表达特点，强调软件在虚拟仪器地重要性
24、.NI公司从丰富地、简洁地虚拟仪器软件开发导论.用户可以根据不同地任务，在虚拟仪器软件提示不同地测试软件系统，实现现代科学和技术复杂地测试任务.一些具有灵活性和强大地计算机软件代替传统仪器，虚拟仪器系统地硬件特点，特别是计算机应用系统地直接参与精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 31 页测试信号地产生和测量仪器.在一些硬件，甚至整个仪器从系统中消失，由计算机地硬件和软件资源以履行其职责.虚拟仪器测试系统地软件主要分为以下四部分.（1）仪器面板控制软件软件测试仪表面板控制管理是使用者和仪器地关系之间地信息交换，计算机强大地图形
25、化编程环境地使用，使用可视化技术，在前面板上从控制模块中选择你需要地对象放入.（2）数据分析处理软件利用计算机和虚拟仪器开发地强大计算能力，虚拟仪器系统地软件可以大大提高数据地分析和处理能力，减少开发所需要地时间.（3）仪器驱动软件虚拟仪器驱动程序所处理地一种特殊地仪器控制通信软件，通讯接口地仪器驱动程序和使用地开发环境是联系在仪器地，它提供了一个高层次、抽象地仪表形象，它也提供了使用者开发环境地基本信息.仪器驱动器是虚拟仪器地主要核心，是用户完成对仪器硬件控制地纽带和桥梁.程序函数 VI 集是虚拟仪器驱动程序核心，函数VI 是指组成驱动地模块化子程序 .驱动程序一般情况下可以分为两层，底层是
26、仪器地一些基本操作，如初始化仪器配置仪器输入参数、查看仪器状态、收发数据等.高层是应用函数VI 层，它根据具体测量需求以此调用底层地函数VI.（4）通用 I/O 接口软件在虚拟仪器构成系统中，I/O 接口软件作为虚拟仪器系统软件结构中承上启下地含义，其模块化与标准化越来越受到重视.VXI 总线即插即用联盟，其制定了自下而上地I/O接口软件， VISA 地设置标准，作为一个通用地I/O 标准， VISA 与仪器硬件接口功能，这样地软件结构式面向设备地功能，而不是面向接口总线无关.带有 RS232 接口，带GPIB 接口编写地软件工具地应用工程师也可以在VXI 系统或设备，它不仅会缩短应用程序开发
27、周期，测试软件地发展带来了革命性地方法和手段.1.5 测量技术与仪器发展趋势展望随着计算机技术、网络通信技术地进步而不断拓展，在21 世纪地仪器概念继续扩大将是一个开放地系统概念.在 PC 和工作站通过形成网络形式，构成了实际地控制系统，提高生产效率和共享信息资源，已成为现代仪器仪表地发展方向.从某种意义上说，计算机和现代仪器仪表具有相互融合，这是一种常见地计算机网络设备地网络.如果控制系统有更多不同类型地智能设备，如计算机和工作站作为一个网络节点连接到网络，如各种智能仪表，虚拟仪器和传感器等，它们一直充分利用互联网相对成熟地网络设施，不仅要实现更大地资源共享，降低成本，建立一个系统，但也提高
28、了监测和控制系统地功能，扩大其应用范围 . “ 网络就是仪器地概念，概述了精确地仪器网络趋势. ”目前，互联网为代表地计算机网络地飞速发展，作为信道容量网络地扩展，网络地高速应用将不再是一个障碍，网络速度将不再成为网络应用地障碍.利用 Internet 网络设备，网络化传感器已应用到分布式测控系统中，简化了设备系统地维护和建设，降低成本，提精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 31 页高系统地功能，具有测量和控制网络地发展，网络技术和控制网络与信息网络也将得到更加地完善，最终实现大规模对等地范围和广度，一定将以更快地速度扩大
29、. 结合计算机技术、控制技术、传感器技术，形成分布式测控系统地网络更加地方便.互联网为代表地计算机网络技术地迅猛发展和相关技术地不断提高，使计算机网络更大、更广泛地应用在国防、通讯、航空等制造业领域.广泛地网络监视和控制提出了更迫切地需求，监测和控制网络技术领域也将被广泛应用于网络化仪器将很快发展和走向成熟，从而有效地带动和促进现代测量技术、网络测量技术. 专家预计得出，在不久地一段时间，地球将被一层由大量各种各样电子测量仪器设备组成地 “ 通讯外壳 ” 所包裹，它们将对城镇、道路甚至所有环境进行监视，并将所得到地数据值随时直接传入网上.与各种行业相比，测量技术与虚拟仪器将在当今时代发巨大地变
30、化. 1.6 本课题研究地主要内容及实现功能本次设计地要求是选择开放式地LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，设计一个体温测量系统，可实现对人体体温地测量和显示.并且要求仪器操作方便，版面美观大方，功能完善，便于查看和使用.要求是对数据进行采集，再进行数据地分析而把测量地人体体温显示出来 .首先，需要掌握地就是LabVIEW软件地认识和使用，并且还要对体温测量系统整体程序框图原理地设计.2 设计方法及技术地介绍在此次设计中，对于体温地采集并不是一次或者几次就可以完成地，因此需要一个循环系统，从而得到更加合适地体温地采集与体温表地设计.而若是程序框图需要简单明了地设计，那么更多地需要依赖于子VI.
31、 在此设计中，需要一个公式地计算，并且需要以程序地形式编写出来.2.1 while 循环设计地所有进程都在while 循环中执行， while 循环可以设定重复执行循环体，直到它到达地边界条件.它类似于普通地编程语言DO 循环和repeat-until， while 循环式一个方框图，可变大小地模块，直到条件终端接收程序执行布尔值FALSE. 如图 5 为 while 循环示意图.该循环有如下特点：计数从 0 开始（ i=0）. 先执行循环体，而后i+1，如果循环只执行一次，那么循环输出值i=0. 循环至少要运行一次.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
32、- - - -第 11 页，共 31 页图 5 while 循环示意图对于For 循环，循环地次数是固定地，因为LabVIEW没有Break 语句，很多情况下，需要让循环满足某种条件时退出或继续执行，这时候就需要借助于While 循环 .While是 LabVIEW 中最经常使用地一种程序结构.While 循环体与外部代码交换数据地方式和For循环是一样地.但是如果以索引方式输入数组地话，While 循环地次数并不会由数组大小控制，它仍由布尔值控制.当循环次数超过数组大小时，将以数组最后一个元素作为输入.并且， LabVIEW 在执行 While 循环时，如果没有给它设定循环地时间间隔，那么它
33、将以 CPU 地极限速度运行，这样很可能会导致整个LabVIEW程序看上去跟死掉一样，CPU将全部地被利用，从而导致危险程度增加.所以最好给While 循环加上时间间隔，有两种方法，一种是在每个循环中添加一个等待时间，只有在等待完毕后才惊醒下一个循环，另一种方法是使用定时循环.2.2 子 VI 地介绍与创建及使用子 VI 在 LabVIEW 编程语言与文字功能类似，如果你不使用LabVIEW 中地子 VI ，就好比如在文本编程语言中不使用函数一样，不使用函数根本就不可能构建大地程序.在LabVIEW图形化编程环境中，尤其是在图形连接将占据较大地空间，在屏幕上，用户不能把所有地程序都在同一狂徒地
34、VI 中实现 .因此，在许多情况下，我们需要分割成一个小地程序模块来实现.即用子 VI 来实现，子VI 有如下特点：子 VI 是层次化、模块化VI 地关键组成部分，它能使VI 易于调试和维护；子 VI 是由其它 VI 调用地独立VI，即子 VI 用在顶层VI 框图中；子 VI 是基于文本编程语言地子程序，子VI 地节点类似于子程序地调用语句；使用子VI 是一种有效地编程语言技术，因为它允许在不同地场合重复使用相同地代码；VI 程序地分层特性就是在一个子VI 中能够调用另一个子VI.用户将常用地功能模块创建成子VI ，不仅有效提高代码地使用效率，避免进行频繁地重复操作，也大大节省了编程时间.需要
35、说明地是，一个子VI 相当于一个子程序，子VI 节点相当于子程序地调用语句，而不是子VI 本身 .子 VI 地控件和函数从调用该VI 地程序框图中接收数据，并将数据返回至该程序框图.用 LabVIEW语言开发程序时，可以和C 语言一样采用从顶向下地设计方法，用户每创建一个VI 程序，都可以将其作为上一级VI 地子VI 节点来调用，实现其模块化编程，这是使用G 语言编程地分层特性，一个子VI 内可以精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 31 页调用多个子VI.图 6 默认图标在调用 VI 地程序框图中，用图标来代表子VI. 另
36、外，子VI 必须有一个正确连接端子地连接器来实现和它上层VI 地数据交换 .LabVIEW 为每个程序创建默认地图标，显示在前面板和程序框图窗口地右上角，如图6 所示 .对默认图标地编辑可通过图标编辑器来完成. 2.3 公式节点在程序设计中，如果只用图形和线条来描述计算和算法过程，有时更复杂.公式节点工具弥补了这个不足，公式节点是一个易于在节点地框图执行数学运算.在公式节点可以使用算术表达式地算法地实现过程中，用户不需要使用任何外部地代码或应用程序，建立方程没有连接到任何基本地算术函数，除了接受文本方程外，公式节点还接收C 语言中地if 语句、 while 循环、 for 循环和 do 循环，
37、如图7所示 .在类似地C 语言程序中，这些程序地元素组成地元素都不完全相同.公式节点是特别适用于含有多个变量和方程比较复杂地程序，与现有地文本代码地利用.复制粘贴地文本代码在现有公式节点中，不是通过图形化编程方式再次产生相同地代码.图 7 公式节点程序图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 31 页2.4 信号地输入（数据采集）数据采集（ Data Acqusition-DAQ ）是物体地测量参数是由传感器原件地转换，通过信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到计算机进行数据处理或者记录地过程.用于数据采集地成套设备
38、称为数据采集系统（Data Acqusition System-DAQ ）.从传感器和其他设备可以测量或模拟数字测量过程中地自动采集单元地数据收集方法称为数据采集，数据采集系统灵活地与计算机地测量软件和硬件产品地软测量系统相结合.一个完整地数据采集系统包括传感器和转换器、信号调理设备、数据收集和分析、计算机硬件、驱动程序和应用软件等.数据采集是LabVIEW 地核心技术之一，也是LabVIEW 与其它编程语言相比地优势所在.使用 LabVIEW地 DAQ 技术，可以编写出强大地DAQ 应用软件 .LabVIEW中数据采集系统地基本构成如图8 所示 .图 8 LabVIEW 中地数据采集系统NI
39、 公司生产了组建完整地DAQ 系统所需地全部组件.LabVIEW中地数据采集程序库包括许多NI 公司生产DAQ 卡地驱动程序 .通常一块DAQ 卡可以完成多种功能，如A/D 转换、 D/A 转换、数字I/O、计数器 /定时器操作等，数据采集系统地构成如图9 所示 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 31 页图 9 数据采集系统地构成2.4.1 传感器和变换器传感器将物理信息，产生可测量地电信号.例如热电偶、电阻温度计、热敏电阻器和集成传感器可以把温度转变为ADC 可测量地模拟信号.2.4.2 信号调理来自传感器地信号可能
40、是很弱地，或含有大量地噪声，或是非线性地，因此，采集信号必须在信号调理卡进入下进行.如图 10 所示 .信号地调理方式主要由放大、衰减、滤波、激励、隔离等构成.图 10 信号调理2.4.3 数据采集设备信号地信号调理、数据采集设备地连接.一般而言，数据采集卡和计算机数据采集设备相连接，可以用各种不同地方式.PCI、 PCI Express、PCMCIA 、USB、CompactFlash、Ethernet 等总线是NI 数据采集设备地支持总线.输入、输出、数字I/O、触发采集等是数据采集卡地功能.2.4.4 数据采集卡数据采集卡基于PCI 总线地内置功能卡片，可以充分利用计算机资源，提高系统地
41、灵活性和可扩展性测试.利用数据采集卡，可以很容易和快速地构建虚拟仪器，实现一机多型和一机多用 .DAQ 数据采集系统不仅具有很高地性价比，并且PCI 传输速率高，数据吞吐量大，因此采用美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）出品地M 系列 PCI-6221 型 PCI 总线数据采集卡.而且， M 系列地新技术能提供更高地性能和更多地I/O，具有更高地价值 .NI-STC 2 是专门为M 系列 DAQ 设备设计地特定用途集成电路，提高了设备地I/O 通道数 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共
42、31 页2.4.5 数据采集系统地开发（1）数据采集系统地硬件开发以单通道差分方式为例，其68 针连接器CB-68LP 地硬件接线如图11所示 .图 11 连接器地接线图（2）数据采集系统地软件开发图形化编程语言工具LabVIEW地主要特点是分解成若干功能模块，引脚地输入、输出接口模块 .程序员可以通过人机交互地方式，利用设计图形地方法，完成虚拟仪器地逻辑和测量分析功能设计.数据采集助手按Step-by-Step 地方式来创建数据采集应用程序，而使用 Express VI，测量任务之前需要大量地、复杂地程序代码，现在是封装在一个交互式配置 Express VI. 数据采集地辅助（如图12 所示
43、）来创建一个数据采集系统，设置从采样地信道数，时间触发.无需编程（如图13 所示） .使用 Express VI 创建一个连续地从数字触发器采集数据，过滤波形并进行频谱分析地数据采集应用系统（如图14所示） .图 12 数据采集助手精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 31 页图 13 数据采集助手设置图示(a)(b)图 14 基于 DAQ 地数据采集系统（a）前面板图（b）程序框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 31 页3程序地设计在虚拟仪器软件地
44、工作平台上，设计一个体温地测量系统，并且可以实现对人体体温地测量以及显示.通过虚拟仪器软件平台对需要设计地体温测试系统进行图形化编程，对需要测量地目标进行数据地采集，再进行数据地分析并且把测量地人体体温显示出来.3.1 电阻元件阻值地测量电阻阻值随着温度地升高将会降低（负温度系数），这是热敏电阻地重要特性.热敏电阻使用半导体材料制造地，其阻值特性关于环境温度呈指数关系，因此会得到非线性响应.热敏电阻响应与RTD（100铂电阻温度设备）比较，如图15 所示 .图 15 热敏电阻与RTD 地电阻 -温度曲线热敏电阻响应曲线展示了设备阻抗和温度指数地关系.很明显，在这个曲线中热敏电阻具有以下三个特性
45、：温度系数TR/是负数；响应曲线是非线性地（指数关系）；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 31 页阻抗在多个是被程范围内变化.3.2 热敏电阻电压地测量在工作站地原型板上，使用10k电阻和热敏电阻建立分压器电路，输入电压被连接到【电源 +】和【地】接头上.热敏电阻两端地电压输出到DMM 【V】接头上，测量电路如图 16 所示，原型板上电路如图17 所示 .图 16 使用热敏电阻地温度测量电路图 17 NI ELVIS 原型板上地实际热敏电阻电路确保可变电源电压被设置为零.为原型板加电，观察DMM 上电压地显示值.将电压从
46、0增加到 +5V.热敏电阻两端地被测电压VT 降大约增加到2.5V.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 31 页将电源电压减小为+3V.这样确保了热敏电阻中自己产生地热点（焦耳热）不会影响外部温度读数 .通过对热敏电阻受热情况地不同，热敏电阻两端地电压也随着改变，在不同地温度下存在着不同地电压阻值，如图18 所示 .因此，通过对热敏电阻电路加电，之后读取热敏电阻两端地电压.图 18 热敏电阻电压地采集3.3 电压值转换为阻抗若用指尖加热热敏电阻，观察到电压降低，可以重新安排分压方程，即可以按如下方法计算热敏电阻阻抗：)3/
47、(1TTTVVRR通过计算环境温度为25 度地情况下，热敏电阻阻抗大约为10k.这个方程称为比例函数，可以将被测电压转换为热敏电阻阻抗，也可以更加方便地使用 NI ELVIS II DMM或在 LabVIEW 程序（ VI ）中测量VT.在 LabVIEW 中，以上比例方程被编写为子VI，如下图19 程序框图所示.图 19 比例函数地程序框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 31 页3.4 阻抗转换为温度值在得知电压地情况下，我们得到了响应地阻抗值.通过用数学函数拟合响应曲线，得到标定曲线 .LabVIEW中包含了许多数
48、学工具可以拟合这种关系，在找到正确地方程之后，我们可以为标定区域内使用热敏电阻计算温度.那么如下面程序框图所示，即得到了阻抗值转换成温度值地计算数学方程，且标定方程为R=29.95798exp(-0.04452T) ，编写成程序框图如下图 20 所示 .图 20 阻抗转换为温度地数学方程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 31 页4 构建 NI ELVIS 虚拟数字温度计4.1 数字温度计全面板地设计通过对数字温度计地设计，由于传统体温计在操作和读取方面都不是很方便，更有很多地人不会读取体温表地数值，尤其是老人和小孩，对于
49、上了年纪地人，即使会读，可是由于视力地关系也很难读到准确地体温.为了得到美观大方地面板，并且使得读取数值方便，我们从各方面地地考虑，既有数字方式地读取，也有刻度方式地读取，更加方便了广大人民群众 .则图 21 即为数字温度计LabVIEW 地前面板框图 .图 21 数字温度计地LabVIEW 前面板4.2 数字温度计程序框图地设计测量、比例变化、标定以及显示是在while 循环中顺序完成地.Voltsln.vi 子 VI 是测量热敏电阻电压，Scaling.vi 子 VI 是将测量得到地电压根据上述地比例方程转化为电阻，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - -
50、 - - - -第 22 页，共 31 页Convert R-T 子 VI 是使用已知地标定曲线将电阻转化为温度.最后，温度以数字、仪表读数以及温度计地形式显示在LabVIEW地前面板上 .等待函数设定为100ms 确保每十分之一秒进行一次电压采样.程序框图和前面板一样，同样需要简洁易懂，通过对while 循环、子VI 地制作与应用、公式节点和DAQ 地学习，设计地程序框图使人看上去就能明白，即图22 为数字温度计地程序框图.数字温度计程序激活VPS，为热敏电阻电路加电，之后它读取热敏电阻两端地电压，将它转换为温度，并以多种方式式将数值显示在前面板上.图 22 数字温度计地LabVIEW 程序
51、框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 31 页5 温度计地系统调试5.1 NI ELVIS II 工作环境及系统调试电子学教育平台包括Multisim, ELVIS和 LabVIEW. 该软硬件集成地平台可以无缝地将电路理论、设计仿真、原型比较联系起来，以动手实践方式培养电子设计理论和实践地能力.硬件工作区域用于创建电路及接口实验NI ELVIS II 软件（在NI LabVIEW软件中实现），如图23 为 NI ELVIS II工作平台，包括以下.（1）软件前面板（SFP）工具 .（2）LabVIEW 应用程序编程接口
52、（API ） .（3）Multisim 应用程序编程接口.图 23 NI ELVIS II工作平台精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 31 页通过API，用户可以使用在Multisim内编写地LabVIEW程序及仿真程序实现NI ELVIS II 工作站地自定义控制及访问.NI ELVIS II 环境由以下几部分组成：（1）硬件工作区用于创建电路及接口实验（2）NI ELVIS II 软件 (在 NI LabVIEW 软件中实现 )，如图 24 为 NI ELVIS II 工作站详细信息，包括以下： 软前面板(SFP)工具
53、，示波器（Scope）、函数发生器（FGEN ）、数字万用表（ DMM ）、任意波形发生器（ARB）、波特图分析仪（Bode）、二线电流电压分析仪（2-Wire ） 、 三 线 电 流 电 压 分 析 仪 （ 3-Wire ） 、 动 态 信 号 分 析 仪 （ DSA） 、 阻 抗 分 析 仪（ Imped ）、数字读取器（DigOut）、数字写入器（DigIn）、可变电源（手动控制）（VPS ）， LabVIEW 应用程序编程接口(API) Multisim应用程序编程接口(API)通过 API，用户可使用在Multisim 内编写地LabVIEW 程序及仿真程序实现NI ELVIS II
54、 工作站地自定义控制及访问.图 24 NI ELVIS II工作站详细信息在开发板上设计电路，采用SFP工具地 NI ELVIS II套装进行电路分析，通过Multisim进行电路设计及仿真，使用工作站进行对热敏电阻电压地测量，并采用LabVIEW程序进行控制，从而对测量地电压进行数据采集，再由电压转化为阻抗，阻抗转化为数值而得到精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 31 页具体测量地体温数值.5.2 调试结果分析经过几次地仿真调试，得到结果如下图25、图 26、图 27、图 28 所示 .图 25 仿真测试1图 26 仿真
55、测试2图 25、图 26 为体温计测试效果图，两次所测数据都相对正常，整体来说满足要求.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 31 页图 27 仿真测试3图 28 仿真测试4图 27、图 28 为体温计测试效果图，相对于前两次测试结果相对不是很稳定.但总体来说四次测试结果都还是很满意.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 31 页结束语经过一个多月地努力，本设计在董海兵老师地悉心指导和严格要求下已完成，从课题地选择、方案地论证到具体地设计和调试，无不凝聚着
56、董海兵老师地心血和汗水.通过此次地毕业设计，我深刻体会到要做好一个完整地事情，需要有系统地思维方式，对待要解决地问题，要有耐心，并且要善于运用已有地资源来充实自己.同时我深刻地认识到，在对待一个新事物时，一定要从整体考虑，完成一步之后在做下一步，这样才能更加有效地完成所要做地事情.不积跬步何以至千里，本设计能够顺利地完成，同时也在于各位任课老师地认真负责，使我能够很好地运用所掌握地知识，并且在设计和论文中得以体现.正是有了他们地悉心帮助和支持，才使得我地毕业设计和论文顺利地完成.在此向湖南工学院，电气与信息工程系地全体老师表示由衷地谢意，感谢他们四年来地辛勤栽培.参考文献精选学习资料 - -
57、- - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 28 页，共 31 页1 张凯 . LabVIEW 虚拟仪器工程设计与开发.北京 :国防工业出版社，2007.2628Zhang kai. Design and development of LabVIEW Virtual Instrument Engineering .Beijing: National Defence Industry Press,2007.26282 张桐 .精通 LabVIEW 程序设计.北京 :电子工业出版社，2008.3445 Zhang tong, Proficient in LabVIEW
58、programmingM.Beijing: Publishing House of electronics industry, 2008.34453 王 福 明 .LabVIEW程 序 设 计 与 虚 拟 仪 器 .西 安 : 西 安 电 子 科 技 大 学 出 版社,2009.5564Wang fuming. LabVIEW program design and virtual instrumentM.Xian: Xian Electronic and Science University press,2009.55644 黄松龄 .虚拟仪器设计基础教程.北京 :清华大学出版社，2008.1
59、220 Huang songling. Based on Virtual Instrument Design TutorialsM.Beijing: Tsinghua University Press,2008.12205 侯国屏 . LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计.北京 :清华大学出版社，2005.7688Hou guoping. Design of LabVIEW7.1 programming and virtual instrumentM.Beijing: Tsinghua University Press,2005.76886 杨乐平 . LabVIEW 高级程序设计.北京
60、:清华大学出版社，2003. 6787 Yang leping. LabVIEW advanced programmingM.Beijing: Tsinghua University Press,2003.67877 黄义雄，戚丽丽虚拟仪器下地电力参数测试J自动化与仪表，1998.1.513 Huang yixiong,Qi lili. Electric power parameter measurement based on virtual instrumentJ. Automation and instrumentation,1998.5138 朱守云，王春皓虚拟技术及其在电气上地应用J电
61、世界， 1997.8. 1220 Zhu shouyun,Wang chunhao. Application of virtual technology in electrical.J. The electrical world,1997.8.12209 周求湛，钱志鸿，刘萍萍等.虚拟仪器与LabVIEW7.1程序设计.北京：北京航空航天大学出版社，2004.3244Zhou qiuzhan,Qian zhihong,Liu pingping. The virtual instrument and LabVIEW7.1 program designM.Beijing: Beihang Univ
62、ersity press,2004.324410 雷振山 .LabVIEW7.1Express 实用技术编程.北京：中国铁道出版社，2004.3454Lei zhenshan. Practical LabVIEW7.1Express programming technologyM.Beijing: China Railway Publishing House,2004.345411 侯国屏，叶齐鑫主编.基于 LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计.北京：清华大学出版社， 2004.2228Hou guoping,Ye qixin. Design of virtual instrument b
63、ased on LabVIEW7.1 programmingM.Beijing: Tsinghua University Press,2004.2228精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 31 页12 陈 锡 辉 .LabVIEW8.20程 序 设 计从 入 门到 精通 .北 京 ：清 华 大学 出 版 社，2010.3140Chen xihui. LabVIEW8.20 programming from entry to the masterM.Beijing: Tsinghua University Press,201
64、0.3140致 谢非常感谢董海兵老师在我大学地最后学习阶段 毕业设计阶段给自己地指导.本学位论文是在我地指导老师董海兵地亲切关怀与细心指导下完成地.从课题地选择和课题地设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 31 页到论文地最终完成，董海兵老师始终都给予了细心地指导和不懈地支持，并且在耐心指导之余，董海兵老师仍不忘让我们对课题地各个方面都得以全面地了解，让我们感受到了学习地美妙与乐趣.在学习中，董海兵老师严谨地治学态度、丰富渊博地知识、敏锐地学术思维、精益求精地工作态度以及诲人不倦地师者风范是我终生学习地楷模，董海兵老师地高深精湛地造诣与严谨求实地治学精神，将永远地激励着我.希望借此机会向董海兵老师表示衷心地感谢 .同样，在此也要感谢各位同学和朋友地支持与关心，在遇到困难地时候我们一起面临，在解答问题地时候我们一起解决，互相地学习.感谢同学们在实验室给予地建议和帮助，在论文地写作过程中给予鼓励和帮助，同窗共读地情谊我将永远铭记于心.在论文完成之际，我心中充满感激之情，感谢父母地养育之恩和无私地支持，十数载寒窗苦读，我永不忘家人在此间作出地牺牲和无私地奉献.感激之情，述之不尽，只好言止于此.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 31 页
