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基于LABVIEW的温度检测系统设计.doc

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基于LABVIEW的温度检测系统设计.doc

商贸学院毕业设计I1摘要随着电子测试技术的不断发展,测试技术正向自动化,智能化,数字化和网络化的方向发展。其中数字滤波器作为测试技术的重要工具而被广泛的使用与各个领域。本课题是用Labview来实现温度检测系统的设计以及应用首先,本论文介绍Labview相关知识,利用虚拟仪器的开发平台Labview开发的软件系统,主要包括五个模块数据采集,显示记录,数据回放,数据处理和数据分析。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是一个基于图形虚拟仪器的软件开发工具,主要用于自动测试、过程控制、仪器设计和数据分析等领域,其基本思想是在仪器设计或测试系统中尽可能用软件代替硬件,即软件就是仪器,他是在通用计算机平台上,根据用户需求来定义和设计仪器的测试功能,其实质是充分利用计算机的最新技术来实现和扩展传统仪器的功能。本文重点介绍了虚拟仪器的界面Labview的应用,并设计一个基于虚拟仪器的数字和控制系统,阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计关键字Labview温度测量数据采集商贸学院毕业设计II1AbstractAlongwiththeelectronictesttechnologysunceasingdevelopment,thetesttechnologyforwardautomation,theintellectualization,digitizedandthenetworkdirectiondevelops.Andthedigitalfiltertakethetesttechnologytheimportanttoolbythewidespreaduseandeachdomain.ThistopicisrealizesthetemperatureexaminationsystemsdesignaswellastheapplicationwithLabviewfirst,thepresentpaperintroducedthattheLabviewrelatedknowledge,theusehypothesizedinstrumentsdevelopmentplatformLabviewdevelopmentssoftwaresystem,mainlyincludesfivemodulesThedataacquisition,demonstratestherecord,playbacking,thedataprocessingandthedataanalysis.VIistheproductwhichthecomputertechnologyandthetraditionalinstrumenttechnologyunifies,isanimportantdirectionwhichtheinstrumentdevelops,Labviewisonebasedonthegraphhypothesizedinstrumentssoftwaredevelopmenttool,mainlyusesindomainsandsoontestautomation,processcontrol,instrumentaldesignanddataanalysis,itsbasicphilosophyisusesthesoftwareintheinstrumentaldesignorthetestsystemtoreplacethehardwareasfaraspossible,namelythesoftwareistheinstrument,heisinthegeneralpurposecalculatorplatform,definesanddesignsinstrumentstestfunctionaccordingtotheusersneeds,itsessenceisrealizesfullyusingcomputersnewesttechnologywiththeexpansiontraditioninstrumentsfunction.ThisarticleintroducedwithemphasisthehypothesizedinstrumentscontactsurfaceLabviewapplication,anddesignsonebasedonthehypothesizedinstrumentsdigitandthecontrolsystem,elaboratedinthesystemperformancehistorydatagatheringandsoftwareandhardwaresdesignKeywordLabVIEWTemperaturesurveyDataacquisition商贸学院毕业设计III1目录摘要ⅠAbstractⅡ第一章绪论1.1课题背景11.1.1背景简介21.1.2引言2第二章虚拟仪器简介2.1虚拟仪器特点32.2虚拟仪器构成4.3Labview8.5的安装及应用5第三章系统硬件设计3.1系统设计流程模块63.2硬件电路设计73.2.1硬件电路基本组成93.2.2硬件电路基本功能描述03.2.3硬件电路模块功能分析33.2.3.1温度传感器电路原理43.2.3.2模数转化以及数据存储原理2第四章系统软件设计4.1系统软件设计基本流程34.2系统软件设计测量参数原理24.3数据采集子程序的设计34.3.1数据采集卡USB2013简介44.3.2数据采集卡工作原理及分析44.4系统闭环控制实现过程54.4.1系统闭环基本工作原理54.4.2工程PID算法分析控制器原理54.5温度检测系统VI程序设计6总结5结束语3参考文献4致谢4商贸学院毕业设计IV1课题背景背景简介虚拟仪器(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。引言虚拟仪器技术,就是用户在通用计算机平台上,根据测试任务的需要来定义和设计的测试功能,其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器的功能,软件就是仪器反映了虚拟仪器技术的本质特征,美国国家仪器公司生产的NILABVIEW是目前最为成功,应用最为广泛的虚拟仪器开发系统,它是一种基于G语言的32位编译型图形化编程语言,其图形化界面可以方便的进行虚拟仪器的开发,在现代工业生产中,需要对温度测量和控制的场合越来越多,测量温度方法也是多种多样的LabVIEW是图形化开发环境,它具有功能强大、编程效率高、界面友好、参数修改方便等优点,同时它在功能完整性和应用灵活性上也不逊于任何高级语言VI技术也表着目前测试仪器领域的发展方向,LabVIEW是一种功能强大的虚拟仪器开发平台。数字滤波技术是数字信号处理的一个重要组成部分,滤波器的设计是信号处理的核心问题之一.在LabVIEW环境下可以随时对比设计要求调整参数,有利于数字滤波器设计的最优化,有效地克服了传统设计方式中存在的滤波器系数不易调整、与硬件接口程序复杂、开发周期长等问题。LabVIEW为设计数字滤波器提供了一个可靠而有效的途径商贸学院毕业设计V12labview虚拟仪器简介2.1虚拟仪器特点与传统仪器相比,虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点,具体表现为智能化程度高,处理能力强虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求,将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成,从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。复用性强,系统费用低应用虚拟仪器思想,用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器,如同一个高速数字采样器,可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接,还可实现虚拟仪器的分布式共享,更好地发挥仪器的使用价值。可操作性强,易用灵活虚拟仪器面板可由用户定义,针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解,测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线,这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。2.2虚拟仪器构成虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计2个方面考虑。硬件电路的设计主要根据用户所面对的任务决定,其中接口设计可选用的接口总线标准包括GPIB总线、VXI总线等。推荐选用VXI总线。因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速率高、抗干扰能力强以及良好的开放性能等优点,因此自1987被首次推出后迅速得到各大仪器生产厂家的认可,目前VXI模块化仪器被认为是虚拟仪器的最理想平台,是仪器硬件的发展方向。由于VXI虚拟仪器的硬件平台的基本组成是一些通用模块和专用接口。因此硬件电路的设计一般可以选择用现有的各种不同的功能模块来搭建。通用模块包括信号调理和高速数据采集信号输出与控制数据实时处理。这3部分概括了数字化仪器的基本组成。将具有一种或多种功能的通用模块组建起来,就能构成任何商贸学院毕业设计VI1一种虚拟仪器。例如使用高速数据采集模块和高速实时数据处理模块就能构成1台示波器、1台数字化仪或1台频谱分析仪使用信号输出与控制模块和实时数据处理模块就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。专用接口是针对特定用途仪器需要的设计,也包括一些现场总线接口和各类传感器接口。系统的主要硬件包括控制器、主机箱和仪器模块。常用的控制方案有GPIB总线控制方式的硬件方案、MXI总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的硬件方案3种。VXI仪器模块又称为器件(devices)。VXI有4种器件寄存器基器件、消息基器件、存储器器件和扩展器件。存储器器件不过是专用寄存器基器件,用来保存和传输大量数据。扩展器目前是备用件,为今后新型器件提供发展通道。将VXI仪器制作成寄存器基器件,还是消息基器件是首先要做出的决策。寄存器基器件的通信情况极像VME总线器件,是在低层用二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存器基器件完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。因此,寄存器基器件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块(如开关、多路复用器、数/模转换输出卡、模/数转换输入卡、信号调理等)。消息基器件与寄存器基器件不同,他在高层次上用ASCII字符进行通信,与这种器件十分相似是独立HPIB仪器。消息基器件用一组意义明确的字串行协议相互进行通信,这种异步协议定义了在器件之间传送命令和数据所需的挂钩要求。消息基器件必须有CPU(或DSP)进行管理与控制。因此,消息基器件适用于虚拟仪器中数字信号处理部分的模块。软件的开发与设计包括3部分VXI总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件(软面板)。软件结构如图1所示。VXI总线接口软件由零槽控制器提供,包括资源管理器、资源编辑程序、交互式控制程序和编程函数库等。该软件在编程语言和VXI总线之间建立连接,提供对VXI背板总线的控制和支持,是实现VXI系统集成的基础。仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序,也即模块的驱动软件,他的设计必须符合VPP的2个规范,即VPP3.1仪器驱动程序结构和模型和VPP3.2仪器驱动程序设计规范。商贸学院毕业设计VII1软面板设计就是设计具有可变性、多层性、自助性、人性化的面板,这个面板应不仅同传统仪器面板一样具有显示器、LED、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装置等功能部件,而且应还具有多个连贯操作面板、在线帮助功能等。2.3LabVIEW8.5的安装及应用图1图2商贸学院毕业设计VIII1图3图4图5安装完毕后,重启计算机,即可使用labview软件完成设计,执行功能。商贸学院毕业设计IX13系统硬件设计3.1系统设计流程模块图63.2硬件电路设计3.2.1硬件电路基本组成系统硬件结构,虚拟仪器系统的硬件主要由个人计算机活着工作站和硬件接口模块组成,其中计算机是主体,主要用来提供实施高校的数据处理性能,硬件接口模块包括仪器和各种通用接口总线,主要用来采集,传输信号。仪器硬件,温度传感器,插入式数据采集卡DAQ,信号调理器等,通用总线用来把独立的仪器连接到计算机上,目前较为常用的仪器系统是数据采集卡系统,GPIB仪器控制系统,VXI仪器系统以及三者之间的任意结合。3.2.2硬件电路基本功能描述此硬件系统主要利用半导体来调节温度大小,利用温度传感器来对温度进行数据采集,利用LABVIEW编程来实现对半导体与PC机之间的串行通讯以及虚拟面板的设计,最后由PC机来显示测量目标的温度,对温度测量而言,温度传感器的选择是整个系统第一步,也是直接影响系统稳定性能的重要因素之一,金属铂的纯度可以达到0.9989,热性能稳定,线性较好,电阻温度系数分散性小,因此在这里我们选择铂电阻作为温度传感器的材料,由温度传感器电路实现对温度的采集,并将传感器输出的信号与A/D转化器匹配,对于弱信号输出的温度传感器,采用放大电路以减小测量误差,如果传感器在输出信号和传输过程中混入虚假成分,需要加入滤波器进行抗干扰滤波硬件电路基本功能描述如图

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