基于LABVIEW的温湿度检测器上位机设计毕业论文.docx

基于LABVIEW的温湿度检测器上位机设计毕业论文目 录摘 要1第一章 绪 论71.1设计的背景及目的71.2 研究现状91.3 论文构成及研究内容12第二章 系统总体方案设计132.1系统功能132.2 系统组成框图162.2.1 前面板的组成162.2.2数据采集和数据库162.2.3报警系统162.2.4总体实现过程172.2.5章节小结17第三章 LabVIEW语言及功能简介183.1LabVIEW语言概述183.1.1 LabVIEW语言的特点183.2虚拟仪器的软件开发平台labview193.2.1 labview的基本功能：203.2.2用于过程控制和工业自动化系统用监控和数据采集的通用工具213.2.3使用内嵌库来完善应用程序21第四章 基于LabVIEW的温度采集系统224.1数据采集系统的结构原理224.1.1数据采集系统的分类224.1.2数据采集系统的基本功能224.2数据采集系统设计的基本原则224.2.1硬件设计的基本原则224.2.2 软件设计的基本原则234.3 上位机监控界面前面板的设计234.3.1前面板的设计254.3.2温湿度设定模块254.3.3温度预警模块264.3.4温度显示部分274.3.5实时温度曲线模块274.3.6温湿度报警历史模块284.4 程序后面板的介绍294.5超限报警31第五章 程序的调试325.1 程序的运行325.2程序调试技术325.2.1找出语法错误325.2.2设置程序高亮度运行325.2.3单步执行325.2.4.断点335.2.5.探针33第六章 总结及展望34致 谢36参考文献37外文文献：39第1章 绪 论1.1设计的背景及目的伴随着科学技术的不断进步，计算机技术的飞快发展，传统的测量仪器己经不能满足现代监测系统的要求，美国国家仪器公司（简称NI）率先提出了虚拟仪器的概念，它彻底打破了传统仪器由生产厂家定义生产的规则，用户无法改变的模式，从而在测控仪器领域发生了一场巨大的革新。20世纪90年代初在我国兴起了一场对虚拟仪器开发和应用的热潮，现在已运用到航空、航天、通信、医疗、电力、石油勘探、铁路建设等行业，并得到了非常广泛的应用，在未来市场潜力非常巨大。虚拟仪器是目前测控领域的技术热点，它代表了未来测控仪器技术的发展方向。虚拟仪器是一种全新的通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合在一起的测控仪器系统。普通用户可以通过操作显示器友好的图形界面从而操作计算机，完成对被测量的数据采集、分析、处理、显示、存储等一系列测试工作，就如同操作一台自行定义与设计的专用传统仪器一样。随着以计算机和网络为代表的信息技术的快速发展，基于计算机软件平台的这种测量系统被广泛的运用到各行各业中，“软件就是仪器”，这种思想被广泛的认同和实践。虚拟仪器（VI）是一种以计算机技术和传统的仪器技术相结合的产物，是测控仪器发展的一个重要方向4。LabVIEW是一种基于图形化编程语言的虚拟仪器软件的开发工具5。本篇文章重点介绍了LabVIEW的界面和运用，并设计了一套以虚拟仪器的数字化为基础的温度测量和控制的系统，系统的阐述了该系统在开发过程中数据的采集和软硬件的设计所遇到的问题和解决方法，虚拟仪器设备可以由使用者自己定义，这意味着可以根据自己的需要，自由地组合计算机平台，硬件（包括传统仪器），软件，以及可以各种实各种现应用所需要的不同附件。这种灵活性在以前的由供应商定义，功能固定，独立的传统测控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，以及温湿度和压力监控仪器就是这种传统仪器的代表。传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变过程，为现代实验设备带来了更多实际利益，同时也不断促进着实验手段不断更新。 虚拟仪器的主要特点有：尽可能采用通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件；可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能强大的仪器；用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器，并且购置费用低、可重复利用；技术更新非常快、开发与维护费用较低、系统开放、方便与外设、网络连接6。因此，基于虚拟仪器的控制系统的设计理念应运而生，与传统的温湿度测控系统相比较，本系统使用更加简单方便，便于技术升级与更新，系统的使用及维护费用极低，同时具有极高的可靠性，性价比比以前更高。可以在提高现在温湿度控制的整体水平方面发挥更大的作用。温室大棚里的植物在生长过程中，由于环境、气候和通风条件等因素的变化，大棚内的温度或湿度会发生异常，这极易造成农作物的腐烂或发生虫害，影响其生长发育。同时植物在生长过程中还会受到大棚中气体、微生物以及其他虫害等因素的影响。为保证温室大棚具有一个适合的温湿度环境，有必要对大棚内的温度，包括大棚里面的湿度进行监测，所以设计出一个简单方便的温湿度检测系统具有十分重要的意义。传统的温湿度检测方法是采用有线的传输模式，这种模式下的设备灵活性不强，生产成本较高，操作非常麻烦。并且传输信号很容易收到电磁信号的干扰，信号很容易衰减，形成测量误差。有提出用SHT11组成的单点温湿度检测系统，但是不能实现多个点的同时测量1；有提出了一种较高精度的无线测量技术，并且采用两级网络的架构实现无线测量，但是系统的节点增多了，网络比较复杂，并且系统的成本偏高2；还有提出运用MSP430设计基于ZigBee的无线温度测量，实现了可以根据所需要的多点无线测量，但是无法实现历史记录的查询和进行对比分析3。针对上述的几种系统的不足之处，设计一种基于LabVIEW的温湿度检测系统，通过VISA对数据进行采集和传输，实现对温湿度数据进行采集、传输、分析、显示与存储等功能。1.2 研究现状20世纪70年代，因为个人电脑技术的出现，人们开始考虑运用电报来处理从传统仪器测量出来的数据，同时GPIB技术也逐渐发展起来，促进了IEEE488.2标准的诞生；20世纪80年代，随着计算机技术的进一步发展，计算机主板上有了多个扩展槽，并且出现了可以插在计算机里的数据采集卡，这样的系统可以进行一些简单的数据采集工作，然后将采集到的数据交由计算机软件进行处理，这就是虚拟仪器技术；20世纪90年代，计算机总线技术的速度进一步提高，PCI总显的数据传输速率达到了132Mbps，1996年底，NI公司在PCI数据总线的基础上提出了第一代PXI(PCI eXtensions for Instrumentation )系统的技术规范。到21世纪初，全球已有超过32000用户在使用虚拟仪器技术，其中不乏有许多国际知名的大公司，像Nokia、Simens、Tektronix等。在世界500强企业中的制造业厂商，95%的公司都采用了虚拟仪器技术7。 国外企业对这类的环境控制技术研究的比较早，起始于20世纪70年代。首先是采用模拟式的组合仪表，在采集现场采集信息并进行指示、记录和控制。80年代末开始出现了分布式控制系统，就是现在正在开发并研制的计算机数据采集控制系统。21世纪，世界各国的控制技术发展的越来越快，一些国家在实现自动化的基础上正朝着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰，以先进的鲜花生产技术著称于世，其玻璃温室全部由计算机操作。 英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观测50Km以外的光、温、湿、气和水等环境状况，并进行随时遥控8。现代温室及配套的设施已采用专业化、集约化和规模化的生产，规范有序的市场经营和国际化的市场运作体系,成为当今世界最具活力的新兴产业之一和现代农业的亮点之处。在今后一个时期，随着科学技术的发展、全球经济的一体化和社会的进步，现代温室及配套设施，将以节能、环保和改善工作条件为核心，深入广泛采用高术。进入21世纪后，特别是在我国加入WTO后，国内生产的产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。例如纺织行业，温湿度是影响纺织品质量的重要因素，但纺织企业对温湿度的测控手段仍然很粗糙，十分落后，绝大多数的企业仍在使用干湿球湿度计测量温湿度，采用人工观测，人工调节阀门、风机的方法控制温湿度，其控制效果可想而知。制药行业里也基本如此。尤其在食品行业里，更是凭借经验，很少有使企业用温湿度传感器9。同时值得一提的是，随着农业生产向产业化慢慢的发展，很多农民意识到勒摆脱落后的传统耕作、养殖方式的重要性，认识到了采用现代科学技术来应对进口农产品的挑战，才可以打进国外市场10。于是，渐渐的各地建立了越来越多的新型温室大棚，用来种植反季蔬菜，花卉；与此同时，养殖业对环境的测控也日感迫切；调温冷库的大量兴建给温湿度测控技术提供了广阔的市场。虽然我国已经引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室大概四十多座，自动化程度较高，但是成本也高。所以国内正在逐步消化吸收有关技术，一般第一步先搞调温、调光照，控通风；第二步搞温湿度自动控制及CO2测控。除此之外，国家粮食储备工程的大量兴建，对温湿度测控技术提也提出了要求。所以，对温湿度的实时监测和控制就成了现在必须并且需要加大技术支持的时候了。针对以上的情况，近几年来世界各大虚拟仪器公司开发的很多虚拟仪器开发平台软件，提供给了使用者组建适合自己的虚拟仪器以及测试系统，就可以解决这些问题。在这些许多的开发软件中，尤其以美国NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI开发最早且最具影响力。其中LabVIEW采用的是图形化编程方案，是非常实用的开发软件；Labwindows/CVI是采用C语言进行编程的、在Windows环境下的标准ANSIC开发软件11。当然，除了这两个影响力比较大的，还有美国HP公司开发的H-VEE和HPTIG软件，美国Tektronix公司开发的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国 HEM Data公司开发的Sanp-Master软件，都是国际上公认的非常优秀虚拟仪器开发软件12。 现在虚拟仪器的开发系统所用到的总线包括GPIB通用接口总线、传统的RS-232串行总线、RS-485串行总线、VXI总线，以及USB总线等13。世界各国的公司，特别是美国的NI公司，为了使虚拟仪器能适应所有的总线配置，开发了大量的软件和适应要求的硬件，从而可以使得使用者灵活地组建各种各样的不同复杂程度的虚拟仪器自动测控系统，方便使用。同时虚拟仪器的开发公司，在测量结果的数据处理、表达模式以及其变换方面不断地改革和创新，发布了各种软件，建立了开发工具库和数据处理的高级分析库，进一步扩大了虚拟仪器的功能。伴随着微型计算机技术的发展，虚拟仪器将逐步取代传统仪器而成为测试仪器的主流。据相关专家的预测，预计到2017年我国有70%的仪器为虚拟仪器。同时，不仅仅是农业，虚拟仪器将在航天、通信、医疗、电力、石油、铁路等行业也普及并且开始应用。因此，基于虚拟仪器的控制系统，这个设计理念应运而生，这个设计相对与传统的温湿度测控系统而言，使用起来简单方便，而且技术升级更新也方便，系统的使用和维护费用极低，虽然费用不高，但是具有极高的可靠性。因此性价比更高。可以提高现在温湿度控制的整体水平。基于生活的需要，方便了生产中对温湿度的控制，有效的提高了生产质量。虚拟仪器平台通常外围电路比较简单，测量精度较高，分辨力高，使用方便。其中温湿度检测是现代检测技术中的重要组成部分，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。本次毕业设计正是为了完成温湿度采集而设计的，可以说与人们的日常生活是息息相关的，具有很大的现实意义。1.3 论文构成及研究内容本文重点介绍：利用LabVIEW开发环境设计上位机的检测界面，从而实现了对大棚内温湿度的检测。本文主要进行以下几方面的工作： 1、论述温湿度检测系统的课题目的及意义，智能温度检测系统的国内外发展概况及本论文所研究的的主要内容。 2、温湿度检测系统的设计思路及设计方案，对系统软件开发平台进行选择的结果。 3、 温湿度检测系统的软件整体设计方案，及上位机的设计过程。 4、对所做工作进行总结和评估，对未来的研究作相关展望。主要研究内容有：基于LABVIEW的温湿度检测器上位机设计预计实现的成果： 本系统预期效果：能够精确地测量周围环境的温湿度，并且实时地显示温度和湿度的值。当温度过高或过低或者是湿度过高或过低时，都能通过系统实时向工作人员发出警告。并且自动纪录工作数据和报警历史。工作人员可以通过打开温湿度调控器进行及时的调节被测环境的温湿度。除此之外，工作人员还可以通过人机界面直观的查看或者打印工作数据。根据工作环境的不同能方便的调节与输入温湿度上限下限，更好的控制相关环境的温度和湿度。 虚拟仪器还有一个优点就是，由于虚拟仪器天生的优势，技术人员可以通过极少的硬件投资和极少甚至无需软件上的升级就能改进整个系统。让系统能适应各种环境和工作需求。第二章 系统总体方案设计本论文设计开发的是基于LabVIEW的温湿度检测器上位机设计。根据从总体到局部的设计原则，这次设计通过对系统功能的分析，将整个系统分解为实现不同功能的几个部分，然后再分别对每个部分进行设计。为了能够实现温湿度检测系统所提出的各项具体的功能，上位机为装有LabVIEW2005软件的PC机，上位机部分完成对硬件的驱动，温湿度数据显示、数据处理与存储，温湿度超限报警及人机交互操作界面的生成。2.1系统功能 在以往的生产生活中，传统的气象要素测量系统不仅仅体积庞大，而且所需要的硬件设备较多，使用的时候也容易受人员、地点、空间等诸多因素的影响。而且这类测量系统和传统仪器一样，功能和作用都由生产商在生产时定义好，一旦成型，用户就无法在使用过程中根据自身的需要对仪器的功能和作用进行重新定义，另外这类测量系统与其它仪器设备的连接也十分有限，并且图形界面较小，人工读取数据信息量很小，数据无法实时地编辑、存储，同时系统封闭、可扩展性差，技术更新速度慢，开发和维护费用也较高。基于以上传统仪器的缺点，本论文设计了一个基于LabVIEW的温湿度检测器上位机设计。这次设计的测试系统上位机软件采用LabVIEW编写。LabVIEW是专业的数据采集设计平台，特别适合对信号和各种算法的处理，同时LabVIEW采用图形化编程，具有快速开发的能力，能够很快的开发出一个系统。这就方便了设计的时候可以根据自己的想法很容易的设计出一个系统。传统的温度测量仪器功能和规格单一，用户无法根据自己的需求改变，美国NI公司提出的虚拟仪器的概念彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法按自己的意志改变的模式。LabVIEW是NI公司开发的一种虚拟仪器平台目前利用LabVIEW的开发通常建立在LabVIEW所支持的昂贵的数据采集卡上，而本系统采用上位机（PC机）串口与单片机进行通信，大大降低了系统的成本。LabVIEW主要特点是：尽可能地采用通用的硬件，各种仪器系统的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有非常强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。LABVIEW有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。测试测量：LabVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛而且最专注的应用领域。经过多年的发展，LabVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家LabVIEW自然而然地成为首位拓展至控制领域。LabVIEW拥有专门用于控制领域的块LabVIEWDSC。除此之外，工业控制领域常用的设备等通常也都带有相应的LabVIEW驱动程序。使用LabVIEW可以非常方便的编制各种控制程序。仿真：LabVIEW包含了多种多样的数学运算函数，特别适合模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以现在计算机上用LabVIEW搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。 跨平台：LabVIEW具有良好的平台一致性。如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用LabVIEW。LabVIEW的代码不需任何修改就可以运行在常见的三大台式机操作系统(Windows、MasOS及Linux)上除此之外，LabVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，常见的有：PDA、FPGA以及运行VxWorks和PharLap系统的RT设备14。LabVIEW与其它计算机语言采用基于文本的语言产生代码行相比，LabVIEW采用图形化编程语言G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，是一个特别重要的不同点。并且特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去15。尤其是特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。 此温度检测系统主要实现以下功能： 1、采集卡与PC机的串口通信，能及时地将温度数据传给PC机，并将在上位机界面行程曲线，直观的表现温湿度变化。 2、检测参数的显示:如测试时间、设定温湿度、当前温湿度等，当温湿度超出某个范围进行报警等。 3、波形图显示和数字显示的是温湿度实时监测曲线的走向和数值。 4、用户可以将采集到的温湿度数据的一部分或者全部保存在Excel表格中，方便查询和打印。2.2 系统组成框图2.2.1 前面板的组成 基于对预期的结果，基本可以将系统所要实现的功能分为以 下几个部分呢在前面板展现：图2.2.1 前面板的结构图界面由温湿度实时数据的显示窗口和报警数据、设定数据以及报警显示窗口组成。其中，温湿度的显示窗口中可以实时显示当前空间的温度和湿度的值，设定窗口可以人为的设定温湿度的临界值，当空间温度或者湿度超过预设的临界值时会启动报警系统，位于前面板上面的报警指示灯会变成红色的。同时报警数据会存储在表格中并且导出excel表格，显示报警的情况和报警的数据。 2.2.2数据采集和数据库数据存储的功能是利用数据库实现的，首先需要在运行该系统的环境中建立一个date.xls的文件夹，然后运行系统，在该文件夹下会自动生成一个.xls文件，DAQmx采集到的所有数据及其对应的采集时间都存放在该文件中。如果想要查看某段时间的温湿度情况，可以在date文件夹中找到对应的时间段，对应的.xls文件，单击，便在MicrosoftExcel下打开。与同类的存储系统相比，本系统可以自动生成保存文件，这样既可以节省用户的时间，也减少了系统繁琐的操作步骤及一些不必要的麻烦。同时也可以查询历史数据。2.2.3报警系统 报警系统具体实现过程如下：将温度、湿度两路已报警的信号引出来，分别接入注册事件，构成两个用户事件。并将输出接到事件结构上，当有报警的信号时，事件结构执行，将此报警信号记录下来； 当不需要某类记录（温度或者湿度）的时候，点击该记录对应的清除按钮，程序将执行该按钮所在的程序框中的程序，将所对应的历史清零。报警信号的记录，方便了相关人员对报警数据分析，并对研究过的或无用的报警信号进行清除。2.2.4总体实现过程 传感器把被测量的物理量转换为电量；信号调理电路对传感器转换的电信号进行放大、滤波、隔离；数据采集卡采集信号调理电路的电压信号，转换成计算机能处理的数字信号；通过数据采集卡驱动程序，将数字信号读入计算机，计算机对信号进行采集和处理以达到预期效果，并将信号采集到计算机的软件程序中，然后由示波器在前面板显示出信号的变化曲线，同时利用信号拆分模块将送进来的信号拆分，以便对温湿度不同的信号做不同的处理，从而实现对温湿度双通道的数据采集，数据自动存储、显示以及越限报警。2.2.5章节小结 总体来讲，基于虚拟仪器的温湿度控制是由数据采集模块、数据存储模块、报警历史重现模块、报警历史清除模块，数据显示模块组成的。也就是说，该系统可以实现这些模块所能实现的所有功能，将这些功能组合在了一起构成了一个完整的温湿度检测功能的系统，可以实现对大棚种植的室内温湿度的实时监测和控制，良好的达到对温湿度的预期控制，从而取得收益。并且由于外接电路的简单和友好的人机操作系统，方便控制和修改，基于虚拟仪器的检测系统会越来越广泛地被使用。第3章 LabVIEW语言及功能简介3.1LabVIEW语言概述LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的简称,是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。得到工业界学术界的普遍认可和好评。它可以把复杂、繁琐、费时的语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能(图形),用线条将各种功能(图形)连接起来的简单图形编程方式,为没有编程经验的用户进行编程、查错、调试提供了简单方便、完整的环境和工具，尤其适合于从事科研、开发的科学家和工程技术人员使用16。LabVIEW是一种虚拟仪器开发平台软件，能够以其直观简便的编程方式、众多的源代码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际工程中所需要的仪器系统创造了基础条件17。LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、现场工程技术人员及测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在很短的时间内就能够学会并应用LabVIEW。也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。LabVIEW的功能十分强大。像C或C+等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步执行等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。G语言编写的程序称为虚拟仪器VI(Virtual Instrument),因为它的界面和功能与真实仪器十分相像,在LabVIEW环境下开发的应用程序都被冠以VI后缀,以表示虚拟仪器的含义。一个VI由交互式用户接口、数据流框图和图标连接端口组成。同时,G语言最佳地实现了模块化编程思想。用户可以将一个应用分解为一系列任务,再将任务细分,将一个复杂的应用分解为一系列的简单子任务,为每个子任务建立一个VI,然后把这些VI组合在一起完成最终的应用程序。因为每个SubVI可以单独执行,所以很容易调试。进一步而言,许多低级SubVI可以完成一些常用功能,因此,用户可以开发特定的SubVI库,以适用一般的应用程序。LabVIEW的运行机制就宏观上讲已经不再是传统上的冯诺依曼计算机体系结构的执行方式。传统的计算机语言(如C语言)中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替:从本质上讲,它是一种带有图形控制流结构的数据流模式。数据流程序设计规定,一个目标只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的输出,只有当它的功能完成时才是有效的。也就是说,在这种数据流程序的概念中,程序的执行是数据驱动的,它不受操作系统、计算机等因素的影响。这样,LabVIEW中被连接的功能节点之间的数据流控制着程序的执行次序,而不象文本程序受到行顺序执行的约束。从而,我们可以通过相互连接功能节点快速简洁地开发应用程序,甚至还可以有多个数据通道同步运行。LabVIEW的核心是VI。VI有一个人机对话的用户界面前面板(Front Panel)和类似于源代码功能的程序图(Diagram)。前面板接收来自程序图的指令。在VI的前面板中，控件(Controls)模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的程序图；而指示器(Indicators)则模拟了仪器的输出装置并显示由程序图获得或产生的数据。当把一个控件或指示器放置到前面板上时，LabVIEW在程序图中相应地放置了一个端口(Terminals),这个从属于控件或指示器的端口不能随意删除,只有删除它对应的控件或指示器时它才随之一起被删除18。用LabVIEW编制程序图程序时,不必受常规程序设计语法细节的限制。首先,从功能菜单中选择需要的功能节点,将之置于面板上适当的位置；然后用导(Wires)连接各功能节点在程序图中的端口,用来在功能节点之间传输数据。这些节点包括了简单的算术功能,高级数据采集和分析VI以及用来存储和检索数据的文件输入输出功能和网络功能。用LabVIEW编制出的图形化VI是分层次和模块化的。我们可以将之用于顶层(Top level)程序,也可用作其它程序或子程序的子程序。显然LabVIEW依附并发展了模块化程序设计的概念。图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。3.2虚拟仪器的软件开发平台labviewlabview是一个高效的图形化程序设计环境，它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G编程语言。提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合。在这个平台上,各种领域的专业工程师和科学家们通过定义和连接代表各种功能模块的图标来方便迅速地建立高水平的应用程序。针对测试测量和过程控制领域,提供了大量的仪器面板中的控制对象,如表头、旋钮、图表等。通过控制编辑器可将现有的控制对象修改成适合自己工作领域的控制对象。使用图表表示功能模块,使用图标间的连线表示在各功能模块间传递的数据,这样使得编程过程与思维过程非常近似。提供程序调试功能。可以在源代码中设置断点,单步执行源代码,在源代码中的数据流连线上设置探针，在程序运行过程中观察数据流的变化。继承传统的编程语言中的结构化和模块化编程的优点,采用编译方式运行32位应用程序,提高了运行程序的速度。支持多种系统平台。在任何一个平台上开发的labview应用程序可直接移植到其它平台上。提供了大量的函数库供调用。具有实时性,支持数据采集板和GPIB、串口设备、VXI仪器、.PIC、工业现场总线以及用户特殊的板卡，免费提供世界各大厂商的600多种-GPIB仪器、串口仪器、VXI仪器、CAMMAC设备的驱动程序。它提供DLL库接口和CIN代码调用来使用户有能力在labview,平台上使用其它软件平台（如C）编译的模块。3.2.1 labview的基本功能：a）使用图形编程方法来生成vi在labview中，一个vi即是一个应用程序，其表现形式就是一个由代表各种控制、显示等功能或对象的图标或图形模块及其间的连接线组成的图。你可以迅速地创建前面板用户界面，来为你的软件系统提供交互式控制、你可以非常直观地将所有方框汇集到一起。具体编程步骤如下：b）创建前面板前面板就是labview,中应用程序的人机界面。在vi的前面板中，你可以用鼠标选择Controls菜单中的对象，来为你的系统设置控制和数据显示、量程表图、饼图、条状图、图像等。当vi完成后，你可以全用前面板来控制系统，当vi运行时，通过选择开关，移动滚动条、放大和缩小图像，或从键盘输入数值。c)构造图形化的方框编写vi构造方框图，不必考虑编程中的许多语法细节。从labview的Function菜单中选择对象（图标）、块和下一块间用线来连接，来传递数据。这些块包括普通数学函数到高级的采集分析子程序，以及网络和文件I/O操作。d)数据流编程labview使用获得的数据流编程方法，从而使你从基于广西语言的徒工结构编程中解脱出来。因为labview中的执行的是由块间的数据的流向决定的，而不是由广西的序列行决定的，你可以生成具有同步操作的图（diagram）。e)模块化和层次化labview的vi设计成为模块化，所以任何vi可以自己运行或作为其他vi的一部分，你甚至可以为你自己的vi创建图标，做为你自己的vi和subVI的层次图（hierarchy）20。3.2.2用于过程控制和工业自动化系统用监控和数据采集的通用工具labview为用户提供了用户界面、I/O、数据分析驻到指定应用程序的连接例如简单的数据logging、监控和数据采集及对PID的直接控制。3.2.3使用内嵌库来完善应用程序a)仪器控制labview中的GPIB、VXI和串口VI库使用NI工业标准设备驱动程序软件来对仪器系统进行全面的控制。你可以对连接到NI的IEEE488.2接口板的任何GPIB一起进行控制。你可以使用labview的VXI开发系统来容易的为你的仪器编程，这种开发系统包括VISA(Virtual Instrumrnt Software Arehiteeture).b)数据采集和分析DAQ的vi库包含所有NI插入式和过程DAQ产品的采集和输出数据的函数。插入式对高速和直接控制的应用是非常理想的。因为价格低，它大大降低了每通道的费用。labview的分析库功能强大、应用范围广，可以和那些专用的分析软件包相媲美。这分析库包括了统计、介绍、回归、线性代数、信号生成算法、时域和频域算法和数字过滤器等。综上所述，labview是一个高效的图形化程序设计环境，它结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G编程语言。提供了一个直觉式的环境，与测量紧密结合，能让工程师与科学家们迅速开发出有关数据采集、分析及显示的解决方案。现今数以万计的工程师、科学家以及技术人员在使用labview来构建测量与自动化系统。第4章 基于LabVIEW的温湿度检测器上位机设计数据采集技术是微型计算机应用技术的重要分支。外部实现对象通过接口和计算机交换信息，在实现对象中，信息变现为不同的形式并有明确的物理意义，输入到计算机内部后部变成二进制数，统称为数据。数据经过计算机的加工处理再作用到现实对象，又变成具体的物理信号。上述整个过程都可以看成是数据采集技术涵盖的内容。4.1数据采集系统的结构原理数据采集系统一般包括模拟信号的输入输出通道和数字信号的输入输出通道。数据采集系统的输入又称为数据的收集；数据采集系统的输出又称为数据的分配。4.1.1数据采集系统的分类数据采集系统的结构形式多种多样，用途和功能也各不相同，常见的分类方法有以下几种：根据数据采集系统的功能分类：数据收集和数据分配：根据数据采集系统适应环境分类：隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速和低速型；根据数据采集系统的控制功能分类：智能化数据采集系统，非智能化数据采集系统；根据模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号，高电平信号和地电平信号，单端输入（SE）和差动输入（DE），单极性和双极性;根据信号通道的结构方式分类：单通道方式，多通道方式。4.1.2数据采集系统的基本功能 数据采集系统的任务，具体地说，就是采集传感器输出的模拟新海并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数据进行显示和打印，以便对某些物理量的监视。由数据采集系统的任务可以知道，数据采集系统具有以下几个方面的功能：数据采集、模拟信号处理、数字信号处理、开关信号处理、二次数据计算、屏幕显示、数据储存、打印输出、人机联系。4.2数据采集系统设计的基本原则 对于不同的采集对象系统设计的具体要求是不相同的。但是，由于数据采集系统是由硬件和软件两部分组成的，因此，系统设计的一些基本原则是大体相同的。4.2.1硬件设计的基本原则a）经济合理系统硬件设计中，一定要注意在满足件能指标的前提下，尽可能地降低价格，以便得到高的性价比，这是硬件设计中优先考虑的一个重要因素，也是一个产品争取市场的主要因素之一。b）安全可靠选取设备要考虑环境的温度、湿度、压力、震动、粉尘等要求，以保证在规定的工作环境下系统性能稳定、工作可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流市电遗迹电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。c）足够的抗干扰能力有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。4.2.2 软件设计的基本原则a）结构合理程序应该采用结构模块化设计。这不仅有利于程序的进一步扩充，而且也有利于程序的修改和维护。在程序编序时，要尽量使得程序的层次分明，易于阅读和理解，同时还可以简化程序，减少程序对于内存的使用量。当程序中有经常需要加以修改或变化的参数时，应该设计成独立的参数传递给群序，避免程序的频繁修改。b）操作性能好操作件能好是指使用方面。这点对数据采集系统来说是很重要的。在开发程序时，应该考虑如何降低对操作人员专业知识的要求。c）提高程序的执行速度。d）给出必要的程序说明。4.3 上位机监控界面前面板的设计 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚内温度、湿度，使大棚内形成有利于蔬菜、水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质高效益的重要环节。 在选到这个论文题目的时候，我就确定了我的研究方向，我决定设计温室大棚的温湿度检测上位机设计。然后就开始调研，我调研了我们当地的许多温室大棚,了解到温室大棚根据生长作物的不同，有不同的温湿度要求。总的来讲，一般的农作物在白天的温度最高不能超过32摄氏度，夜间温度不能低于12摄氏度。湿度也要控制在50%到70%之间，才是最适宜农作物生长的温湿度，超过或者低于最佳的温湿度，则会影响农作物的生长。 基于预期的目标，把系统设为五个模块，有数据采集模块、数据存储模块、越限报警模块、报警历史模块、系统时间模块。如图4.3数据采集数据存储越限报警报警历史记录系统时间图 4.3系统模块 （1） 数据采集是指从系统外部采集数据并进行转换后传输到系统内部的过程，能够给提供者提供一个功能完整的系统称为数据采集系统。对于基于计算机的数据采集系统来说，所采集的数据信号一般为电信号，所能处理的信号一般为数字信号。本次设计由于只是上位机的设计，所以数据采集模块就外接一个VISA，通过串口助手连接，直接输入需要的数据。（2）数据存储是指将采集到的温湿度数据进行存储，方便以后查询。（3）越限报警是指温湿度超过或者低于限定值的时候，系统自动报警。（4）报警历史记录是将报警的数据记录并保存，以便查询。（5）系统时间是指系统中有日期时间的模块，使记录的数据更加清晰明了。4.3.1前面板的设计首先创建一个前面板，然后根据实际系统时间波形图表数据记录接受串口数据报警灯温湿度上下限在本次设计中的整个上位机的监控界面的前面板如图3.1所示。温度计图 4.3.1监控界面前面板由图4.3.1可以看到，前面板主要由温湿度设定模块、温湿度显示部分、温湿度预警模块、温湿度报警历史模块、系统时间和实时温度曲线显示以及一些参数输入控件组成。每个控件各司其职，实现本次实验所需的所有功能，完成对大棚空间内部温度和湿度的实时监测和实时控制。完成前面板之后，在程序框图中进行电路框图的连接。4.3.2温湿度设定模块温度设定模块主要由温度上限设定、温度下限设定两部分组成。由于没有下位机，所以通过下载串口助手模拟信号,如下图4.3.2所示: 图4.3.2串口助手使用串口助手，实现信号的模拟。信号通过串口将信号发送到VISA,首先利用“VISA写入模块”将温度设定值传给单片机，然后用“VISA 读取模块”接收单片机传递过来的温度信息，并将其显示在波形图控件和温度计上，同时存储在文件中。因为串行通信中传递的是字符串类型的数据，因此需要将以数字量形式存在的温度设定值转化为字符串格式，才能写入“VISA写入模块”，在这里采用“数字至十进制字符转换”功能模块就是实现这一功能的。同样的，需要将从“VISA 读取”的字符串信息转换成数字量，然后才能在波形图控件上显示，在这里采用“十进制字符串至数值转换”功能模块实现这一功能。4.3.3温度预警模块实时温湿度需要根据预设的温湿度上下限做比较，当实时温湿度超过预设的温湿度上限时，控制串口发送99H消息；当实时温湿度低于预设的温湿度下限时，控制串口发送33H消息；当实时温湿度在预设的温湿度范围内时，控制串口发送11H消息。同时可以在实时检测的前面板，可以观察多个通道的运行状态。如图4.3.3所示，温度预警模块由两个布尔元件组成，在正常情况下，它们都显示为黑色；当温度或者湿度超过所设定的温湿度上限后，高温预警灯会显示绿色，同样当温度或者湿度低于所设定的温湿度下限后，低温预警灯会显示绿色。图4.3.3温度报警界面4.3.4温度显示部分 如图4.3.4所示，温度显示部分由一个温度计和一个显示控件构成，用来显示实时温度,它可以测量14到40摄氏度的温度，: 图4.3.4温度计4.3.5实时温度曲线模块 如下图4.3.5所示，实时温湿度曲线模块由波形图表控件组成，它用来根据所测的温湿度值来绘制温湿度变化的曲线，从而对温湿度的走势一目了然。共由两条曲线组成，分别是温度曲线、湿度曲线。图4.3.5 实时温度曲线模块4.3.6温湿度报警历史模块如图4.3.6所示，温室度报警历史模块由两个Excel表格组成，分别用来显示温度和湿度的报警类型、时间、报警数和报警值。湿度报警图4.3.6 温湿度报警历史模块4.4 程序后面板的介绍LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering）是一种开放型的通用程序开发系统，具有强大的数据采集、数据处理、数据分析和控制功能。程序开始首先利用VISA 配置串口模块对串行口进行初始化，然后判断开始/暂停采集按钮是否按下，如果处于按下状态，则执行Case语句的True分支程序；否则执行Case语句的False分支程序。在True分支程序里，首先利用“VISA写入模块”将温度设定值传给单片机，然后用“VISA 读取模块”接收单片机传递过来的温度信息，并将其显示在波形图控件和温度计上，同时存储在文件中。在Fasle分支程序中，则不进行任何操作。因为串行通信中传递的是字符串类型的数据，因此需要将以数字量形式存在的温度设定值转化为字符串格式，才能写入“VISA写入模块”，在这里采用“数字至十进制字符转换”功能模块实现这一功能。同样的，需要将从“VISA 读取”的字符串信息转换成数字量，然后才能在波形图控件上显示，在这里采用“十进制字符串至数值转换”功能模块实现这一功能。基于虚拟仪器的数据采集程序框图，如图4.4.1所示，显示界面如图图4.4.1 数据采集程序框图图4.4.2温度监控模块数据自动存储模块如图4.4.3所示。数据存储的功能是利用数据库实现的，运行系统，在桌面会自动生成一个.xls文件。如果想要查看某段时间的温湿度情况，可以在桌面上找到对应的.xls文件，单击，便在Microsoft Excel下打开。与同类的存储系统相比，本系统可以自动生成保存文件，这样既可以节省用户的时间，也减少了系统繁琐的操作步骤及一些不必要的麻烦。图4.4.3 数据自动存储模块4.5超限报警实现报警历史记录的程序框图，如图4.5所示。本块程序主要是对报警信号的记录，方便相关人员对报警数据分析。具体实现过程如下：将温度、湿度两路已报警的信号引出来，分别接入注册事件，构成两个用户事件。并将输出接到事件结构上，当有报警的信号时，事件结构执行，将此报警信号记录下来。图4.5 越限报警模块 基于虚拟仪器的温湿度控制是由采集模块、数据存储模块、报警历史重现模块组成的。也就是说，该系统可以实现这些模块所能实现的所有功能，必将这些功能组合在了一起。在熟悉前几章的准备工作后，就可以着手设计该系统。首先利用选项卡功能使实现采集，然后就是核心程序，利用VISA实现数据的采集，将数据自动储存到模块，再利用实现报警历史的保存。最后实现全部功能。第五章 程序的调试5.1 程序的运行 当编写完成一个虚拟仪器VI程序后，若想检验程序是否正确，在前面板和程序框图工具条上找到运行按钮，单击该按钮运行，使程序运行一次，程序运行后该按钮变成形状。如果想让程序连续运行，单击连续运行按钮，程序即可连续运行。停止按钮用于在程序运行中非正常的停止程序运行，在程序运行后该按钮由暗变亮。暂停按钮用于在程序运行时让程序暂停，单击该按钮，程序暂停，停止当前执行到的地方，停止单击，程序继续运行。5.2程序调试技术5.2.1找出语法错误 若一个VI程序不能执行，运行按钮会变成一个折断的箭头，这表示该VI存在错误。单击该折断的