基于虚拟仪器的温度测量系统

1、基于虚拟仪器的温度检测系统PAGE PAGE 46大连大学DALIAN UNIVERSITYDALIAN UNIVERSITY2013届毕业论文（设计）题目名称： 基于虚拟仪器的温度测量系统 所在学院： 信息工程学院 专业（班级）： 自动化 学生姓名： 指导教师： 评阅人： ： 基于虚拟仪器的温度检测系统设计总计：毕业论文 36 页 表 格 表 插 图 10 指导教师 评 阅 人 完成日期 2013/5/15 基于虚拟仪器的温度检测系统摘 要本文介绍了利用虚拟仪器开发平台LabVIEW, 进行温度控制系统设计, 其中包括了该系统硬件和软件部分的设计。针对传统测温系统存在的若干问题，基于虚拟仪表

2、技术，以LabVIEW为软件平台设计温度测量系统。将传感器测量到的数据通过数据采集卡采集到计算机，再利用虚拟仪器开发软件LabVIEW进行编程，有效地运用了LabVIEW虚拟仪器技术，将诸多重要步骤都在配备硬件的普通PC电脑上完成，使得整个测量的重点转向软件的设计，是虚拟仪器技术应用于温度测量领域的一个典型范例。 结果表明系统结构简单、界面良好、易于操作，测量准确、稳定可靠、温度控制精度高，系统交互性好，性价比高，可以满足工业测试的需要。关键词：温度测量； LabVIEW； 虚拟仪器；PC-DAQ; ABSTRACTThe paper introduced how to use the vir

3、tual instrument platform LabVIEW, designing the temperature control system， In view of traditional temperature measurement existence questions，it uses LabVIEW as software platform，the temperature measuring system based on virtual instrument technique is designedIt can realize the data acquisition of

4、 temperature as well as data transmission，analysis and display，with the development software of virtura instrumrents LabVIEWThe LabVIEW virtual instrument technology is eficiently used to complete many important processes in common PC computer which is integrated of hard waresSo it makes the key poi

5、nt of the measurement move to software design，and it is a typical example of applying virtual instrument technology into temperature measurement fieldExperimental results show that the system is simple，good interface，easy operation，measurement accuracy，stable，temperature control accuracy better ，its

6、 interactive perform ance is good, and its perform ance price ratio is highto meet the needs of industrial testKeywords: Temperature Measurement; LabVIEW; Virtual Instrument; Thermocouple; PC-DAQ; 目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc357800079 摘 要 PAGEREF _Toc357800079 h I HYPERLINK l _Toc357800080 A

7、BSTRACT PAGEREF _Toc357800080 h II HYPERLINK l _Toc357800081 1. 绪论 PAGEREF _Toc357800081 h 1 HYPERLINK l _Toc357800082 1.1 论文的研究背景及意义 PAGEREF _Toc357800082 h 1 HYPERLINK l _Toc357800083 1.2 虚拟仪器的现状及发展 PAGEREF _Toc357800083 h 2 HYPERLINK l _Toc357800084 1.2.1 虚拟仪器现状 PAGEREF _Toc357800084 h 2 HYPERLIN

8、K l _Toc357800085 1.2.2 虚拟仪器的发展趋势 PAGEREF _Toc357800085 h 3 HYPERLINK l _Toc357800086 1.3 论文的设计任务及主要工作 PAGEREF _Toc357800086 h 3 HYPERLINK l _Toc357800087 1.3.1 设计任务 PAGEREF _Toc357800087 h 3 HYPERLINK l _Toc357800088 1.3.2 论文完成的主要工作 PAGEREF _Toc357800088 h 4 HYPERLINK l _Toc357800089 2. 虚拟仪器概述 PAGE

9、REF _Toc357800089 h 5 HYPERLINK l _Toc357800090 2.1 虚拟仪器简介 PAGEREF _Toc357800090 h 5 HYPERLINK l _Toc357800091 2.1.1 虚拟仪器简介 PAGEREF _Toc357800091 h 5 HYPERLINK l _Toc357800092 2.1.2 PC-DAQ式虚拟仪器 PAGEREF _Toc357800092 h 5 HYPERLINK l _Toc357800093 2.2 LabVIEW简介 PAGEREF _Toc357800093 h 6 HYPERLINK l _T

10、oc357800094 2.1.1 G语言简介 PAGEREF _Toc357800094 h 7 HYPERLINK l _Toc357800095 2.1.3工作流程 PAGEREF _Toc357800095 h 7 HYPERLINK l _Toc357800096 3.硬件系统设计 PAGEREF _Toc357800096 h 9 HYPERLINK l _Toc357800097 3.1基于计算机的检测系统 PAGEREF _Toc357800097 h 9 HYPERLINK l _Toc357800098 3.2 系统硬件组成 PAGEREF _Toc357800098 h

11、12 HYPERLINK l _Toc357800099 3.3 温度传感器 PAGEREF _Toc357800099 h 12 HYPERLINK l _Toc357800100 3.4 温度变送器 PAGEREF _Toc357800100 h 13 HYPERLINK l _Toc357800101 3.5 数据采集卡 PAGEREF _Toc357800101 h 14 HYPERLINK l _Toc357800102 4. LabVIEW软件模块设计 PAGEREF _Toc357800102 h 15 HYPERLINK l _Toc357800103 4.1 前面板设计 PA

12、GEREF _Toc357800103 h 15 HYPERLINK l _Toc357800104 4.2 程序框图设计 PAGEREF _Toc357800104 h 16 HYPERLINK l _Toc357800105 4.2.1 系统总体框图 PAGEREF _Toc357800105 h 16 HYPERLINK l _Toc357800106 4.2.2 系统功能模块设计说明 PAGEREF _Toc357800106 h 16 HYPERLINK l _Toc357800107 结论 PAGEREF _Toc357800107 h 20 HYPERLINK l _Toc357

13、800108 致谢 PAGEREF _Toc357800108 h 21 HYPERLINK l _Toc357800109 参考文献 PAGEREF _Toc357800109 h 22 HYPERLINK l _Toc357800117 大连大学学位论文版权使用授权书 PAGEREF _Toc357800117 h 311. 绪论1.1 论文的研究背景及意义温度在日常生活、科研研究、业生产中是经常需要测量和控制的一个基本物理量, 许多科研和生产过程密切相关，温度检测系统的应用极具普遍性和重要性。PC-DAQ式虚拟仪器功能灵活、通用性强、可靠性高、性价比高，是一种非常实用的虚拟仪器结构方案，

14、应用非常广泛。随着科学技术与工业水平的不断发展，高精度的温度测量成为需求所在，同时也需要提高温度测量的范围。过去所使用的温度测量系统已经渐渐无法满足现代工程应用的需要，因此需要一种新的温度测量方法。基于虚拟仪器的温度测量以其特有的方便、快捷、稳定、高效而被广泛研究。工业生产中需要有高的产品质量和产量，同时也需要低的消耗，这些都需要合理的温度范围和测温的精确性，虚拟仪器正是能满足以上要求的新兴技术。虚拟仪器在测控领域的优势越来越明显，Labwiew也广泛应用于各种科研实践与生产中，这对虚拟仪器温度测量技术的研究具有重要意义。LABVIEW软件平台下的虚拟仪器测量技术，在如今的测控领域有着很重要的

15、位置。所以将温度测量与LABVIEW 虚拟仪器相结合就成了温度测试领域的一个重要课题。在传统测温领域中，使用的大多是一些传统测量器件，都是通过用硬件不能改变的固定软件实现功能。这些系统无法轻易改变功能和结构，要实现新的功能往往要更换整个软件，这种特性不能适应当今对测量系统越来越高的要求。虚拟仪器可以利用计算机的运算处理功能，以强大的处理能力来解决数据处理、显示、传输、存储等方面的问题，其交互式界面也便于系统的控制和显示测量数据，程序框图和外部电路都比较简单，容易实现。虚拟仪器软件有很好的扩展性，升级功能简单，便于维护。 基于虚拟仪器的温度测量系统研究是响应时代的发展与社会的进步，对于工业生产和

16、自动化进程的加快都是必不可少的一部分。需求决定生产，对温度测量高精度低成本的要求也是发展虚拟仪器温度测量的重要诱因。而越精确、方便、快捷、经济的温度测量方式越能满足工业与生活的需求。而基于虚拟仪器的温度测量正是这样一种高精度、方便、快捷、经济性价比高的温度测量方式。1.2 虚拟仪器的现状及发展1.2.1 虚拟仪器现状目前虚拟仪器技术发展迅猛，美国国家仪器公司（National Instruments Corp.简称NI）等一批厂商设计制造制造并推出了许多关于虚拟仪器技术的仪器产品。这方面的人才和技术也越来越重要，为了培养更多的这方面的人才，在美国一些大学已经将虚拟仪器技术作为一门课程。 虚拟仪

17、器的系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线，以及已经被PC机广泛采用的USB串行总线和IEEE1394总线1。以上各种总线配置需要虚拟仪器响应配合，NI公司为此开发了很多软件以及硬件（插件），用以不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统的组建。NI公司也在发展虚拟仪器的专用总线系统，1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台PXI，这是与Compact PCI 完全兼容的系统。这种虚拟仪器模块化主流平台PXI/Compact PCI的传输速度已经达到100Mb/s。是目前已经发布的最高传输速度。虚拟仪器有许多软件平台，其中最早和最具有影响力的开发软件是NI公

18、司的LabVIEW软件和Lab windows/CVI。LabVIEW采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件，编程简单方便。其中Lab windows/CVI适用于C语言的开发人员，在windows 环境下的标准ANSIC开发环境，除了上述开发软件外 HP-VEE和HPTIG平台软件， Ez-Test和Tek-TNS软件，以及Snap-Master平台软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件1。在我国在虚拟实验研究方面起步比较晚，相对于美国等国家有一定的差距，但近年来，随着虚拟仪器在各个领域中的应用越来越广泛，作用越来越大，我国的虚拟实验的研究和开发也得到重视，近年来随着很多科研、学术

19、、工程人员的研究，我们对虚拟仪表的研究成果显著。随着国内外对虚拟仪表研究的深入，虚拟实验技术已经和很多技术相融合，如虚拟现实技术、计算机仿真技术、虚拟仪器技术、远程实验控制技术等，与时代相融合是发展的必然趋势，技术的融合为我们提供了更多样的实验操作方式和实践学习方法。虚拟仪器技术是本课题的基点，虚拟仪器研发相对容易，在实验教学上实用性强，虚拟仪器可操作性好，是值得研究的3。1.2.2 虚拟仪器的发展趋势现如今电子行业的发展越来越迅猛，已经成为了当今社会的主流行业。在电子行业中电子测试占据着重要的地位，可以说是电子行业的基础。在某种意义上来说测试仪器的水平代表着电子技术发展的水平。电子技术在很多

20、领域中都有应用，这就表明电子测试仪器也更多的被用于许多非电量的精密测试设备的如此测量,因此也可以说这些领域的发展状况9，与时代的发展。虚拟仪器技术在测试行业已经被普遍应用，如自动化、石油钻探和提炼、生产中的机器控制等领域也有广泛的应用。在虚拟仪器技术中对转换器有比较高的要求，而高性能、低成本的A/D和D/A转换器的出现和发展无疑更进一步推动着虚拟仪器的发展。在硬件设计方面可以利用大量生产的芯片作为测量的前端组件，在软件设计方面图形化的数据流语言的LabVIEW可作为软件平台。硬件与软件技术的发展也无疑推动着虚拟仪器的发展。虚拟仪器的扩展功能也在不断的发展， 例如PC测试程序的开发和嵌入式处理器

21、和FPGA(现场可编程门阵列)上硬件设计等。能够在PC上这些为用户设计测试系统，定义硬件功能等提供了一个独立环境。随着我国科技和工业水平的发展虚拟技术的应用将越来越广泛。虚拟仪器的众多优势势必会让其代替传统仪器额位置，随着传统仪器的淡出，虚拟仪器将会得到更广泛的应用。1.3 论文的设计任务及主要工作1.3.1 设计任务本文主要设计一个LabVIEW软件系统，能够对温度信号进行处理、运算、记录，这些功能由虚拟仪表软件完成。而测量温度也必然需要传感器电路，也就是硬件电路，功能主要是完成温度信号的采集和和转换。计算机处理的电信号来自转换器处理的物理信号，并以其强大的运算能力进行处理，绘制温度曲线等。

22、技术要求：（1）所选传感器和自制的调理电路工作可靠。（2）温度曲线能够以图形方式显示，并且准确，稳定。（3）能够储存数据、累加、超限报警。（4）能够满足不同的测量精度和测量范围。（5）界面简单，易于操作。1.3.2 论文完成的主要工作（1）虚拟仪器温度测量系统的背景、目的及意义研究。（2）温度检测系统总体设计采用PC-DAQ式虚拟仪器结构系统。数据采集卡选择PCI-1710HG，软件开发平台选择LabVIEW。（3）LabVIEW和PCI-1710HG数据采集卡的应用研究。 研究LabVIEW开发环境的使用及编程方法，研究PCI-1710HG数据采集卡的功能及其在LabVIEW中的使用。（4）

23、系统硬件设计 温度传感器的选择及测量电路设计，A/D功能的实现，数据采集卡与计算机的连接。（5）系统软件设计 设计系统软件的功能，完成软件开发。（6）系统测试与试验结果分析2. 虚拟仪器概述2.1 虚拟仪器简介2.1.1 虚拟仪器简介虚拟技术、计算机通信技术与网络技术是信息技术的三大核心技术，虚拟仪器是虚拟技术的一个重要组成部分1。虚拟仪器的主要功能就是以计算机技术为基础，利用计算机的软件来代替传统仪器中的硬件，用虚拟的资源代替实际资源，节省了经济与资源，且有了更为精确的精度，既经济又实用且方便。虚拟仪器( Virtual Instrument; VI) 结合了计算机技术和传统仪器技术，这种和

24、则两利的方式是时代发展的趋势所在，这也必然是测量仪器的发展趋势所在。随着虚拟仪器技术在测控系统的广泛使用，测控技术走向软件化、图形化的趋势明显，虚拟仪器“以软代硬”的思想，在大大降低工程中硬件所占比重的同时，也大大降低了工程技术人员使用门槛“软件就是仪器”反映了其虚拟仪器技术的本质特征，Labview 及虚拟仪器技术同时为教学、实验和科研提供了一个优秀平台，得到了国内外许多科研机构及院校的认可7。虚拟仪器与计算机技术是密不可分的，虚拟仪器是基于计算机技术发展的，在具有虚拟仪器软件的计算机上可以有一个为虚拟仪器设计的操作界面，可以方便操作。作为测试仪器, 虚拟仪器的软件界面体现了很多的测试仪器的

25、特性。虚拟仪器也有许多功能功能模块, 这些功能模块的性能在主要靠计算机总线技术的发展和先进的元器件支持。2.1.2 PC-DAQ式虚拟仪器PC-DAQ是基于插入式数据采集卡(PC-DAQ:Personal Computer Data Acquisition)的简称，它是据采集系统中一种典型的虚拟仪器,它用计算机软件实现数据分析与处理，它的显示与控制面板可以在计算机显示器上实现4。DAQ仪器以微型计算机为平台，配以总线，用于测量和测试功能的数据采集卡及计算机软件，以实现测量和测试功能4。PC-DAQ 的数据采集系统最大特点是利用软件代替仪器来实现一些功能，软件是整个测试系统的核心,体现了“软件就

26、是仪器”的特点,系统功能扩展性好,大大减少了测试设备。PC-DAQ式虚拟仪器具有灵活的功能且其通用性强与可靠性很高，这种高性价比而且实用的虚拟仪器结构方案的应用非常广泛。虚拟仪器和其他例如数字化仪器、智能仪器的出现于发展取决于微电子技术和计算机技术、网络技术的迅速发展，正是这些技术在电子测量方面的应用使虚拟仪器单台仪器逐步发展到叠加式仪器系统、虚拟仪器系统等5。DAQ仪器与智能仪器不同点是它不需要专门的微处理系统。硬件设计主要是仪器插板，除了这些专业的仪器插板也可以直接使用数据采集卡，采集卡性能优秀技术成熟，可很好的与虚拟仪器配合使用。软件设计可利用LabVIEW等虚拟仪器开发系统。这样一来D

27、AQ仪器设计的周期可以大大缩短。在DAQ仪器中，测试过程的控制可以最大限度地实现自动化，这在长时间连续测试和反复巡回检测的应用场合特别有用，DAQ仪器可以方便地实现频谱分析、相关分析、传递函数分析及时间序列分析、模式识别等数据处理与分析功能18。利用计算机的已有资源，还可以方便地实现测量数据的永久存储、数据压缩、远距离传输、打印等。DAQ仪器的测量过程，如量程选择、开关选择、数据采集、传输、处理与显示输出等均可以由程序自动完成。测试过程可以采用人机交互式操作， 只要操作者熟悉一般PC的操作方法，即可方便地操作DAQ仪器。通常，DAQ仪器的操作可以通过键盘、鼠标、光笔和触摸屏来完成。应用多媒体技

28、术，还可以采用语音命令来实现操作18。2.2 LabVIEW简介自1990年代以来，计算机技术在飞快的发展，所以许多技术都基于计算机技术有了新的发展。其中虚拟仪器技术是代表之一，它是测量技术发展的一个成果，向着通用化、智能化和网络化发展。在虚拟仪器中，硬件负责信号的采集与输出，软件才是仪器的根本所在，每个使用者都可以根据自己不同的需求对软件进行方便的修改，以改变和增减仪器系统的功能，这正体现了“软件就是仪器”这种说法。Labview 是由美国NI 公司开发的一种基于图形化编程语言的虚拟仪器开发工具，是测量、测试和控制系统的开发工具。LabvIEw是当前流行的图形化语言开发环境，是一种功能强大的

29、编程语言(亦被称为G语言) 8。它内置信号采集、测量分析和数据显示功能，集开发、调试、运行于一体，内置几乎所有的常用信号处理函数以及大量现代的高级信号分析工具，而且以Lab-VIEW为平台编写的虚拟仪器应用程序可以容易地与硬件集成，同时也能连接到大多数通用数据库链接，与几乎所有的现场总线建立通信。 LabVIEW的良好界面对数据采集可以进行有效控制，以及在LabVIEW里实时显示数据。LabVIEW开发虚拟仪器支持的数据采集硬件往往价格比较昂贵，而以单片机为核心的多点温度采集虽然硬件成本较低，但开发过程复杂，编程工作量大，周期长，效率低2。为提高系统的性价比，LabVIEW软件设置了串口驱动程

30、序用来实现串口功能，这样就可以将采集到的数据传送到计算机系统，以便在LabVIEW环境下对接收到的数据进行处理。这样使LabVIEW的功能得到了充分利用，又有单片机快速及灵活的特点，降低了系统的开发成本，提高了效率。2.1.1 G语言简介G语言是一种图形化的程序语言，它的主要应用就是在LabVIEW中。VI就在LabVIEW 开发平台编制的虚拟仪器程序称的简。这种语言在编程时不需要编译程序代码，而用程序流程图编译。它利用一些技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，所以，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它能使使用者构建科学和工程系统的能力提高，时仪器编程和数据采集更为方便快捷。

31、使用它设计仪器、测试系统程序和原理研究时，能提高工作的效率。视为一个标准的数据采集和仪器控制软件语言，G语言如今已经被很广泛的应用在工业、学术和研究实验室等方面。LabVIEW 集成了与满足GPIB、VXI、RS-232 和RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数17。利用G语言编程有强大地功能和很强的灵活性，它使虚拟仪器的构建更加简单，其图形化编程方式也比其他枯燥的程序语句生动。LabVIEW环境下的G语言由程序前面板、框图程序和图标/连接端口三个部分组成。其中程序前面板模拟真实仪表的前面板设计而成，用于设置输入数

32、值和观察输出量。程序框图是对前面板功能的支持，用G言语编写，是虚拟仪器的关键技术。图标是面板上的各种控制按钮与显示工具，能让测量结果更直观额显示给用户。G语言图形化的编程语言，让熟悉各种仪器结构的人员很容易的编写程序，就像设计传统的电路图一眼。对于初学者图形化的形式更便于理解，使学习过程变的简单生动。2.1.3工作流程LabVIEW编程时会将很多基本的模块组成完整的虚拟仪器功能，各模块有I/O借口彼此分开工作又组成一个统一的整体。它的软件工作流程如图2-1所示。图2-1 软件工作流程图3.硬件系统设计3.1基于计算机的检测系统基于计算机的检测系统的组成部分有传感器、信号调理电路、模拟多路开关、

33、放大器、采样/保持器、模数转换器、计算机及外设等。模拟多路开关在计算机的软硬件控制下依次切换，接通各路模拟输入信号，同时采样/保持器和模数转换器也在计算机的控制下启动，转换后的数字信号被读入计算机，达到了巡回数据采集的目的。图3-1为基于计算机的检测系统构成。过程参数传感器信号调理过程参数传感器信号调理传感器传感器传感器传感器信号调理信号调理信号调理信号调理接口采样/保持定时与逻辑控制模数转换计算机显示器打印机 放大器 数字信号 开关信号图3-1 基于计算机的检测系统的组成（1）传感器在测量系统中被测参数经常是非电量，但是计算机只能识别和处理电信号。两者之间不能直接的进行数据处理，所以需要一个

34、中间环节将两者的信号统一，这样才能完成计算和测量。传感器正是这样一种原件，他负责被测参数信息的拾取，将非电量转换成电信号，然后才能做下一步的处理，实现了两种不同量之间的转换。 传感器有很多的种类，其中温度传感器有热电偶、热敏电阻等，机械力传感器有压敏传感器、应变片等，温湿度传感器有气敏传感器等。在传感器中把传感器输出到模数转换器输出的这一段信号通道称为模拟量输入通道。（2）信号调理传感器采集各种数据之后输出信号，这些信号有很多不同的形式，主要分为电量和非电量，这些信号的幅值与频率也都是不同的。因为数据采集设备自能采集电压信号，信号的范围只有如、等几种。这是传感器传送过来的一些费电呀信号就能直接

35、被接受，所以这些信号要经过一定的处理，而信号调理环节就是采集中传感器和数据采集设备间的中间环节，它要将传感器输出的信号处理后传送到采集设备中，使信号能够传递。（3）放大器放大器的作用是对模拟信号进行幅度放大、阻抗匹配、噪声抑制等预处理等。因为在实际应用中需要根据被测对象的特性选择合适的传感器来完成非电量的转换，在一个采集任务中传感器输出的信号幅值经常很小，而且会噪声等干扰，这种信号很难直接进行数模转换。这时就需要放大器对信号进行相应的处理。在幅值太小不能直接进行数模转换时，信号需经过放大器放大后，变换成标准电压信号，如05V、010V、-55V等，放大后的信号就可以在数模转换环节中转换。放大器

36、有很多的种类以满足各类传感器输出情况的不同。其中差分放大器、测量放大器和隔离放大器等可以抑制输入信号的工频、静电和电磁耦合等共模干扰，斩波稳零运算放大器可以减小放大器输出的失调和漂移，量程可以变换的程控增益放大器可以使不同数量级的输入电压都具有最佳变换。（4）模拟多路开关模拟多回路开关是为了在要求高速的的场合实现多回路检测功能，就是在数据采集系统中对对多个物理量进行采集，低速的数模转换器在实现这一功能时十分复杂，而在模拟多路开关中就可以很简单的完成。模拟多路开关可以在不同的时间选择一个时间将多个通道中的一个通道选通，这样转换器中只有一路信号输入，使转换器工作不会出现很大误差。因此一套如采样/保

37、持电路、模数转换器及处理电路等多路开关后的单元电路就能完成多回路检测，这使成本大大大的降低，设备也相对简单。在多路开关中有2N个模拟输入端，N个通道选择端，选通信号控制选择其通道开关闭合，使想要的模拟输入端与多路开关的输出端相通，使该路模拟信号通过。如果设计要求以固定的序列周期闭合各个开关，就要按一定规律改变选通信号，这样模数转换器分时复用可以构成的周期性分组的分时复用输出信号对各通道模拟信号进行转换。（5）采样/保持器因为在对模拟信号进行模数转换需要一些转换时间，在转换时要保持信号不变，变动的信号会使转换精度出现很大偏差。实时采集的信号总是在变化，尤其是在信号频率高时，转换偏差更多。在模数转

38、换器之前加入采样/保持器可以保证模数转换精度。采样/保持器可以利用逻辑信号保持模拟输出信号的瞬态值，这样就给了模数转换足够额转换时间。采样/保持器以电容为储存原件保存逻辑信号值。在模拟多路每个通道开关之前添加采样/保持电路，也可实现对瞬时信号进行同时采样。采样/保持器可以大大提高数据采集系统的采样频率。（6）模数转换器模数转换器的主要功能是把模拟信号转换为数字信号。在系统中采样保持器输出的信号时模拟信号，而计算机只能处理数字信号，所以他们之间要加入模数转换器对信号进行转换。它是模拟输入通道的关键环节，会很大程度上影响数据采集系统采样速率和精度。 模数转换器的种类有很多，能应对输入信号变化速度不

39、同时系统对分辨力、精度、转换速率及成本等要求。在早期，设计人员要自己设计采样/保持器与模数转换器，目前由于集成电路的高度发展，可以把它集成到单片机等器件上，这样也为系统设计提供了很大的方便。当被测信号变化频率较高时，例如微型计算机数据采集系统的模数转换器被共用，巡回采集多路模拟信号的数据，此时就需要采用逐次逼近型模数转换器这种转换速度较高的模数转换器。（7）定时与逻辑控制电路因为不合适的定时会影响系统的精确度，所以数据采集系统中对器件的定时关系要求比较严格，需要一个电路来控制数据。定时与逻辑控制电路中定时电路负责按照各个器件的工作次序产生各种时序信号，而逻辑控制电路负责依据时序信号产生各种逻辑

40、控制信号。（8）接口电路输入接口电路将从传感器送到计算机的信号进行必要的整形或者电平转换。某些输出接口电路模块还提供如功率放大模块等其他电路模块，使用户可以通过数据采集设备的数字I/O直接控制电磁阀、继电器、电机等外设。（9）计算机与外设计算机和外设负责对数据采集系统的工作进行管理和控制，同时还具有显示、打印、报警、制表等功能。计算机是数据采集系统的核心，它能按照预先安排好的程序，对输入信号自动进行信息处理、分析、计算，并做出相应的控制决策。然后通过输出通道发出控制命令信息来控制被控对象进行工作。标准外设主要有三类：输入设备、输出设备和外部存储器。3.2 系统硬件组成本文温度检测系统的设计主要

41、使用热电阻，硬件检测系统组成如图3-2所示。图3-2温度检测系统硬件组成其中，温度检测传感器选用热电阻，信号调理由变送器完成，模拟多路开关、放大器、采样/保持器和模数转换器的功能由数据采集卡完成。PCI-1710HG多功能数据采集卡插到PC机中的PCI插槽中，并通过PCL-10168数据线缆与PCLD-8710接线端子板连接。3.3 温度传感器本文选用的传感器为Pt100铂电阻。如图3-3所示。图3-3 Pt100热电阻热电阻的工作原理是根据导体随温度变化特性，根据不同温度的不同性能来测试温度。这种电阻对材料有很高的要求，热电阻材料要电阻温度系数大，稳定性好，电阻率高，电阻与温度之间最好有线性

42、关系。其材料要求常用的热电阻有铂电阻(650以内)和铜电阻(150以内)。铂电阻是绕在线圈骨架上的0.050.07的铂丝封装在玻璃或陶瓷管等保护管内构成。在0650以内，它的电阻Rt与温度t的关系为：Rt=Ro(1+At+Bt2)，式中： Ro系温度为0时的电阻值(本实验的铂电阻Ro100)。A3.9684103，B5.8471072 8 。铂电阻测量温度时一般采用三线制，其中一端接一根引线，另一端接二根引线，主要为远距离测量消除引线电阻对桥臂的影响，近距离测量时可用二线制，导线电阻忽略不计。3.4 温度变送器在本文的设计中，信号调理的功能由温度变送器来完成，选用AI-708人工智能调节器，如

43、图3-4所示。温度变送器将电阻信号转换成420mA直流电流输出，再通过跨接250欧姆电阻，可转换成数据采集环节能接收的15V直流电压信号。图3-4 AI-708AI-708是一种具备0.2级的精度的普及型仪表，可编程输入规格，如果要选择热电偶、热电阻、线性电阻和电压（电流）的输入可以设置其参数。它有很多功能和很广泛的应用，功能包括位式调节、人工智能调节、通讯、变送和上限、下限、正偏差、负偏差等报警等，主要应用适合作高精度测量显示、变送、位式调节或报警等用途，它具有可编程模块化输出，支持时间比例（继电器触点开关、SSR电压、可控硅无触点开关及单相/三相可控硅过零触发信号等）和线性电流（包括0-1

44、0mA及4-20mA）等多种输出方式11。3.5 数据采集卡 数据采集卡是一种集成电路，也就是在一块电路板上集成很多功能模块，而在总体上能够实现一些功能。在数据采集卡电路中集成了很多总线接口电路包括多路开关、采样/保持器、程控放大器、A/D和D/A转换器、控制逻辑、地址译码、光电隔离等电路，还有一些必不可少的应用电路。本文选用研华PCI-1710HG数据采集卡实现计算机检测系统中的过程通道。PCI-1710HG数据采集卡同其他采集可一样有很多功能，是现在应用比较多的一款数据采集卡，PCI-1710HG是PCI总线数据采集卡。PCI-1710HG数据采集卡及其配套的PCL-10168数据线缆和P

45、CLD-8710接线端子板如图3-5所示。PCI一1710HG具有常用的测量和控制功能，如：12位AD转换、DA转换、数字量输入、数字量输出及计数器定时器功能。PCI一1710HG支持即插即用，能自动默认地址和中断号都，免去了手工设置地址和中断号的跳线，使用简单方便。图3-5 PCI-1710HG及其配套产品4. LabVIEW软件模块设计4.1 前面板设计软件主要完成对数据的采集与记录，硬件电路传过来的温度信号可以通过软件进行记录与分析。软件的前面板也就是用户界面是虚拟仪器中很重要的一部分，而且可以根据不同的需求进行相应的调整，相对传统硬件仪表更经济更方便。本系统的软件设计可以连续的记录与处

46、理温度信号，以温度为纵轴时间为横轴绘出温度时间曲线，温度与时间轴都可以根据用户需求做相应的调整。软件可以显示温度的当前值、平均值、最大最小值和累加值，同时也可以记录测量个数，设置温度上限值与下限值并设置提示灯，以便在温度达到上下限时用户可以直观发现。这些数值都会在前面板下方以数值方式显示。用户前面板如图4-1所示。图4-1 软件前面板4.2 程序框图设计4.2.1 系统总体框图系统的用户面板只是为用户提供一个直观观察数据的平台，LabVIEW除了前面板还需要系统程序框图。程序框图是一个虚拟仪表的核心，通过编辑程序框图可以改变虚拟仪表的功能。图4-2是系统的系统总体框图。图4-2 系统总体框图4

47、.2.2 系统功能模块设计说明 .采集卡选择部分图 4-3 采集卡选择程序SELECT DEVICE是选择设备程序，选定设备之后由deiver open 打开设备。SELECT Channel 和SELECT Gain 分别是选择频道弹出和获取弹出选择。信号在经过AIConfig转换过后输入下一环节。DeviceOpen 功能：开启数据采集卡Input: DevNum 为给定的卡编号。Outputs: 1. DevHandle 是卡开启后电脑给卡的编号。2.error out开启过程中错误信息输出。（输入，输出由上到下依次为1,2,3，下同）AIConfig.vi功能：设定单AD转换的参数。I

48、nputs: 1. DevHandle 从DeviceOpen 而，代表这张卡的数字。2. Chain&Gain Channel 工作的单个channel（装换器），数值从015。Gain 依照先前所述规格填入Gain 值决定输入范围。3. error in 由DeviceOpen 而，说明同前。 图4-4 为vi前面板 图4-4 VI前面板Outputs: 1. DevHandle 将这张卡的数据继续传输到下一环节。2. Chain&Gain 將输入端所设定的Chain&Gain 传到其他函数。3. error out 设定过程中错误信息输出。 当前值和温度曲线显示部分 温度数值与曲线显示程

49、序如图4-5所示图 4-5 温度数值与曲线显示程序经过AICFG.C和AIVOLI.C的D/A转换过后信号变成数字信号，进过运算和放大分别输入到当前值和温度曲线。同时对数据进行累加。AIVoltageIn.vi功能：读取进入装换器信号的电压值。Inputs: 1. DevHandle 从AIConfig 而。2. Chain&Gain 从AIConfig 而，代表此转换器工作模式的设定。3. TrigMode 无符号整数，表示触发模式。0为软件触发，1为硬件触发。4. error in 由AIConfig 而，说明同前。Outputs: 1. DevHandle 说明同前。2. Voltage

50、 是这个装换器AD 之后所得到的信号福特值。3. error out 读取过程中错误信号输出。 上下限模块 如图4-6为上下限模块程序图图4-6 温度上下限程序程序中设定温度的上限和下限，当温度不在这个范围内时指示灯会由绿色变成红色，上限灯亮说明温度过高，下线灯亮说明温度过低。上限与下限的值都可以在图中上限值，下限值处修改，其大小也会在前面板显示。经过变换处理后的信号会与设置好的上下限数值进行比较，温度信号小于上限信号输入到信号灯为真，信号灯为绿，反之为红色，也就是温度超过上限值。温度信号大于下线信号输入到下线信号等的值为真，信号灯为绿，反之为红，也就是温度小于下限值。 停止部分图4-6 停止

51、部分停止部分程序图如图4-6所示，当按下停止按钮后系统停止工作。结论以LabVIEW软件为平台，利用热电偶测量方法的温度测量系统相对于传统的温度测量系统使用简单、体积小、灵敏度高、响应时间短、抗干扰能力强等特点。是传感器技术与虚拟仪器技术结合应用实践。因为LabVIEW软件的使用，可以在计算机上实时的监控测量温度，使工作条件得到了优化。同时也提高了测量的精度，节约了时间，降低了成本。基于虚拟仪器的温度测量系统也有很好的拓展性，因为是软件设计所以可以随时根据不同的要求而对系统进行设计。实现不同用户的不同需求的操作，可以实现远程控制等。致谢经过几个月来的研究与学习终于将本篇论文完成，其中离不开指导

52、老师和众多同学的帮助。感谢指导老师对于各种理论知识还有软件应用的讲解，如果没有您的帮助仅凭我一个人是完成不了本论文的。也感谢各位同学在一些问题上的帮助，你们的思维方式与想法给了我很大的启发。当然论文能顺利完成也离不开前人的研究基础，正是有了你们的成果我才能通过各种资料与文献完成自己的设计想法。同样感谢的还有四年来我的各位老师，正是在你们哪里学到的各种知识让我有了完成本论文的知识沉淀。总之谢谢各位，谢谢你们对我的帮助。参考文献1 林辉,郭艳珠. 基于LABWIEW的测温系统设计J. 电子设计工程,2010，18(8）:79-80.2 邵梅,张桂香 等基于PCI一1710HG数据采集卡的衡器系统开

53、发D. 山东理工大学.2-3.3 舒剑，叶英植. 基于USB接口的集成数字温度检测仪设计J. 国外电子测量技术2008, (12):2-3.4 马宏伟, 姜俊英, 魏 巍. C+组建基于PC-DAQ的虚拟仪器J. 安科技学院报，2010(21):2-3.5 卢佳，徐熙平. LabVIEW环境下自动温度检测系统的研究J.电子测量技术，2011（9）：80-82.6 张丽娜，姜新华，李红岩.基于LabWIEW的多点温度检测系统控制J.内蒙古大学学报，2010（4）：386-388.7小燕，樊利军.基于Labview的温度检测报警系统J.北京工职业技术学院学报，2012(1):47-50.8张瑜，张

54、升伟.基于铂电阻传感器的高精度温度检测系统设计J.传感技术学报，2010,3（23-3）：311-313.9郭丹.基于虚拟仪器的多点温度检测J.北京联合大学学报，2010（81）：33-36.10陈勇，高尚，曹玉保 . Design of detection system for mine humidity and temperature based on internet of thingsJ.电子设计工程, 2012：18-20.11 杨琪文，陈剑桥.基于LabWIEW的温度参数测试系统设计J.仪表技术与传感器，2009，（10），67-68.12 沈才忠，周连琴.基于虚拟仪器技术的高精度

55、温度仪J.仪表技术与传感器，2009，（7），30-32.13 何巍.基于虚拟仪表的温度测量系统J.山西电子技术，2011，（4），8-9.14 王世明，王芳. 基于虚拟仪器的温度测试系统的开发J.2009,27(21)，2-4.15 江伟,齐曰霞,袁芳 等. 基于虚拟仪器平台温度控制系统的设计J.传感器与仪表，2008，24（8），163-165.16 李训文. 基于虚拟仪器技术的温度远程监测系统设计J.微计算机信息，2012，28（5）.40-42.17 戴国平，基于LabVIEW的太阳能沼气发电工程无线监测系统的研究D, 2011 江苏大学18 喻浩，基于PC_DAQ的航空瞄准具测试仪J

56、,科技广场，2010,9. 141-144.附录1 英文文献翻译一英文原文Virtual Instruments Based on Reconfigurable Logic二汉语翻译基于虚拟仪器的可重构逻辑1、虚拟仪器的产生背景今天，我们是在一个高度发达的信息社会，这需要在有限的时间和空间来实现大量的信息交流，必然带来信息密度的迅速增加，需要有更快的速度和更强大的功能，信息电子系统处理。一方面，电子技术的发展和市场需求的客观测试仪器自动化和灵活的方向发展，另一方面，电子技术和市场的发展，也使虚拟仪器。在这种情况下，微型计算机基础上的虚拟仪器逐渐成为现实，它的出现和广泛使用为测试系统的设计提供了

57、一个很好的模型，并让工程师更加强大和灵活的测量和控制。2虚拟仪器的概念虚拟仪器（虚拟仪器，简称为VI）的概念被首次提出在20世纪80年代由美国国家仪器公司（NI）。虚拟仪器是计算机设备的一种系统，该系统基于通用计算机为核心的硬件平台上，由用户定义的虚拟前面板，测试功能由计算机执行的测试软件。其核心思想是利用强大的计算机资源，否则将需要硬件，软件技术，以尽量减少系统成本，提高系统的功能性和灵活性。虚拟仪器代表了根本性的变化，从传统的基于硬件的测试系统，以软件为中心的测试系统。虚拟仪器的出现是一场革命的历史文书，它代表了最新的发展方向和趋势的仪器，科学技术和工业生产进度的发展产生了不可估量的影响。

58、虚拟仪器具有许多优势，如高性能，可扩展性强，开发时间短和无缝集成。3. 图形化虚拟仪器开发平台LABVIEW 简介及其优势LabVIEW是实验室虚拟仪器工程工作台，它是一个强大而灵活的仪器和分析应用程序的开发工具，由NI（美国国家仪器）创建LabVIEW是一种图形化编程语言，主要用于开发数据采集，仪器控制数据处理和分析软件。目前，软件的开发在国际上的测试，测量和控制行业，在全国的测量和控制领域也得到了广泛的使用。函数发生器是一个通用的工具，广泛应用于科学研究和工程设计。LabVIEW软件开发平台，具有以下优点：1。它使用图形化编程方法，设计者不需要编写任何代码的文本格式，是真正意义上的工程师的

59、语言。2。它提供了丰富的数据采集，分析和存储的库函数。3。同时提供传统的调试工具，如设置断点，单步，同时提供了一个独特的工具，强调该计划的实施运行的动画风格，这将帮助设计人员观察，在执行细节，使调试和开发更方便。4。 32位编译器生成32位编译程序，确保用户实现高速数据采集，测试和测量解决方案。5。包括通信总线的数据采集，GPIB，PXI，VXI，RS-232/485和其他类型的设备的功能，使开发谁不知道不同的巴士站可以驱动器的接口设备和仪器6。提供了大量的代码或软件用于连接外部机制，如DLL（动态链接库），DDE（共享库），ActiveX和。7。强大的互联网功能，支持常见的网络协议，方便组网

60、，远程监视和控制设备的开发。图形程序编程简单，直观，开发和高效率。随着虚拟仪器图形化编程语言的不断发展，测试和控制领域将成为最流行的趋势。4. 虚拟仪器的发展方向作为一种新的工具，虚拟仪器的优势是用户自定义的功能和结构的仪表，而且易于制造，转换灵活，已被广泛用于电子测量，声学分析，故障诊断，航空航天，工程机械，建设工程，铁路交通，生物医药，和许多其他方面的教学和研究。计算机硬件和软件技术，通信技术和网络技术，虚拟仪器的发展提供了广阔的天地，随着时代的发展，中国和外国的设备部门是很大的市场。监测设备将是高效，高速，高精度，高可靠性，自动化，智能化和网络化方向。开放标准的数据收集将仪器的标准化，通