虛擬儀器技術(shù)課程設(shè)計

1、安徽建筑大學(xué)課程設(shè)計課程名稱 虛擬儀器技術(shù) 課題名稱 溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 專業(yè)班級 xxx 姓 名 xxx 學(xué) 號 xxx 指導(dǎo)教師 xxx 2013年12月30目 錄一、摘要二、引言三、確定并分析系統(tǒng)設(shè)計要求1四、 系統(tǒng)的方案設(shè)計21、前面板控件組成22、程序框圖23、系統(tǒng)的軟件設(shè)計4第一步程序4第二步程序5a日期時間和采集間隔7b 報警燈與報警次數(shù)7c 暫停操作8d 程序結(jié)束10心得體會11參考文獻(xiàn)12一、摘要虛擬儀器是計算機(jī)技術(shù)和儀器測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它充分利用計算機(jī)強(qiáng)大的運算處理功能，突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。本文利用虛擬儀器平臺，通過編寫Labview

2、 軟件對溫度進(jìn)行測量，可以減少硬件的重復(fù)開發(fā)，有利于系統(tǒng)的維護(hù)，也便于系統(tǒng)軟件升級。：利用圖形化可視虛擬儀器應(yīng)用軟件labview作為溫度采集監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)平臺,通過數(shù)據(jù)采集卡與PC機(jī)構(gòu)成一個功能強(qiáng)大的虛擬儀器,實現(xiàn)對溫度的采集、顯示、監(jiān)測、報警等功能。利用虛擬儀器技術(shù)不僅簡化了系統(tǒng)硬件,軟件實現(xiàn)也很方便,同時圖形化的顯示使結(jié)果更直觀、準(zhǔn)確,并給出了模擬的系統(tǒng)程序關(guān)鍵詞：溫度、采集、虛擬儀器技術(shù)、labview。二、引言隨著人們生活水平的不斷提高,測量控制自動化無疑是人們追求的目標(biāo)之一，它所給人帶來的方便也是不可否定的。利用LABVIEW在測控領(lǐng)域中具有十分廣泛的應(yīng)用，它既可以測量電信號，又可

3、以測量溫度濕度等非電信號。本次設(shè)計用LABVIEW進(jìn)行溫度采集，沒有用到溫度傳感器，在這作者用模擬的進(jìn)行溫度采集，在LABVIEW里面用一個隨機(jī)數(shù)代替了采集到的溫度，通過控制它的上限溫度，和下限溫度采集在這個溫度區(qū)間的數(shù)值，在這個數(shù)值區(qū)間之外就報警，反之就采集。時下，家用電器和辦公設(shè)備的智能化、遙控化、模糊控制化己成為世界潮流，人民的生活與環(huán)境的溫度息息相關(guān)，在工業(yè)生產(chǎn)過程中需要實時測量溫度，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中也離不開溫度的測量，因此研究溫度的測量方法和裝置具有重要的意義。由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越寬、所涉及到的測量信號和信號源的類型越來越多、對測量的要求也越來越高，國內(nèi)現(xiàn)在已有不少數(shù)據(jù)測量和

4、采集的系統(tǒng)，但很多系統(tǒng)存在功能單一、采集通道少、采集速率低、操作復(fù)雜，并且對測試環(huán)境要求較高等問題。人們需要一種應(yīng)用范圍廣、性價比高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。我們這次的設(shè)計只是用LABVIEW進(jìn)行設(shè)計一個簡單的能進(jìn)行溫度采集控制的系統(tǒng)，系統(tǒng)中包括了開始采集，暫停采集，設(shè)置采集上限溫度和下限溫度，華氏和攝氏溫度顯示，是一個簡單的基于LABVIEW的系統(tǒng)。三、虛擬儀器簡介1.概述。虛擬儀器是在以計算機(jī)為核心的硬件平臺上, 其功能由用戶設(shè)計和定義, 具有虛擬面板, 其測試功能由測試軟件實現(xiàn)的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板, 以多種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果;

5、利用計算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析和處理; 利用I /O 接口設(shè)備完成信號的采集與調(diào)理, 從而完成各種測試功能的一種計算機(jī)儀器系統(tǒng)。使用者用鼠標(biāo)或鍵盤操作虛擬面板, 就如同使用一臺專用測量儀器一樣 。2.虛擬儀器的結(jié)構(gòu)根據(jù)I/O接口硬件設(shè)備的不同, 虛擬儀器可以分為多種類型, 本文采用的是基于串口的虛擬儀器測試系統(tǒng), 它以串行總線設(shè)備與計算機(jī)為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng), 其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。四、確定并分析系統(tǒng)設(shè)計要求溫度采集系統(tǒng)概要如下：A) 設(shè)置溫度采集數(shù)以及采集的速度。B) 通過判斷溫度是否在設(shè)置的范圍內(nèi)，進(jìn)行報警和不報警處理：如果超出溫度范圍，虛擬面板的LED燈亮，同

6、時報警次數(shù)+1；反之則不亮，報警次數(shù)不變。C) 采集的溫度數(shù)據(jù)需要同時通過兩種方式顯示：(1) 可通過虛擬面板的波形圖顯示；(2) 可通過表格顯示。其中表格中數(shù)據(jù)要求有采集時間。D) 同時在虛擬面板上，需要有：(1) 當(dāng)前時間顯示；(2)采集開始按鍵、采集停止按鍵、暫停按鍵等操作按鍵；(3)攝氏度和華氏度兩種顯示。為了設(shè)計方便，本設(shè)計用一個隨機(jī)數(shù)據(jù)來代替溫度傳感器測試電路產(chǎn)生的電壓輸出。五、設(shè)計方案1前面板控件組成此溫度采集系統(tǒng)包含：4個按鈕：開始采集、暫停、清除警報和停止采集。4個數(shù)值輸入控件：上限溫度、下限溫度、采集點數(shù)和采集間隔。4個顯示控件：溫度計、LED報警燈、顯示溫度數(shù)值的顯示控件

7、和顯示報警次數(shù)的顯示控件。1個波形圖表(實時顯示溫度波形)。1個Express表格(每當(dāng)采集一個溫度就會顯示出時間和溫度數(shù)值)。前面板如下圖所示：2.程序框圖程序運行后執(zhí)行2個步驟即程序結(jié)束：第一步，必須保證溫度采集系統(tǒng)并未開始執(zhí)行，必須由按鈕“開始采集”觸發(fā)后執(zhí)行采集數(shù)據(jù)。第二步，在這一步中，包含2個同步事件，分別有暫停事件、停止采集事件。1）停止采集事件：當(dāng)按下“停止采集”按鈕，無論其它情況，必須程序第二步結(jié)束。2）暫停事件：當(dāng)按下“暫?！卑粹o，采集卡必須停止收集數(shù)據(jù)，同時波形圖表和Express表格也不再動態(tài)顯示，各顯示控件也將保持暫停前狀態(tài)直至釋放“暫停”按鈕恢復(fù)原態(tài)。第二步中還包含有

8、當(dāng)采集數(shù)據(jù)數(shù)達(dá)到預(yù)給的采集點數(shù)時，程序自主停止結(jié)束。綜上，得出如下主流程框圖：3.軟件設(shè)計第一步：這個步驟主要服務(wù)按鈕“開始采集”，所以當(dāng)按鈕未觸發(fā)的條件下，應(yīng)使主程序始終停留在主程序順序結(jié)構(gòu)中的第一幀，所以這里采用一個while循環(huán)，循環(huán)體便是按鈕“開始采集”接在此while循環(huán)的條件接線端上。當(dāng)按鈕未觸發(fā)，則主程序始終停留在這一幀。當(dāng)按鈕觸發(fā)，while循環(huán)結(jié)束，這一幀執(zhí)行結(jié)束，進(jìn)入下一幀，即第二步。程序框圖如下圖所示：第二步：此步包含2個大體事件：停止采集和暫停。2個事件是同步的，即各自獨立運行，互不干擾，但卻對第二步程序運行的結(jié)果有著意義。同第一步，要保持順序結(jié)構(gòu)的第二幀不在條件不滿足

9、的條件下執(zhí)行結(jié)束，也要在第二幀執(zhí)行后進(jìn)入一個while循環(huán)，在這個while循環(huán)中執(zhí)行第二步的程序，直到滿足程序結(jié)束條件時退出while循環(huán)結(jié)束第二幀，并退出主程序。溫度計、溫度值、Express表格和波形圖表a溫度為了設(shè)計方便，本設(shè)計用一個隨機(jī)數(shù)據(jù)來代替溫度傳感器測試電路產(chǎn)生的電壓輸出。這里生成一個-50250的隨機(jī)數(shù)來表示溫度。同時還有扭轉(zhuǎn)開關(guān)去表示是攝氏度還是華氏度。攝氏與華氏的轉(zhuǎn)換公式如下：華氏 = 攝氏*9/5 + 32；隨機(jī)溫度值設(shè)計如下：bExpress表格將每次產(chǎn)生的溫度值送入表格顯示，在前面板創(chuàng)建一個Express表格，然后再程序框圖中將溫度送出的值送到表格的信號接點即可，如

10、下圖所示：為了能顯示溫度值收集到時的時間值，可選擇表格屬性，勾選包含時間數(shù)據(jù)項，如下圖：c波形圖表將數(shù)據(jù)實時顯示到波形圖中，這里采用的方法如下所述：由于執(zhí)行第二幀即進(jìn)入了一個大while循環(huán)結(jié)構(gòu)，在這個循環(huán)體中再放一個for循環(huán)，由于溫度值是單個數(shù)據(jù)，進(jìn)入波形圖必須是數(shù)組格式數(shù)據(jù)信號，則將采集溫度放置到這個for循環(huán)中，溫度值輸出到for循環(huán)外的波形圖中，如此便構(gòu)成了數(shù)組格式數(shù)據(jù)到波形圖。再者，要實現(xiàn)實時顯示，必須滿足采集數(shù)據(jù)越少越好，才能更快的顯示到波形圖中，如果數(shù)據(jù)過多，則只能等到這一組數(shù)據(jù)采集完了才能顯示，如此便有失實時一意，如此，此for循環(huán)僅執(zhí)行一次，也就是每采集一個數(shù)據(jù)便顯示到波形

11、圖中。程序如下：d日期時間和采集間隔顯示時間即在程序中獲取當(dāng)前時間字符串，輸出到一個字符串顯示控件即可，如下圖：采集間隔由用戶自定義，即給溫度采集設(shè)定一個采集間隔時間，在循環(huán)中加入一個定時即可，定時時間由采集間隔輸入控件給出，如下圖：e報警燈與報警次數(shù)當(dāng)采集到的溫度值大于上限溫度值或小于下限溫度值時，報警燈要亮燈示警，同時報警次數(shù)自動加1；否則滅燈，報警次數(shù)不變。這里采用一個條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)滿足報警條件則執(zhí)行條件為真的程序即自動加1，不滿足則執(zhí)行條件為假程序。并且報警次數(shù)通過主while循環(huán)的移位寄存器來記錄，并傳給for循環(huán)。在for循環(huán)中，報警次數(shù)傳給自動加1或不變的條件結(jié)構(gòu)前有一個“清除警報

12、”的條件結(jié)構(gòu)，當(dāng)按鈕“清除警報”未觸發(fā)時，即條件為假程序中將while循環(huán)移位寄存器的值不做任何改變傳遞給自動加1程序結(jié)構(gòu)，而當(dāng)按鈕“清除警報”觸發(fā)時，即條件為真程序中將while循環(huán)移位寄存器的值清零處理后傳給自動加1程序結(jié)構(gòu)。程序如下：f暫停操作當(dāng)“暫?！卑粹o觸發(fā)時，主while循環(huán)不執(zhí)行任何程序即空程序，而未觸發(fā)時，則執(zhí)行溫度采集程序等其他操作，因此，按鈕“暫?！敝赶蛞粋€條件結(jié)構(gòu)，條件真時為空程序，條件假時包含上一小節(jié)的for程序。同時，整個系統(tǒng)的采集數(shù)據(jù)個數(shù)也交給這個“暫?！辈僮骱椭鱳hile循環(huán)完成計數(shù)。即主while循環(huán)添加一個移位寄存器，在沒有暫停時，對于寄存器中的值沒執(zhí)行一次w

13、hile循環(huán)就自動加1，而在暫停時，對寄存器中的值不做任何修改，如此便可得到真正采集到的數(shù)據(jù)個數(shù)。程序如下圖：g程序結(jié)束1） 當(dāng)采集個數(shù)與用戶自定義的采集點數(shù)相等時，程序要結(jié)束。2） 當(dāng)按鈕“停止采集”觸發(fā)時，程序要結(jié)束。綜上，兩個條件為任一滿足時都要結(jié)束程序，所以兩個信號相或，或后的信號輸出到主while循環(huán)的條件接線端即可。程序如下圖：4.調(diào)試調(diào)試主要是檢測設(shè)計系統(tǒng)是否能完成任務(wù)要求的功能。首先讓系統(tǒng)自動連續(xù)運行，在設(shè)置里面設(shè)置上限溫度為10，下限溫度為100采集數(shù)量為10個，采集間隔兩秒，點擊開始采集，系統(tǒng)顯示圖如下：圖十一 系統(tǒng)調(diào)試圖從調(diào)試的圖中可以查看到采集的十個數(shù)種有八個在10度到

14、100度之外，所以報警八次，而從采樣數(shù)據(jù)顯示的八個數(shù)中的確有八個數(shù)不在采集溫度區(qū)間之內(nèi)。重新設(shè)置采集參數(shù)，實驗三次，結(jié)果一致，所以可以的出這次的采集系統(tǒng)設(shè)計很成功。六、心得體會第一次接觸LabVIEW 語言，看到它的圖形化的語言確實有一些驚奇，想不到編程語言如此復(fù)雜，竟然還有這么一種全部是圖形編輯的程序編輯軟件，真是對編程人員來說無疑是一大福音?。∮谑?，哥兒幾個就下定決心學(xué)好它，因為它有好幾點我們從來沒有體會過的好處：第一，圖形化的語言，只要你知道它的每一個圖標(biāo)和各種內(nèi)置的函數(shù)是表達(dá)怎么樣一個意思，你就會用它簡單快捷的實現(xiàn)你所要實現(xiàn)的功能；第二，很多硬件的東西可以用LabVIEW的內(nèi)置各種函數(shù)來代替，不僅大大節(jié)省了很多外部的各種電路元件，而且利用電腦的CPU高速處理系統(tǒng)，讓我們面對更加復(fù)雜的控制任務(wù)時更加從容，而不是局限于單片機(jī)系統(tǒng)有限的處理速度和片內(nèi)資源；第三，用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器，LabVIEW的強(qiáng)大之處正在于此，把各種的儀器都在電腦上虛擬化了，讓我們的工作更加方便。在制作課程設(shè)計的過程中，感覺自己的知識還是太有限了，還要繼續(xù)學(xué)習(xí)，因為它對我們以后的學(xué)習(xí)和工作太有幫助