傳感器綜合應(yīng)用1

1、機(jī)電類自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用 教材配套多媒體課件教材配套多媒體課件統(tǒng)一書號(hào)：統(tǒng)一書號(hào)：ISBN 978-7-111-34300-4配套教學(xué)網(wǎng)站：配套教學(xué)網(wǎng)站：或或http:/www.sensor-（共（共13章，第十三章章，第十三章 上）上）2012年年7月版月版第十三章第十三章 傳感器在現(xiàn)代傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用檢測(cè)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用 本章介紹本章介紹傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的綜傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用合應(yīng)用，以及，以及如何組成測(cè)控系統(tǒng)如何組成測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)，對(duì)現(xiàn)代現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)、虛擬儀器虛擬儀器、LabVIEW、DAQ等等在檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用作了介紹。并簡(jiǎn)單介在檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

2、作了介紹。并簡(jiǎn)單介紹紹檢測(cè)系統(tǒng)中常用的硬件檢測(cè)系統(tǒng)中常用的硬件。13.1 現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)13.2 基于虛擬儀器的檢測(cè)系統(tǒng)基于虛擬儀器的檢測(cè)系統(tǒng)傳感器在汽車中的應(yīng)用傳感器在汽車中的應(yīng)用、傳感器在數(shù)控機(jī)床傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用中的應(yīng)用、傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用、傳感器傳感器在智能樓宇中的應(yīng)用在智能樓宇中的應(yīng)用： 見十三章（下）見十三章（下）第十三章傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用第十三章傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用 目目 錄錄進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入進(jìn)入傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用舉例舉例 一個(gè)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要一個(gè)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠

3、需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，來(lái)，來(lái)快快速地測(cè)量速地測(cè)量鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)上許多重要部位的鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)上許多重要部位的溫溫度、壓力、流量、液位度、壓力、流量、液位、燃燒狀況、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位、燃燒狀況、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、應(yīng)力等移、應(yīng)力等熱工、機(jī)械參數(shù)熱工、機(jī)械參數(shù)，還必須測(cè)量發(fā)電機(jī)的，還必須測(cè)量發(fā)電機(jī)的電電壓、電流、功率、功率因數(shù)壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，以及各種輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行綜合處理，將各被監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)進(jìn)行然后進(jìn)行綜合處理，將各被監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)字或模擬顯示或模擬顯示，自動(dòng)，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行工況調(diào)整運(yùn)行工況，對(duì)某些超限參數(shù)進(jìn)，對(duì)某些超限參數(shù)進(jìn)

4、行行聲光報(bào)警聲光報(bào)警或采取緊急措施。在上述這個(gè)系統(tǒng)中，需或采取緊急措施。在上述這個(gè)系統(tǒng)中，需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種機(jī)械、熱工量轉(zhuǎn)換成電要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種機(jī)械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計(jì)算機(jī)量，供計(jì)算機(jī)采樣采樣、運(yùn)算運(yùn)算和和記錄記錄。 現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)火力發(fā)電廠機(jī)組火力發(fā)電廠機(jī)組汽輪機(jī)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)勵(lì)磁機(jī)第一節(jié)第一節(jié) 現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)可分為三種基本結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)可分為三種基本結(jié)構(gòu)體系（智能儀器、（智能儀器、. .個(gè)人儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)）個(gè)人儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)） 1.1.智能儀器：智能儀器：將

5、諸如微處理器、存儲(chǔ)器、將諸如微處理器、存儲(chǔ)器、接口等芯片與傳感器融合在一起，可組成智能接口等芯片與傳感器融合在一起，可組成智能儀器。它有儀器。它有專用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示專用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示屏屏等，等，多使用匯編語(yǔ)言，體積小，專用性強(qiáng)多使用匯編語(yǔ)言，體積小，專用性強(qiáng)。智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)圖智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)圖智能傳感器的特點(diǎn)智能傳感器的特點(diǎn)“Intelligent Sensor”或或“Smart Sensor”稱為稱為智能傳感器，就是智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測(cè)帶微處理器、兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器和信息處理功能的傳感器，具有類似于人工智具有類似于人工智能

6、的作用能的作用。它將微處理器、存儲(chǔ)器、接口芯片。它將微處理器、存儲(chǔ)器、接口芯片與傳感器融合在一起，組成的檢測(cè)系統(tǒng)，有專與傳感器融合在一起，組成的檢測(cè)系統(tǒng)，有專用的小鍵盤用的小鍵盤、開關(guān)、按鍵及顯示器（如數(shù)碼管）、開關(guān)、按鍵及顯示器（如數(shù)碼管）等，多使用匯編語(yǔ)言，體積小，專用性強(qiáng)，性等，多使用匯編語(yǔ)言，體積小，專用性強(qiáng)，性價(jià)比高。價(jià)比高。 智能儀器的單片機(jī)芯片及模塊智能儀器的單片機(jī)芯片及模塊 51系列單片機(jī)芯片系列單片機(jī)芯片智能儀器的數(shù)字信號(hào)處理智能儀器的數(shù)字信號(hào)處理DSPDSP芯片芯片 51系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊 各種智能儀器各種智能儀器 最低最低溫度溫度最高最高溫度溫度

7、手持式頻譜儀和手持式頻譜儀和示波器示波器2.2.個(gè)人儀器個(gè)人儀器 個(gè)人儀器又稱個(gè)人儀器又稱個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它。它是以個(gè)人計(jì)算機(jī)（必須是以個(gè)人計(jì)算機(jī)（必須符合工控要求符合工控要求）配配以適當(dāng)?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢以適當(dāng)?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)系統(tǒng)。 組裝個(gè)人儀器時(shí)，組裝個(gè)人儀器時(shí)，將傳感器信號(hào)傳送到相將傳感器信號(hào)傳送到相應(yīng)的接口板（或接口盒）中應(yīng)的接口板（或接口盒）中，再，再將接口板插將接口板插到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中，或?qū)?，或?qū)⒔涌诤械慕涌诤械腢SB插頭插頭插入計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插座上，插入計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插座上，編寫相應(yīng)的編寫相應(yīng)的軟件就可以

8、完成自動(dòng)檢測(cè)功能軟件就可以完成自動(dòng)檢測(cè)功能。 個(gè)人儀器的硬件結(jié)構(gòu)框圖個(gè)人儀器的硬件結(jié)構(gòu)框圖利用個(gè)人計(jì)算機(jī)本身所具有的完整配置來(lái)取代智能儀器中的利用個(gè)人計(jì)算機(jī)本身所具有的完整配置來(lái)取代智能儀器中的微處理器、開關(guān)、按鍵、顯示數(shù)碼管、串行口、并行口等，充微處理器、開關(guān)、按鍵、顯示數(shù)碼管、串行口、并行口等，充分利用了個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，并保留了個(gè)人計(jì)算機(jī)原有分利用了個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，并保留了個(gè)人計(jì)算機(jī)原有的許多功能。傳感器信號(hào)送到相應(yīng)的接口板上，再將接口板插的許多功能。傳感器信號(hào)送到相應(yīng)的接口板上，再將接口板插到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中或?qū)Ｓ玫慕涌谙渲校湟韵鄳?yīng)的軟件就到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中或?qū)Ｓ玫?/p>

9、接口箱中，配以相應(yīng)的軟件就可以完成自動(dòng)檢測(cè)功能。開發(fā)者的重點(diǎn)在于程序的編寫。可以完成自動(dòng)檢測(cè)功能。開發(fā)者的重點(diǎn)在于程序的編寫。一體化工作站一體化工作站 平板式平板式工作站工作站（帶觸摸屏）（帶觸摸屏）軍用便攜式軍用便攜式工作站工作站一體化工作站（續(xù)）一體化工作站（續(xù)） 工業(yè)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）機(jī)箱工業(yè)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）機(jī)箱 工控機(jī)的工控機(jī)的抗電磁干擾能力抗電磁干擾能力、防振防振、防潮、防潮、防塵能防塵能力均較強(qiáng)力均較強(qiáng)，有較多的擴(kuò)展槽有較多的擴(kuò)展槽，它的，它的電源系統(tǒng)有較好電源系統(tǒng)有較好的抗電磁干擾能力的抗電磁干擾能力。雖然工控機(jī)的。雖然工控機(jī)的價(jià)格比個(gè)人電腦價(jià)格比個(gè)人電腦貴貴，但，但可靠性強(qiáng)可靠性

10、強(qiáng)得多，得多，性能價(jià)格比高性能價(jià)格比高，適合在工業(yè)，適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)條件較惡劣的場(chǎng)合使用條件較惡劣的場(chǎng)合使用。工業(yè)級(jí)底板工業(yè)級(jí)底板底板上的擴(kuò)展槽用于底板上的擴(kuò)展槽用于 插接各種插接各種數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡PCI擴(kuò)展槽擴(kuò)展槽ISA擴(kuò)展槽擴(kuò)展槽各種數(shù)據(jù)采集卡各種數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為2.54mm（0.1英寸）英寸）各種數(shù)據(jù)各種數(shù)據(jù) 采集卡（續(xù)）采集卡（續(xù)）PCI數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集傳輸卡傳輸卡ISA槽與槽與PCI槽的外形區(qū)別槽的外形區(qū)別ISA槽槽PCI槽槽將功能卡插到將功能卡插到ISA槽中槽中功能卡的鍍金腳功能卡的鍍金腳端子板與功能卡的

11、連接端子板與功能卡的連接 端子板作為功能卡的擴(kuò)展附件，端子板作為功能卡的擴(kuò)展附件，用于連接傳感器信號(hào)用于連接傳感器信號(hào)光耦光耦25芯排線芯排線數(shù)據(jù)鎖存器數(shù)據(jù)鎖存器去計(jì)算機(jī)去計(jì)算機(jī)ISA槽槽傳感器信號(hào)線接線端子傳感器信號(hào)線接線端子端子板與功能卡的連接端子板與功能卡的連接37芯排線芯排線端子板端子板PCI數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集、控制卡控制卡傳感器信號(hào)線接線端子傳感器信號(hào)線接線端子輸出信號(hào)接線端子輸出信號(hào)接線端子去計(jì)算機(jī)去計(jì)算機(jī)PCI槽槽其他端子擴(kuò)展板其他端子擴(kuò)展板 34芯排線插座芯排線插座37芯排線插座芯排線插座USB 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡（盒）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡（盒）USB數(shù)據(jù)采集電纜數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)接線端子接線端子

12、數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機(jī)數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機(jī) 筆記本電腦數(shù)據(jù)筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)采集整機(jī) 信號(hào)從信號(hào)從USB 端口輸入端口輸入筆記本電腦數(shù)據(jù)采集筆記本電腦數(shù)據(jù)采集 USB接口盒接口盒及信號(hào)電纜及信號(hào)電纜利用利用USB擴(kuò)展分線器可擴(kuò)展分線器可配接多個(gè)配接多個(gè)接口盒接口盒信號(hào)輸入信號(hào)輸入U(xiǎn)SB接口卡及接口卡及USB電纜電纜嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器信號(hào)采集卡可多層疊合，插入到傳感器信號(hào)采集卡可多層疊合，插入到嵌入嵌入式計(jì)算機(jī)的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集式計(jì)算機(jī)的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)。各種嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡各種嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡自動(dòng)測(cè)試系

13、統(tǒng)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是以工控機(jī)為核心以工控機(jī)為核心，以，以標(biāo)準(zhǔn)接標(biāo)準(zhǔn)接口總線為基礎(chǔ)口總線為基礎(chǔ)，以，以可程控的多臺(tái)智能儀器為下可程控的多臺(tái)智能儀器為下位機(jī)位機(jī)組合而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。一個(gè)自動(dòng)組合而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)總線成為其它級(jí)測(cè)試系統(tǒng)還可以通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)總線成為其它級(jí)別更高的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動(dòng)測(cè)別更高的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以試系統(tǒng)還可以作為服務(wù)器工作站加入到作為服務(wù)器工作站加入到Intern網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)中，成為網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試子系統(tǒng)，從而，成為網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)試

14、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)試等。等。自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖以工控機(jī)為核心以工控機(jī)為核心,以標(biāo)準(zhǔn)總線接口為基礎(chǔ)以標(biāo)準(zhǔn)總線接口為基礎(chǔ),以可程控的以可程控的多臺(tái)智能儀器為下位機(jī)組合多臺(tái)智能儀器為下位機(jī)組合而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中，往往要安裝上百個(gè)傳感器，都在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中，往往要安裝上百個(gè)傳感器，都通過(guò)各自的通用接口總線通過(guò)各自的通用接口總線,與上位機(jī)連接與上位機(jī)連接。上位機(jī)利用。上位機(jī)利用測(cè)試軟件測(cè)試軟件,對(duì)每一臺(tái)智能儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀寫，對(duì)每一臺(tái)智能儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀寫，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行?？刂普麄€(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。許多自動(dòng)

15、測(cè)試系統(tǒng)還可以許多自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以作為服務(wù)器工作站作為服務(wù)器工作站,加入到加入到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)試遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)試.網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖工業(yè)總線工業(yè)總線 網(wǎng)絡(luò)化儀表網(wǎng)絡(luò)化儀表工業(yè)總線工業(yè)總線 局域網(wǎng)局域網(wǎng) 鋼廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例鋼廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例 糧食溫濕度測(cè)控系統(tǒng)實(shí)例糧食溫濕度測(cè)控系統(tǒng)實(shí)例上位機(jī)上位機(jī)( (內(nèi)插內(nèi)插CANCAN通信卡通信卡) )溫度分線器溫度分線器CAN總線總線通風(fēng)機(jī)械通風(fēng)機(jī)械測(cè)濕探頭測(cè)濕探頭測(cè)溫電纜測(cè)溫電纜智能分機(jī)智能分機(jī)通風(fēng)控制器通風(fēng)控制器濕度分線器濕度分線器測(cè)溫電纜測(cè)溫電纜測(cè)溫電纜多采用數(shù)字式溫度

16、傳測(cè)溫電纜多采用數(shù)字式溫度傳感器，還包括導(dǎo)線、抗拉鋼絲繩感器，還包括導(dǎo)線、抗拉鋼絲繩及護(hù)套組成的。測(cè)溫電纜內(nèi)包含及護(hù)套組成的。測(cè)溫電纜內(nèi)包含一組溫度傳感器，有些能一組溫度傳感器，有些能監(jiān)測(cè)到監(jiān)測(cè)到整個(gè)被測(cè)區(qū)域最高的溫度。整個(gè)被測(cè)區(qū)域最高的溫度。不論不論包含多少個(gè)溫度傳感器芯片，內(nèi)包含多少個(gè)溫度傳感器芯片，內(nèi)芯線只需芯線只需23條總線。在傳感器條總線。在傳感器位置，有突出的保護(hù)節(jié)，間隔幾位置，有突出的保護(hù)節(jié)，間隔幾米，計(jì)算機(jī)米，計(jì)算機(jī)能確定溫度異變的區(qū)能確定溫度異變的區(qū)域域。測(cè)溫電纜可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)。測(cè)溫電纜可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)定多地點(diǎn)、大范圍溫度群，程監(jiān)測(cè)定多地點(diǎn)、大范圍溫度群，可以應(yīng)用于各

17、類倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、農(nóng)業(yè)、可以應(yīng)用于各類倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、隧道、供電電纜等。礦業(yè)、隧道、供電電纜等。帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介 一、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的一、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的 特點(diǎn)及功能特點(diǎn)及功能1.1.性能價(jià)格比高；性能價(jià)格比高；2.2.設(shè)計(jì)靈活性高；設(shè)計(jì)靈活性高；3.3.操作方便；操作方便；4.4.有強(qiáng)大的運(yùn)算功能；有強(qiáng)大的運(yùn)算功能；5.5.具有記憶功能；具有記憶功能；6.6.有自校準(zhǔn)功能；有自校準(zhǔn)功能；7.7.能進(jìn)行自動(dòng)故障診斷。能進(jìn)行自動(dòng)故障診斷。二、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程二、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程 巡回檢測(cè)概念巡回檢測(cè)概念: : 計(jì)算機(jī)首先向多路采樣開關(guān)陣列的

18、選通地址譯碼計(jì)算機(jī)首先向多路采樣開關(guān)陣列的選通地址譯碼器寫入準(zhǔn)備采樣的器寫入準(zhǔn)備采樣的傳感器地址傳感器地址，由譯碼器，由譯碼器接通該地接通該地址對(duì)應(yīng)的采樣開關(guān)址對(duì)應(yīng)的采樣開關(guān)，所要采樣的信號(hào)被，所要采樣的信號(hào)被連接到放大連接到放大器器，放大后的信號(hào)，放大后的信號(hào)經(jīng)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計(jì)，計(jì)算機(jī)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線接受該數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)總線接受該數(shù)字信號(hào)。 一個(gè)采樣點(diǎn)采樣結(jié)束后，計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)而一個(gè)采樣點(diǎn)采樣結(jié)束后，計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)而發(fā)送第二發(fā)送第二個(gè)采樣地址個(gè)采樣地址，對(duì)第二個(gè)傳感器采樣，直至全部被測(cè)，對(duì)第二個(gè)傳感器采樣，直至全部被測(cè)點(diǎn)均被采樣完畢為止。計(jì)算機(jī)點(diǎn)均被采樣完畢為止。計(jì)算機(jī)

19、不可能在同一時(shí)刻讀不可能在同一時(shí)刻讀取所有傳感器來(lái)的信號(hào)取所有傳感器來(lái)的信號(hào)，而是，而是分時(shí)但快速地輪流讀分時(shí)但快速地輪流讀取所有的被測(cè)量取所有的被測(cè)量，這種采樣方式稱為，這種采樣方式稱為“巡回檢測(cè)巡回檢測(cè)”。 8通道巡回檢測(cè)數(shù)據(jù)采集器通道巡回檢測(cè)數(shù)據(jù)采集器8個(gè)傳感器信號(hào)個(gè)傳感器信號(hào) 輸入端口輸入端口信號(hào)噪聲的濾波電路信號(hào)噪聲的濾波電路許多檢測(cè)系統(tǒng)都用于許多檢測(cè)系統(tǒng)都用于慢速變化慢速變化的非電量測(cè)量，的非電量測(cè)量，例對(duì)如溫度和壓力傳感器的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。例對(duì)如溫度和壓力傳感器的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。在許多情況下，在許多情況下，傳感器噪聲會(huì)使原本緩慢波傳感器噪聲會(huì)使原本緩慢波動(dòng)的數(shù)據(jù)跳動(dòng)不止動(dòng)的數(shù)

20、據(jù)跳動(dòng)不止。為了降低高頻噪聲，經(jīng)常。為了降低高頻噪聲，經(jīng)常會(huì)會(huì)在傳感器和采樣模在傳感器和采樣模/數(shù)轉(zhuǎn)換器級(jí)之間接一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器級(jí)之間接一個(gè)模擬擬RC低通濾波器低通濾波器。但是，。但是，要獲得分鐘級(jí)的時(shí)間要獲得分鐘級(jí)的時(shí)間常數(shù)，就需要非常大的常數(shù)，就需要非常大的R、C值值，而不易做到。，而不易做到。 簡(jiǎn)易數(shù)字濾波技術(shù)簡(jiǎn)易數(shù)字濾波技術(shù)在工業(yè)中經(jīng)常采用如下軟件抗干擾技術(shù)：在工業(yè)中經(jīng)常采用如下軟件抗干擾技術(shù)：對(duì)存在干擾和隨機(jī)誤差的信號(hào)進(jìn)行等準(zhǔn)確度對(duì)存在干擾和隨機(jī)誤差的信號(hào)進(jìn)行等準(zhǔn)確度快快速多次采樣速多次采樣，然后，然后先舍去不穩(wěn)定的第一個(gè)采樣值先舍去不穩(wěn)定的第一個(gè)采樣值，再舍去若干個(gè)最大值和最小值再舍

21、去若干個(gè)最大值和最小值，將，將余下的幾個(gè)中余下的幾個(gè)中間值求算術(shù)平均值間值求算術(shù)平均值，該算術(shù)平均值可以認(rèn)為是排，該算術(shù)平均值可以認(rèn)為是排除了干擾后的較正確的結(jié)果，這種方法有時(shí)也被除了干擾后的較正確的結(jié)果，這種方法有時(shí)也被稱為稱為簡(jiǎn)易數(shù)字濾波簡(jiǎn)易數(shù)字濾波。 三、檢測(cè)系統(tǒng)中的幾種重要部件三、檢測(cè)系統(tǒng)中的幾種重要部件 1.1.采樣開關(guān)采樣開關(guān) 1 1）干簧繼電器：）干簧繼電器：干簧繼電器主要由干簧繼電器主要由驅(qū)動(dòng)線圈驅(qū)動(dòng)線圈和和干簧管干簧管組成，驅(qū)動(dòng)線圈繞在干簧管外面。當(dāng)線圈組成，驅(qū)動(dòng)線圈繞在干簧管外面。當(dāng)線圈通以額定電流后，干簧管中的兩根常開彈簧片互相通以額定電流后，干簧管中的兩根常開彈簧片互相

22、吸引而吸合。它的吸引而吸合。它的耐壓較高耐壓較高，額定電流較大，導(dǎo)通額定電流較大，導(dǎo)通電阻接近零電阻接近零。耗電較大耗電較大、速度較慢速度較慢是干簧繼電器的是干簧繼電器的主要缺點(diǎn)。主要缺點(diǎn)。干簧管干簧管干簧繼電器干簧繼電器 (2) CMOS模擬采樣開關(guān)模擬采樣開關(guān) 模擬采樣開關(guān)模擬采樣開關(guān)切換對(duì)象切換對(duì)象是是多路模擬信號(hào)多路模擬信號(hào)。它的控制。它的控制端處于端處于“有效有效”狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的P溝道溝道MOS管或管或N溝道溝道MOS管導(dǎo)通，模擬開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，管導(dǎo)通，模擬開關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電阻約幾導(dǎo)通電阻約幾歐至幾百歐歐至幾百歐（視型號(hào)而定）。當(dāng)控制端處于（視型號(hào)而定）。當(dāng)控制

23、端處于“無(wú)效無(wú)效”狀態(tài)時(shí)開關(guān)截止，狀態(tài)時(shí)開關(guān)截止，截止電阻大于截止電阻大于10108 8。 其其優(yōu)點(diǎn)是集成優(yōu)點(diǎn)是集成度高度高，動(dòng)作快動(dòng)作快（小于（小于1 1 s s）、耗電省等。）、耗電省等。缺點(diǎn)是有一定缺點(diǎn)是有一定的導(dǎo)通電阻的導(dǎo)通電阻、各通道間有一定的漏電各通道間有一定的漏電、擊穿電壓低、擊穿電壓低、易損壞易損壞等。等。 2. 放大器放大器 從從傳感器來(lái)的信號(hào)有許多是傳感器來(lái)的信號(hào)有許多是毫伏級(jí)的微弱信毫伏級(jí)的微弱信號(hào)號(hào)，須經(jīng)放大才能進(jìn)行，須經(jīng)放大才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對(duì)放大轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對(duì)放大器的主要要求是：器的主要要求是：準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高、溫漂小溫漂小、共模抑共模抑制比高制比高、頻帶寬至直

24、流頻帶寬至直流。目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度、低漂移的雙極型放大器低漂移的雙極型放大器；另一種為；另一種為隔離放大器隔離放大器，它，它帶有光電隔離或變壓器隔離的帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號(hào)放大器低漂移信號(hào)放大器，以及一個(gè)，以及一個(gè)高隔離度的高隔離度的DC/DC電源電源。精密隔離精密隔離放大器舉例放大器舉例 線性誤差：小于線性誤差：小于0.01%輸入阻抗：輸入阻抗：1M 隔離度：隔離度：2500V/50Hz/1min 工作溫度：工作溫度：-10+60隔離電源隔離電源精密隔離精密隔離放大器電路框圖放大器電路框圖精密隔離精密隔離

25、放大器舉例（續(xù)）放大器舉例（續(xù)） 導(dǎo)軌安裝式導(dǎo)軌安裝式 隔離放大器用的隔離電源隔離放大器用的隔離電源 典型技術(shù)指標(biāo)：典型技術(shù)指標(biāo)：封裝：封裝： SIP、DIP （符合（符合UL94-V0標(biāo)準(zhǔn)）標(biāo)準(zhǔn)） ；電壓準(zhǔn)確度：電壓準(zhǔn)確度：1%；工作溫度：工作溫度：-40+85 ；效效 率：率：80% Min（滿載（滿載)；隔離電壓：隔離電壓：1500VDC ；80mVp-p Max ；輸出紋波輸出紋波/噪聲（噪聲（20MHz帶寬帶寬)；功率：功率：0.1W2W（可選）（可選） 3. A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（ADC） 放大器放大后的模擬信號(hào)必須進(jìn)行放大器放大后的模擬信號(hào)必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處

26、理。目前采用較換才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。目前采用較多的多的A/D轉(zhuǎn)換器有兩大類：轉(zhuǎn)換器有兩大類：一類是并行一類是并行A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器，另一類是，另一類是串行串行A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器。 在并行在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，又有轉(zhuǎn)換器中，又有逐位比較型逐位比較型和和雙積分型雙積分型之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，有之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，有8位、位、12位、位、16位等規(guī)格。位數(shù)越高，準(zhǔn)確度也越位等規(guī)格。位數(shù)越高，準(zhǔn)確度也越高，但價(jià)格也相應(yīng)提高；后者高，但價(jià)格也相應(yīng)提高；后者轉(zhuǎn)換速度較慢轉(zhuǎn)換速度較慢（每秒（每秒10次左右），不太適合巡回檢測(cè)系統(tǒng)，次左右），不太適合巡回檢測(cè)系統(tǒng)，常見的有常見的有3位半、位半、4位

27、半等規(guī)格。位半等規(guī)格。 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的的光耦合接口電路光耦合接口電路 4. D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（DAC）與接口電路與接口電路 計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)常必須轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)常必須轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制。為模擬信號(hào)，才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制。它的它的輸入是計(jì)算機(jī)給出的數(shù)字量輸入是計(jì)算機(jī)給出的數(shù)字量，它的，它的輸出是輸出是與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的電壓或電流與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的電壓或電流。如果。如果在計(jì)算機(jī)在計(jì)算機(jī)與與D/A之間插入多路光耦合器之間插入多路光耦合器就能較好地就能較好地防止防止工業(yè)控制設(shè)備干擾計(jì)算機(jī)的工業(yè)控制設(shè)備干擾計(jì)算機(jī)的工作工作。如果使用多。如果

28、使用多路采樣保持器，只要使用一只路采樣保持器，只要使用一只D/A即可進(jìn)行多即可進(jìn)行多路路D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的的光耦接口電路光耦接口電路 420mA可編程序控制器中的傳感器接口板可編程序控制器中的傳感器接口板 傳感器與傳感器與PLC的聯(lián)系主的聯(lián)系主要是輸入接口。不同的要是輸入接口。不同的“I/O模板模板”與各種不同的與各種不同的傳感器配套：傳感器配套： 模擬量輸入模板模擬量輸入模板、開關(guān)開關(guān)量輸入模板量輸入模板、 溫度輸入控溫度輸入控制模板制模板等。用戶只須按照等。用戶只須按照說(shuō)明書選購(gòu)不同功能的模說(shuō)明書選購(gòu)不同功能的模板即可構(gòu)成完整的自動(dòng)檢板即可構(gòu)成完整的自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)。

29、測(cè)控制系統(tǒng)。 三菱系列三菱系列可編程控制器可編程控制器西門子系列西門子系列 可編程控制器可編程控制器PLC的模擬量輸入模板接線舉例的模擬量輸入模板接線舉例熱敏電阻與模擬輸入模塊熱敏電阻與模擬輸入模塊的四線連接圖的四線連接圖可編程序控制器中的光耦接口電路可編程序控制器中的光耦接口電路 PLC的開關(guān)量輸入電路的開關(guān)量輸入電路 1現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)盒現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)盒 2傳輸線傳輸線 3電源電源 4光耦合器光耦合器 請(qǐng)分析工作過(guò)程：請(qǐng)分析工作過(guò)程：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)S（例如行程開關(guān)）（例如行程開關(guān)）閉合時(shí)閉合時(shí)，反相器，反相器IC2的輸出是高電平還是低電平？的輸出是高電平還是低電平？LED亮還是暗？亮還是暗？PLC

30、中的開關(guān)量傳感器接口電路中的開關(guān)量傳感器接口電路 PLC的低電平有效無(wú)源輸入電路的低電平有效無(wú)源輸入電路 PLC中的開關(guān)量傳感器接口電路（續(xù)）中的開關(guān)量傳感器接口電路（續(xù)）PLC的高電平有效有源輸入電路的高電平有效有源輸入電路 五、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例五、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例 1. 陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng) 該該系統(tǒng)涉及系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測(cè)量熱工參數(shù)的測(cè)量，它采用它采用工工控機(jī)控機(jī)。該系統(tǒng)將。該系統(tǒng)將巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路及控制巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路及控制電路電路裝在獨(dú)立的裝在獨(dú)立的接口箱接口箱中，中，接口箱接口箱中有定中有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行輸入輸出接

31、口等，時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行輸入輸出接口等，接口箱與主機(jī)之間通過(guò)并行接口插卡與計(jì)接口箱與主機(jī)之間通過(guò)并行接口插卡與計(jì)算機(jī)通信算機(jī)通信。 隧道窯外形隧道窯外形 隧道窯隧道窯計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)檢測(cè)控檢測(cè)控制系統(tǒng)制系統(tǒng)框圖框圖 2. 智能化流量積算儀智能化流量積算儀 使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將一次儀表送來(lái)的將一次儀表送來(lái)的瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量q對(duì)時(shí)對(duì)時(shí)間間t t作積分作積分，求出流量累積總量求出流量累積總量q總總：也可將也可將短暫時(shí)段短暫時(shí)段ti與與該時(shí)段的瞬時(shí)流量該時(shí)段的瞬時(shí)流量qi的平均值相的平均值相乘乘，并對(duì)乘積進(jìn)行累加并對(duì)乘積進(jìn)行累加，從而得到累積流量：，從而得到累積流量： 0( )dtqq tt

32、總1( ) ni iiqq t總智能化流量積算儀原理智能化流量積算儀原理智能化流量積算儀采用智能化流量積算儀采用差壓法測(cè)量瞬時(shí)流速差壓法測(cè)量瞬時(shí)流速，因此必，因此必須首先測(cè)出須首先測(cè)出差壓差壓p。由于溫度和壓力會(huì)引起流體的密。由于溫度和壓力會(huì)引起流體的密度的變化，有時(shí)還需要度的變化，有時(shí)還需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償，所以，所以必須測(cè)出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，必須測(cè)出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶， 還必須還必須測(cè)量熱電偶的冷端（室溫）測(cè)量熱電偶的冷端（室溫） 溫度。溫度。上述四種信號(hào)先上述四種信號(hào)先由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換為為420mA 的的電

33、流信號(hào)電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再，經(jīng)信號(hào)傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再用用取樣電阻（取樣電阻（250.）轉(zhuǎn)換成個(gè)低內(nèi)阻的）轉(zhuǎn)換成個(gè)低內(nèi)阻的15V電壓電壓信號(hào)信號(hào)：Up、Up、Ut、Uto。上述四個(gè)電壓信號(hào)按順序輪。上述四個(gè)電壓信號(hào)按順序輪流通過(guò)流通過(guò)采樣繼電器采樣繼電器K1K2傳送至傳送至模模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，再再經(jīng)光耦經(jīng)光耦，由，由單片機(jī)計(jì)算出累積流量單片機(jī)計(jì)算出累積流量。122 Vppqa A智能化流量積算儀原理框圖智能化流量積算儀原理框圖 智能化流量積算儀的設(shè)計(jì)要點(diǎn)智能化流量積算儀的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 單片機(jī)必須將瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間作積分運(yùn)算，本項(xiàng)目單片機(jī)必須

34、將瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間作積分運(yùn)算，本項(xiàng)目中，中，單片機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間段（例如單片機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間段（例如1s）內(nèi)）內(nèi)，對(duì)對(duì)V/ /F轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器輸出的脈沖數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)輸出的脈沖數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，就可以達(dá)到近似于，就可以達(dá)到近似于積分的目的。積分的目的。為了顯示累計(jì)結(jié)果，一般必須設(shè)置為了顯示累計(jì)結(jié)果，一般必須設(shè)置6位或更多的數(shù)位或更多的數(shù)碼管。為了選擇顯示碼管。為了選擇顯示噸噸、或、或千克千克、或、或立方米立方米等不同的等不同的單位，也為了選擇顯示單位，也為了選擇顯示瞬時(shí)流量瞬時(shí)流量還是還是累計(jì)流量累計(jì)流量，積算，積算儀面板上還必須設(shè)置選擇按鍵，由單片機(jī)讀取不同的儀面板上還必須設(shè)置選擇按鍵，由單片機(jī)讀取不

35、同的選擇方式，并在數(shù)碼管的右邊顯示出相應(yīng)的單位。選擇方式，并在數(shù)碼管的右邊顯示出相應(yīng)的單位。使用多只光耦，能將左邊的傳感器回路及繼電器與使用多只光耦，能將左邊的傳感器回路及繼電器與右邊易受干擾的單片機(jī)回路隔離開來(lái)右邊易受干擾的單片機(jī)回路隔離開來(lái)。3. 傳感器在模糊控制洗衣機(jī)中的應(yīng)用傳感器在模糊控制洗衣機(jī)中的應(yīng)用 所謂模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控所謂模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控制系統(tǒng)。它制系統(tǒng)。它將人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和判斷力作為將人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和判斷力作為控制規(guī)則控制規(guī)則，根據(jù)諸多復(fù)雜的因素和條件作出，根據(jù)諸多復(fù)雜的因素和條件作出邏輯推理去影響控制對(duì)像。邏輯推理去影響控制對(duì)像。 模糊洗衣機(jī)能

36、自動(dòng)判斷模糊洗衣機(jī)能自動(dòng)判斷衣物的數(shù)量（重衣物的數(shù)量（重量）量）、布料質(zhì)地（粗糙、軟硬）布料質(zhì)地（粗糙、軟硬）、骯臟程度骯臟程度來(lái)決定來(lái)決定水位的高低水位的高低、洗滌時(shí)間洗滌時(shí)間、攪拌與水流攪拌與水流方式方式、脫水時(shí)間脫水時(shí)間等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)。等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)。不但使洗衣機(jī)省電、省水、省洗滌劑，又能不但使洗衣機(jī)省電、省水、省洗滌劑，又能減少衣物磨損。減少衣物磨損。 模糊洗衣機(jī)的模糊洗衣機(jī)的模糊推理模糊推理 模糊控制洗衣機(jī)中的傳感器模糊控制洗衣機(jī)中的傳感器 1 1脫水缸（內(nèi)缸）脫水缸（內(nèi)缸）2 2外缸外缸 3 3外殼外殼 4 4懸吊彈簧懸吊彈簧( (共共4 4根根) )5 5水位

37、傳感器水位傳感器6 6布量傳感器布量傳感器7 7變速電動(dòng)機(jī)變速電動(dòng)機(jī) 8 8帶輪帶輪 9 9減速、離合、減速、離合、 剎車裝置剎車裝置 1010排水閥排水閥 1111光電傳感器光電傳感器第二節(jié)第二節(jié) 基于虛擬儀器的檢測(cè)系統(tǒng)基于虛擬儀器的檢測(cè)系統(tǒng)虛擬儀器的概念是虛擬儀器的概念是美國(guó)國(guó)家儀器公司（美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）于）于1986年提出的年提出的。它引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，。它引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以進(jìn)入儀器領(lǐng)域使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以進(jìn)入儀器領(lǐng)域，從而開創(chuàng)，從而開創(chuàng)了了“軟件就是儀器軟件就是儀器”（The Software is the Instr

38、ument）的先河。的先河。虛擬儀器（虛擬儀器（VI）是指：在）是指：在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)件平臺(tái)上，上，用途由用戶自己定義用途由用戶自己定義的、的、測(cè)試功能由測(cè)試測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)現(xiàn)的、的、具有虛擬面板的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)具有虛擬面板的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器可以虛擬儀器可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等 ?；啬夸浕啬夸浱摂M儀器的特點(diǎn)虛擬儀器的特點(diǎn) 1）突破了傳統(tǒng)儀器在）突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等方面等方面的限制，增

39、強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。的限制，增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。2）實(shí)現(xiàn)了部分儀器）實(shí)現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化硬件的軟件化，增加了，增加了系統(tǒng)的靈系統(tǒng)的靈活性活性；可；可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理；通過(guò)圖形用戶界面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)圖形用戶界面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了界面友好、人機(jī)交互界面友好、人機(jī)交互。 3）基于計(jì)算機(jī)總線，）基于計(jì)算機(jī)總線，硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系列化系列化，大大大大縮小了系統(tǒng)尺寸縮小了系統(tǒng)尺寸。 4）基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，廣泛）基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，廣泛支持諸如支持諸如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各種工

40、業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)等各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，可，可方便地方便地構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化化。 虛擬儀器用虛擬儀器用PC機(jī)儀器板卡機(jī)儀器板卡 代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器用計(jì)算機(jī)軟件用計(jì)算機(jī)軟件 代替硬件分析電路代替硬件分析電路虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的性能比較虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的性能比較 傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器虛擬儀器虛擬儀器功能由儀器生產(chǎn)廠家定義功能由儀器生產(chǎn)廠家定義功能由用戶定義功能由用戶定義與其他設(shè)備連接受限與其他設(shè)備連接受限可方便地連接到網(wǎng)絡(luò)及其他外圍設(shè)備可方便地連接到網(wǎng)絡(luò)及其他外圍設(shè)備圖形界面小，信息量小圖形界面小，信息量小全漢化圖形界面，信息量大全漢化圖

41、形界面，信息量大信號(hào)電纜和開關(guān)多，操作復(fù)雜信號(hào)電纜和開關(guān)多，操作復(fù)雜采用虛擬旋鈕，故障率低，有操作保護(hù)采用虛擬旋鈕，故障率低，有操作保護(hù)系統(tǒng)封閉，功能固定，擴(kuò)張性低系統(tǒng)封閉，功能固定，擴(kuò)張性低系統(tǒng)開放、靈活，可構(gòu)成多種儀器系統(tǒng)開放、靈活，可構(gòu)成多種儀器測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間短測(cè)試系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間短數(shù)據(jù)無(wú)法編輯數(shù)據(jù)無(wú)法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印硬件是關(guān)鍵，必須由專業(yè)廠家升硬件是關(guān)鍵，必須由專業(yè)廠家升級(jí)級(jí)軟件是關(guān)鍵，升級(jí)方便軟件是關(guān)鍵，升級(jí)方便儀器間一般無(wú)法通用，昂貴儀器間一般無(wú)法通用，昂貴儀器之間利用率高，整體價(jià)格相對(duì)便宜儀器之間利用率高，整體價(jià)格

42、相對(duì)便宜技術(shù)更新慢（周期為技術(shù)更新慢（周期為510年）年）軟件技術(shù)更新快（周期為軟件技術(shù)更新快（周期為12年）年）開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高基于軟件體系的開發(fā)和升級(jí)，費(fèi)用較低基于軟件體系的開發(fā)和升級(jí)，費(fèi)用較低虛擬儀器結(jié)構(gòu)框圖虛擬儀器結(jié)構(gòu)框圖 傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器由由信號(hào)采集信號(hào)采集、信號(hào)處理信號(hào)處理、結(jié)果表達(dá)結(jié)果表達(dá)以及以及儀器儀器控制控制等等4部分組成，部分組成，大多是用電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)大多是用電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。的。在在虛擬儀器虛擬儀器中，信號(hào)采集和中，信號(hào)采集和A/D、D/A轉(zhuǎn)換仍由硬件轉(zhuǎn)換仍由硬件實(shí)現(xiàn)，而實(shí)現(xiàn)，而信號(hào)處理和結(jié)果表達(dá)用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理和結(jié)果表達(dá)用軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器通。虛擬儀

43、器通常由常由三大功能塊組成三大功能塊組成：模塊化數(shù)據(jù)采集硬件模塊化數(shù)據(jù)采集硬件、計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和和用于數(shù)據(jù)分用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通信及圖形用戶界面的軟件析、過(guò)程通信及圖形用戶界面的軟件組成。組成。虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)圖虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)圖LabVIEW簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 LabVIEW是是基于基于C語(yǔ)言語(yǔ)言的、革命性的的、革命性的圖形化開發(fā)語(yǔ)圖形化開發(fā)語(yǔ)言言，用來(lái)進(jìn)行，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析和表達(dá)數(shù)據(jù)分析和表達(dá)。它。它的目標(biāo)是的目標(biāo)是簡(jiǎn)化程序的開發(fā)工作簡(jiǎn)化程序的開發(fā)工作，讓工程師和科學(xué)家能，讓工程師和科學(xué)家能充分利用充分利用PC的功能，的功能，快速、簡(jiǎn)便快速、簡(jiǎn)便地完成自己

44、的工作。地完成自己的工作。二十余年的不斷充實(shí)，使二十余年的不斷充實(shí)，使LabVIEW成為豐富、強(qiáng)大的成為豐富、強(qiáng)大的實(shí)用工具軟件包。它的內(nèi)部配有實(shí)用工具軟件包。它的內(nèi)部配有GPIB、VXI、串口和、串口和插入式插入式DAQ板的庫(kù)函數(shù)板的庫(kù)函數(shù)，以及全球數(shù)百家廠商的，以及全球數(shù)百家廠商的儀器儀器驅(qū)動(dòng)程序驅(qū)動(dòng)程序。圍繞這些核心軟件還陸續(xù)開發(fā)出。圍繞這些核心軟件還陸續(xù)開發(fā)出多種附件多種附件。使用使用LabVIEW編程時(shí)，主要是編程時(shí)，主要是“繪制繪制”程序流程圖。程序流程圖。LabVIEW在虛擬儀器中的應(yīng)用在虛擬儀器中的應(yīng)用在在LabVIEW中開發(fā)的程序稱為中開發(fā)的程序稱為VI，其，其擴(kuò)展名為擴(kuò)展名

45、為“.vi”。VI包括三個(gè)部分：包括三個(gè)部分：前面板（前面板（Front Panel）、程序框圖（程序框圖（Block diagram）和和圖標(biāo)圖標(biāo)/連接器（連接器（Icon and connector pane）。程序框圖是定義程序框圖是定義VI功能的程序源代碼。功能的程序源代碼。每一個(gè)程序每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用框圖程序用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫圖形編程語(yǔ)言編寫，可以把它，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代理解成傳統(tǒng)程序的源代碼碼。框圖程序由框圖程序由“端口端口”、“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”、“圖框圖框”和連和連線構(gòu)成線構(gòu)成。其中。其中端口用來(lái)完成程序前

46、面板的控制以及顯端口用來(lái)完成程序前面板的控制以及顯示、傳遞數(shù)據(jù)示、傳遞數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用節(jié)點(diǎn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框圖框用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，從而定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。，從而定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái)虛擬儀器的軟件開發(fā)平臺(tái) 虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫大致可分為兩種虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫大致可分為兩種方式：方式： 1）用）用通用編程軟件進(jìn)行編寫通用編程軟件進(jìn)行編寫。主要有。主要有Microsoft公司的虛擬儀器公司的虛擬儀器Visual Basic和虛擬和虛擬

47、儀器儀器Visual C+、Borland公司的公司的Delphi和和Sybase公司的公司的Power Builder等；等； 2）用專業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開發(fā)用專業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開發(fā)。如。如HP公司的公司的VEE、NI公司的公司的LabVIEW和和Lab windows/CVI等。等。 LabVIEW與其他系統(tǒng)的結(jié)合使用與其他系統(tǒng)的結(jié)合使用用用LabVIEW編寫的編寫的虛擬儀器面板虛擬儀器面板 傳統(tǒng)儀器只傳統(tǒng)儀器只有一塊儀器面有一塊儀器面板；板；虛擬儀器虛擬儀器的的“面板面板”可可根據(jù)用戶自己根據(jù)用戶自己定義定義。 儀器的操作儀器的操作是通過(guò)鼠標(biāo)選是通過(guò)鼠標(biāo)選中不同的按鍵中不同的按鍵和

48、旋鈕和旋鈕來(lái)完成來(lái)完成的。的。 程序前面板程序前面板用于用于設(shè)置輸入數(shù)值設(shè)置輸入數(shù)值和和觀察輸出量觀察輸出量，用于，用于模擬真實(shí)儀表的前面模擬真實(shí)儀表的前面板板。輸入量稱為控制輸入量稱為控制器器，輸出量稱為顯示輸出量稱為顯示器器?？刂坪惋@示是以?？刂坪惋@示是以各種各種圖標(biāo)形式圖標(biāo)形式出現(xiàn)在出現(xiàn)在前面板上，如前面板上，如旋鈕、旋鈕、開關(guān)、按鈕、圖表、開關(guān)、按鈕、圖表、圖形圖形等，這使得前面等，這使得前面板直觀易懂。板直觀易懂。LabVIEW程序程序在在LabVIEW中開發(fā)的程序都被稱為中開發(fā)的程序都被稱為VI。VI包包括三個(gè)部分：括三個(gè)部分：1.前面板前面板（Front Panel）；2.程序框

49、圖程序框圖（Block Diagram）；3.圖標(biāo)圖標(biāo)/連接連接器（器（Icon and Connector Pane）程序框圖程序框圖程序框圖是程序框圖是定義定義VI功能的程序源代碼功能的程序源代碼。每一個(gè)。每一個(gè)程序程序前面板前面板都都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序?qū)?yīng)著一段框圖程序?？驁D程序用框圖程序用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫圖形編程語(yǔ)言編寫，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。框圖程序由框圖程序由“端口端口”、“節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)”、“圖框圖框”和和連線連線構(gòu)成。構(gòu)成。 心電信息系統(tǒng)的虛擬儀器心電信息系統(tǒng)的虛擬儀器面板面板聲級(jí)計(jì)的虛擬面板聲級(jí)計(jì)的虛擬面板聲級(jí)計(jì)的虛擬面板（

50、續(xù)）聲級(jí)計(jì)的虛擬面板（續(xù)）聲級(jí)計(jì)的測(cè)試效果聲級(jí)計(jì)的測(cè)試效果1 1聲級(jí)計(jì)的虛擬面板（續(xù)）聲級(jí)計(jì)的虛擬面板（續(xù)）聲級(jí)計(jì)的測(cè)試效果聲級(jí)計(jì)的測(cè)試效果2 2虛擬儀器的面板（續(xù)）虛擬儀器的面板（續(xù)）單蹤頻域譜陣單蹤頻域譜陣便攜式和臺(tái)式便攜式和臺(tái)式虛擬儀器外形虛擬儀器外形虛擬儀器軟件總線體系結(jié)構(gòu)虛擬儀器軟件總線體系結(jié)構(gòu)DAQ系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成 DAQ（數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)從真實(shí)世界捕捉并（數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)從真實(shí)世界捕捉并傳輸物理量傳輸物理量，從傳感器等設(shè)備收集和測(cè)量被測(cè)從傳感器等設(shè)備收集和測(cè)量被測(cè)信號(hào)信號(hào)，并，并將它們送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理將它們送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。DAQ系統(tǒng)的基本組成部分和功能系統(tǒng)的基本組成部分和功

51、能（1）首先）首先由傳感器、變換器將被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)橛蓚鞲衅?、變換器將被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)可測(cè)量的電信號(hào)。（2）信號(hào)是信號(hào)是DAQ系統(tǒng)中的傳感器、變換器的系統(tǒng)中的傳感器、變換器的產(chǎn)物產(chǎn)物。（3）信號(hào)調(diào)理的功能：減小噪聲、使信號(hào)適信號(hào)調(diào)理的功能：減小噪聲、使信號(hào)適合于測(cè)量合于測(cè)量。常用的信號(hào)調(diào)理有放大、線性化、隔常用的信號(hào)調(diào)理有放大、線性化、隔離和濾波離和濾波等。等。（4）計(jì)算機(jī)平臺(tái)用于獲取、測(cè)量和分析數(shù)據(jù)）計(jì)算機(jī)平臺(tái)用于獲取、測(cè)量和分析數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備。的硬件設(shè)備。（5）軟件完成測(cè)量和控制應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和軟件完成測(cè)量和控制應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和編程編程。DAQ系統(tǒng)的特點(diǎn)系統(tǒng)的特點(diǎn)DAQ系統(tǒng)是指系統(tǒng)是

52、指基于基于PC標(biāo)準(zhǔn)總線的數(shù)據(jù)采集功標(biāo)準(zhǔn)總線的數(shù)據(jù)采集功能模塊能模塊，也稱為數(shù)據(jù)采集卡也稱為數(shù)據(jù)采集卡。有各種性能和功能。有各種性能和功能的系列的系列DAQ功能模塊可供用戶選擇使用。功能模塊可供用戶選擇使用。在在PC上掛接上掛接DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺(tái)虛擬儀器以構(gòu)成一臺(tái)虛擬儀器。市場(chǎng)上的市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集卡都有專門配套的驅(qū)動(dòng)程序數(shù)據(jù)采集卡都有專門配套的驅(qū)動(dòng)程序，甚至有的甚至有的驅(qū)動(dòng)程序可以在不同的高級(jí)語(yǔ)言中被調(diào)驅(qū)動(dòng)程序可以在不同的高級(jí)語(yǔ)言中被調(diào)用用，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的識(shí)別與數(shù)據(jù)傳輸，這，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的識(shí)別與數(shù)據(jù)傳輸，這就在使用上大大減少了

53、使用的難度以及復(fù)雜性。就在使用上大大減少了使用的難度以及復(fù)雜性。DAQ系統(tǒng)的功能和分類系統(tǒng)的功能和分類（1 1）功能）功能 將傳感器、變送器等被測(cè)量將傳感器、變送器等被測(cè)量,如光、溫度、壓力或如光、溫度、壓力或振動(dòng)等轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)的裝置振動(dòng)等轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)的裝置；信號(hào)調(diào)理：信信號(hào)調(diào)理：信號(hào)調(diào)理是指連接到號(hào)調(diào)理是指連接到DAQ系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)的硬件,可控增益放大或衰可控增益放大或衰減減,信號(hào)信號(hào)經(jīng)濾波、隔離、整形等，使其適合于處理經(jīng)濾波、隔離、整形等，使其適合于處理。（2 2）數(shù)據(jù)采集卡的品種：）數(shù)據(jù)采集卡的品種：按采集對(duì)象，可分為：模擬量輸入輸出、數(shù)字量按采集對(duì)象，可分為：模擬量輸入

54、輸出、數(shù)字量輸入輸出、定時(shí)輸入輸出、定時(shí)/計(jì)數(shù)等三種計(jì)數(shù)等三種；按接入的總線，可分按接入的總線，可分為：為：USB、PXI、PCI、PCI Express、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等；按隔離方式，可分為：隔離和非隔離按隔離方式，可分為：隔離和非隔離；按采集速度，可分為：采樣速度可分成高速和低按采集速度，可分為：采樣速度可分成高速和低速速；按分辨力，可分為：按分辨力，可分為：12位、位、16位、位、24位等位等；按通道數(shù)按通道數(shù),可分為可分為:8、16、32、64、128通道等通道等。虛擬儀器的虛擬儀器的DAQ

55、板卡板卡基于基于PC的的 WE7000模塊式接口模塊式接口DAQ系統(tǒng)系統(tǒng)DAQ系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成DAQ的的I/O接線盒接線盒 使用使用100針連接針連接器，將器，將I/O信號(hào)連信號(hào)連接到插入式接到插入式DAQ上。上。4路路24位熱電偶輸入通道位熱電偶輸入通道 DAQ 與與J、K、R、S、T、N、E和和B熱電偶兼容熱電偶兼容，即插即即插即用的用的USB連接連接。驅(qū)動(dòng)軟件支持。驅(qū)動(dòng)軟件支持Mac OS X和和Linux系統(tǒng)系統(tǒng)基于基于PC-DAQ的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)軟件部分系統(tǒng)軟件部分主要由主要由數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模數(shù)據(jù)分析模塊塊和和數(shù)據(jù)顯示模塊數(shù)據(jù)顯

56、示模塊三部分構(gòu)成三部分構(gòu)成。前端預(yù)處理電路包括前端預(yù)處理電路包括增益控制電路增益控制電路、低通濾波電路等低通濾波電路等。低通濾波電路起抑低通濾波電路起抑制高頻噪聲及對(duì)信號(hào)預(yù)處理功能制高頻噪聲及對(duì)信號(hào)預(yù)處理功能。五、虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例五、虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例 東風(fēng)東風(fēng)135135高速柴油機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)高速柴油機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)軟硬件結(jié)構(gòu)框圖柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)軟硬件結(jié)構(gòu)框圖1. 數(shù)據(jù)采集卡的選擇數(shù)據(jù)采集卡的選擇可以采用可以采用NI公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的NI USB-6009型數(shù)據(jù)采型數(shù)據(jù)采集卡。它是一塊集卡。它是一塊基于基于14位位USB總線的多功能采集總線的多功能采集卡卡，8通道的通道的14位模擬輸入位模擬輸入、兩個(gè)模擬輸出兩個(gè)模擬輸出、12根數(shù)字根數(shù)字I/O線線，以及一個(gè)以及一個(gè)32位定時(shí)器位定時(shí)器。模擬量輸入范圍是模擬量輸入范圍是-1010V，采樣速率為采樣速率為48KS/s，支持支持USB2.0即插即用即插即用。本課題可以用本課題可以用LabVIEW內(nèi)部的內(nèi)部的DAQ庫(kù)直接對(duì)庫(kù)直接對(duì)端口進(jìn)行操作端口進(jìn)行操作。可以從數(shù)據(jù)采集卡的安裝目錄中可以從數(shù)據(jù)采集卡的安裝目錄中找到內(nèi)置驅(qū)動(dòng)文件找到內(nèi)置驅(qū)動(dòng)文件，復(fù)制所需的接口，將其粘貼復(fù)制所需的接口，將其粘貼到系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境中到系統(tǒng)開發(fā)