基于虚拟仪器体温表的设计-学位论文.doc

摘 要随着测控技术的研究与发展，测控技术正在向着自动化，智能化，数字化和网络化的方向发展。美国NI公司提出了“软件就是仪器”的概念，所以LabVIEW应运而生。LabVIEW是一种业界标准图形化编程工具，主要用于开发测试，测量和控制系统。由于LabVIEW可以用来创建一个通用的应用程序，它被称为一种通用的编程语言。但是它在测试、测量和自动化等领域有更大的优势，因为LabVIEW提供了大量的工具和功能的数据采集、分析、显示和储存。检测指标进行实时检测体温在日常生活中常见的温度是必要的，传统的温度计的温度测量和阅读都相对的比较繁琐，传统水银温度计的构造，汞是有毒的，打破后对身体有很大的伤害。与常见的体温表相比，数字体温表更能方便、快捷，并且不会对身体照成危害的测量。所以本文在此基础上介绍了一种既方便测量、读取，又不会对身体造成伤害的基于LabVIEW体温计的设计。本方案采用虚拟仪器的图形编程，数据采集功能，最终实现对体温的精确测量。实验结果表明，此方法对体温的测量简单、易操作和容易读数，有着巨大的应用前景。关键字：LabVIEW；虚拟仪器；数字体温表 ABSTRACTWith the development of measurement and control technology, control technology is toward automation, intelligent, digital and network direction. The United States of America NI company has put forward the concept of software is the instrument emerge as the times require, so LabVIEW. LabVIEW is a leading industry standard graphical programming tools, and is mainly used for system development and testing, measurement and control. Because LabVIEW can be used to create universal applications, therefore is called a general purpose programming language. But it has more advantage in test, measurement and automation fields, because LabVIEW provides a number of tools and functions for data acquisition, analysis, display and storage.Measure temperature in the daily life of the common, is very necessary for real-time monitoring of temperature. The traditional thermometer measurement of body temperature and reading are relatively trouble, and the traditional thermometer is composed by mercury, mercury on the body great harm. Compared with the common thermometer, digital thermometer can be more convenient, fast, and not to the body as a risk measurement. So this paper on the basis of this, presents a convenient measurement, read, and will not cause harm to the design of the thermometer body. The program uses virtual instrument graphical programming, data acquisition function, finally realize the accurate measurement of body temperature, the experimental results show that, this method is simple, easy to measure the temperature of operation and easy reading, has great application prospects.Key words：LabVIEW；virtual instrument; the digital thermometer 目录1 绪论11.1 LabVIEW简介1 1.1.1 工具模块2 1.1.2 控件模块2 1.1.3 功能函数模块21.2 LabVIEW的发展概况及趋势31.3 虚拟仪器的特点4 1.3.1 性能高5 1.3.2 扩展性强5 1.3.3 开发时间少5 1.3.4 无缝集成51.4 虚拟仪器系统的构成5 1.4.1 虚拟仪器系统的硬件构成5 1.4.2 虚拟仪器系统的软件构成61.5 测量技术与仪器发展趋势展望71.6 本课题研究的主要内容及实现功能72 设计方法及技术的介绍82.1 while循环82.2 子VI的介绍与创建及使用92.3 公式节点102.4 信号的输入（数据采集）10 2.4.1 传感器和变换器11 2.4.2 信号调理11 2.4.3 数据采集设备12 2.4.4 数据采集卡12 2.4.5 数据采集系统的开发123 程序的设计153.1 电阻元件阻值的测量153.2 热敏电阻电压的测量153.3 电压值转换为阻抗173.4 阻抗转换为温度值174 构建NI ELVIS虚拟数字温度计194.1 数字温度计全面板的设计194.2 数字温度计程序框图的设计195 温度计的系统调试215.1 NI ELVIS II工作环境及系统调试215.2 调试结果分析22结束语25参考文献26致 谢281 绪论体温作为日常生活中常见的检测指标，对于体温的实时监控是很有必要的。常见的体温测量是水银体温计为代表的测量设备，而对于水银体温计，测量时间长，对于老人小孩很难读懂，不是很方便，打破时水银对人类和环境都有一定的危害。对于这些原因，我们寻找更方便、快捷并且不会对身体造成危害的体温表进行对人体体温的测量。为了得到更方便快捷的体温测量系统，体温计逐渐发展的是数字体温计，与传统的水银体温计相比，数字体温计具有读取数字方便，测量时间短，测量精度高,能记忆并有提示音等优点，尤其是数字体温计不含水银，对人体及周围环境无害，特别适合于医院，家庭使用。1.1 LabVIEW简介LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）的简称，是美国国家仪器公司（NATIONAL INSTRUMENTS，简称NI）的创新软件产品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境。一个最基本的VI由3个部分组成（如图1所示）：前面板、框图程序和图标/连接端。图1 VI的基本构成1.1.1 工具模块该模板提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具，如图2所示。如果该模块不出现，则可以在View菜单下选择 Tools-Palette命令以显示该模板。当从模板内选择了任一种工具后，鼠标指针将成为该工具相对应的形状。图2 工具模块1.1.2 控件模块控制模板是创建前面板对象的工具模块，如图3所示。模块的顶部，每个图标表示一个子模块。若控制模板没有显示出来，则可以用View菜单下的Cotrols Palette打开，同样也可以在前面板窗口下的空白任意处点击鼠标右键以弹出控制模板。 只有打开了前面板窗口，才能出现控制模板。 图3 控件模块1.1.3 功能函数模块功能函数模块是创建流程图程序的工具，如图4所示。在末班上的每一个顶层图标都表示一个子模块。如果功能板没出现在面板上，可以在菜单功能中打开它，同样也可以在程序框图的任意地方单击鼠标弹出功能函数模块。同样在只有在流程图程序窗口打开之下才能出现需要的功能函数模块。图4 功能函数模块1.2 LabVIEW的发展概况及趋势现代仪器仪表技术是计算机和多种基础学科密切的产品，微电子技术，计算机技术，软件技术，网络技术的快速发展，新的测试理论，测试方法，测试领域以及新的仪器结构不断出现在许多反面突破传统观念仪器，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。在此背景下，1968年美国一家仪器公司提出了虚拟仪器的概念，但到目前为止还没有一个统一的虚拟仪器定义，但人们普遍认为，在PC机上通过添加相关的硬件和虚拟仪器的软件组件而成的，同时具有可实话界面的可重用测试仪器系统。和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图形代替文本创建应用程序的图形化编程语言。LabVIEW提供了许多传统仪器一样的外观和控制，可以用来轻松地创建用户界面。它还包括了一个数的数据采集、分析、显示和存储的工具和功能，这是图形化的好处。20年来，无论是新手还是经验丰富的应用程序开发人员，在各种工程应用及工业控制和测量用户之间的普及，这主要是由于容易理解的直观的图形化编程语言的虚拟仪器。LabVIEW图形化数据流语言和程序框图可以是自然地、简单的方式来显示数据流，同时图形化得用户界面以直观的显示数据，让我们可以轻松、方便地查看，更改数据或控制输入。美国国家仪器公司NI提出的虚拟测量仪器概念，导致传统仪器在该领域中有了一个非常重大的变革，使计算机技术和网络技术在该领域得到更完美的仪器发展，和仪器技术互相地结合起来，从而开创了软件即是仪器的先河。“软件即是仪器”核心理念的思想是虚拟仪器NI公司提出的。从这一思想出发，计算机或工作站，软件和I/O部件是基于虚拟仪器的构建。独立仪器、模块化仪器、数据采集板（DAQ）或传感器是构成I/O部件的成分。软件产品、GPIB产品、数据采集产品、信号处理产品、图像采集产品、DSP产品和VXI控制产品等都是NI公司所拥有的虚拟仪器产品。利用高性能的模块化硬件的虚拟仪器技术，结合灵活高效的软件来完成各种各样的测试、测量和在自动化上的应用。自1986年成立以来，世界各国各地的工程师和科学家们都已经将NI LabVIEW图形化开发工具主要用于产品设计周期的各个环节，从而在产品质量反面得到了改变、减少了产品投放市场的时间，并相继提高了产品开发和生产效率。使用虚拟仪器集成环境和实际的信号连接到得数据进行分析，并获得实用信息，在很宽的范围内共享信息，以帮助提高生产效率。对于LabVIEW，起发展经历了一下几个方面：1986年LabVIEW在苹果公司的Macintosh上运行；1992年推出了用户Sun和PC的LabVIEW2.0版本；1998年发布的LabVIEW5.0中多线程支持功能已经被提出，为现代的多处理器技术奠定了基础；2003年LabVIEW 7 Express 中引入了波形数据，以及一些交互性更强的、基于配置的函数；分布式智能在2005年推出的LabVIEW 8中实现了；最新的LabVIEW8.20提出了仿真框图和MathScript节点功能，将这一平台测试测量带入了设计领域。1.3 虚拟仪器的特点虚拟仪器的发展丰富且增强了传统仪器的功能。虚拟仪器将信号分析、显示、储存、打印和其他管理集中交由计算机来处理。开放工业标准化，虚拟仪器技术的硬件和软件来开发一个开放的行业标准，使资源的可重复利用率提高，功能易于扩展，管理规范，生产、维护和开发费用降低。促进复杂的测试系统，通过一个复杂的网络的分布式测试系统的远程测试、监视和诊断、储存工具的购买和维护成本。1.3.1 性能高虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能全面的处理器和文件I/O，在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，互联网和计算机网络的不断发展，速度越来越快，是虚拟仪器技术显示出更强大的优势。1.3.2 扩展性强NI软件和硬件工具，是我们不再局限于目前的技术，得益于NI软件的灵活性明智需更新电脑或测量硬件，你可以用最少的硬件投资，很少或没有软件升级，以改善整个系统。在使用最新的技术，我们可以将他们继承到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。1.3.3 开发时间少驱动程序和应用两个层面上，NI高效的软件体系结构的计算机、仪器仪表和通信方面的最新技术结合在一起。NI软件构架设计这个初衷是为了方便使用者的操作，同时在此基础上还提供了灵活性强大的功能，让我们能够很容易的配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。1.3.4 无缝集成虚拟仪器技术是一个集成的软硬件概念。在产品在功能上不断地变得复杂，使用者们通常需要集成多个测量设备来满足自己想要的测试需求，这些不同的设备的连接和继承，往往要花费大量的时间，虚拟仪器软件NI提供所有标准I/O设备接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到一个单个系统，减少了任务的复杂性。1.4 虚拟仪器系统的构成虚拟仪器由硬件接口、虚拟仪器面板和设备驱动程序软件组成。其中，接口和硬件设备可以是内置的功能，各种基于PC总线接口卡、串行端口、VXI总线接口设备，或其他各种的可编程外部测试设备，虚拟仪器通过底层设备驱动软件和真实仪器系统通信的形式显示在计算机屏幕上的虚拟仪器面板和仪表板上的实际操作对应的各种控制。就像真正的仪器，用鼠标虚拟仪器面板的用户真实和方便操作。1.4.1 虚拟仪器系统的硬件构成虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是不同类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。它管理着虚拟仪器的软件资源，是虚拟仪器的硬件基础。因此，计算机技术在显示、存储能力、处理器性能、网络、总线标准等方面的进一步发展，促进了虚拟仪器系统在当代的快速发展。根据不同意见的控制功能，可以分为数据采集、GPIB、VXI、PXI总线和串行总线标准的体系结构，主要完成被测输入信号的采集、放大、A/D转换。1.4.2 虚拟仪器系统的软件构成测试软件是虚拟仪器的主要组成。NI公司提出虚拟仪器的概念，并推出了第一台实用的结果，他们实用软件就是仪器，虚拟仪器的表达特点，强调软件在虚拟仪器的重要性。NI公司从丰富的、简洁的虚拟仪器软件开发导论。用户可以根据不同的任务，在虚拟仪器软件提示不同的测试软件系统，实现现代科学和技术复杂的测试任务。一些具有灵活性和强大的计算机软件代替传统仪器，虚拟仪器系统的硬件特点，特别是计算机应用系统的直接参与测试信号的产生和测量仪器。在一些硬件，甚至整个仪器从系统中消失，由计算机的硬件和软件资源以履行其职责。虚拟仪器测试系统的软件主要分为以下四部分。（1）仪器面板控制软件软件测试仪表面板控制管理是使用者和仪器的关系之间的信息交换，计算机强大的图形化编程环境的使用，使用可视化技术，在前面板上从控制模块中选择你需要的对象放入。（2）数据分析处理软件利用计算机和虚拟仪器开发的强大计算能力，虚拟仪器系统的软件可以大大提高数据的分析和处理能力，减少开发所需要的时间。（3）仪器驱动软件虚拟仪器驱动程序所处理的一种特殊的仪器控制通信软件，通讯接口的仪器驱动程序和使用的开发环境是联系在仪器的，它提供了一个高层次、抽象的仪表形象，它也提供了使用者开发环境的基本信息。仪器驱动器是虚拟仪器的主要核心，是用户完成对仪器硬件控制的纽带和桥梁。程序函数VI集是虚拟仪器驱动程序核心，函数VI是指组成驱动的模块化子程序。驱动程序一般情况下可以分为两层，底层是仪器的一些基本操作，如初始化仪器配置仪器输入参数、查看仪器状态、收发数据等。高层是应用函数VI层，它根据具体测量需求以此调用底层的函数VI。（4）通用I/O接口软件在虚拟仪器构成系统中，I/O接口软件作为虚拟仪器系统软件结构中承上启下的含义，其模块化与标准化越来越受到重视。VXI总线即插即用联盟，其制定了自下而上的I/O接口软件，VISA的设置标准，作为一个通用的I/O标准，VISA与仪器硬件接口功能，这样的软件结构式面向设备的功能，而不是面向接口总线无关。带有RS232接口，带GPIB接口编写的软件工具的应用工程师也可以在VXI系统或设备，它不仅会缩短应用程序开发周期，测试软件的发展带来了革命性的方法和手段。1.5 测量技术与仪器发展趋势展望随着计算机技术、网络通信技术的进步而不断拓展，在21世纪的仪器概念继续扩大将是一个开放的系统概念。在PC和工作站通过形成网络形式，构成了实际的控制系统，提高生产效率和共享信息资源，已成为现代仪器仪表的发展方向。从某种意义上说，计算机和现代仪器仪表具有相互融合，这是一种常见的计算机网络设备的网络。如果控制系统有更多不同类型的智能设备，如计算机和工作站作为一个网络节点连接到网络，如各种智能仪表，虚拟仪器和传感器等，它们一直充分利用互联网相对成熟的网络设施，不仅要实现更大的资源共享，降低成本，建立一个系统，但也提高了监测和控制系统的功能，扩大其应用范围。“网络就是仪器的概念，概述了精确的仪器网络趋势。”目前，互联网为代表的计算机网络的飞速发展，作为信道容量网络的扩展，网络的高速应用将不再是一个障碍，网络速度将不再成为网络应用的障碍。利用Internet网络设备，网络化传感器已应用到分布式测控系统中，简化了设备系统的维护和建设，降低成本，提高系统的功能，具有测量和控制网络的发展，网络技术和控制网络与信息网络也将得到更加的完善，最终实现大规模对等的范围和广度，一定将以更快的速度扩大。结合计算机技术、控制技术、传感器技术，形成分布式测控系统的网络更加的方便。互联网为代表的计算机网络技术的迅猛发展和相关技术的不断提高，使计算机网络更大、更广泛的应用在国防、通讯、航空等制造业领域。广泛的网络监视和控制提出了更迫切的需求，监测和控制网络技术领域也将被广泛应用于网络化仪器将很快发展和走向成熟，从而有效地带动和促进现代测量技术、网络测量技术。专家预计得出，在不久的一段时间，地球将被一层由大量各种各样电子测量仪器设备组成的“通讯外壳”所包裹，它们将对城镇、道路甚至所有环境进行监视，并将所得到的数据值随时直接传入网上。与各种行业相比，测量技术与虚拟仪器将在当今时代发巨大的变化。1.6 本课题研究的主要内容及实现功能本次设计的要求是选择开放式的LabVIEW虚拟仪器软件开发平台，设计一个体温测量系统，可实现对人体体温的测量和显示。并且要求仪器操作方便，版面美观大方，功能完善，便于查看和使用。要求是对数据进行采集，再进行数据的分析而把测量的人体体温显示出来。首先，需要掌握的就是LabVIEW软件的认识和使用，并且还要对体温测量系统整体程序框图原理的设计。2 设计方法及技术的介绍在此次设计中，对于体温的采集并不是一次或者几次就可以完成的，因此需要一个循环系统，从而得到更加合适的体温的采集与体温表的设计。而若是程序框图需要简单明了的设计，那么更多的需要依赖于子VI。在此设计中，需要一个公式的计算，并且需要以程序的形式编写出来。2.1 while循环设计的所有进程都在while循环中执行，while循环可以设定重复执行循环体，直到它到达的边界条件。它类似于普通的编程语言DO循环和repeat-until，while循环式一个方框图，可变大小的模块，直到条件终端接收程序执行布尔值FALSE。如图5为while循环示意图。该循环有如下特点：l计数从0开始（i=0）。先执行循环体，而后i+1，如果循环只执行一次，那么循环输出值i=0。循环至少要运行一次。图5 while循环示意图对于For循环，循环的次数是固定的，因为LabVIEW没有Break语句，很多情况下，需要让循环满足某种条件时退出或继续执行，这时候就需要借助于While循环。While是LabVIEW中最经常使用的一种程序结构。While循环体与外部代码交换数据的方式和For循环是一样的。但是如果以索引方式输入数组的话，While循环的次数并不会由数组大小控制，它仍由布尔值控制。当循环次数超过数组大小时，将以数组最后一个元素作为输入。并且，LabVIEW在执行While循环时，如果没有给它设定循环的时间间隔，那么它将以CPU的极限速度运行，这样很可能会导致整个LabVIEW程序看上去跟死掉一样，CPU将全部的被利用，从而导致危险程度增加。所以最好给While循环加上时间间隔，有两种方法，一种是在每个循环中添加一个等待时间，只有在等待完毕后才惊醒下一个循环，另一种方法是使用定时循环。2.2 子VI的介绍与创建及使用子VI在LabVIEW编程语言与文字功能类似，如果你不使用LabVIEW中的子VI，就好比如在文本编程语言中不使用函数一样，不使用函数根本就不可能构建大的程序。在LabVIEW图形化编程环境中，尤其是在图形连接将占据较大的空间，在屏幕上，用户不能把所有的程序都在同一狂徒的VI中实现。因此，在许多情况下，我们需要分割成一个小的程序模块来实现。即用子VI来实现，子VI有如下特点：子VI是层次化、模块化VI的关键组成部分，它能使VI易于调试和维护；子VI是由其它VI调用的独立VI，即子VI用在顶层VI框图中；子VI是基于文本编程语言的子程序，子VI的节点类似于子程序的调用语句；使用子VI是一种有效的编程语言技术，因为它允许在不同的场合重复使用相同的代码；VI程序的分层特性就是在一个子VI中能够调用另一个子VI。用户将常用的功能模块创建成子VI，不仅有效提高代码的使用效率，避免进行频繁的重复操作，也大大节省了编程时间。需要说明的是，一个子VI相当于一个子程序，子VI节点相当于子程序的调用语句，而不是子VI本身。子VI的控件和函数从调用该VI的程序框图中接收数据，并将数据返回至该程序框图。用LabVIEW语言开发程序时，可以和C语言一样采用从顶向下的设计方法，用户每创建一个VI程序，都可以将其作为上一级VI的子VI节点来调用，实现其模块化编程，这是使用G语言编程的分层特性，一个子VI内可以调用多个子VI。图6 默认图标在调用VI的程序框图中，用图标来代表子VI。另外，子VI必须有一个正确连接端子的连接器来实现和它上层VI的数据交换。LabVIEW为每个程序创建默认的图标，显示在前面板和程序框图窗口的右上角，如图6所示。对默认图标的编辑可通过图标编辑器来完成。 2.3 公式节点在程序设计中，如果只用图形和线条来描述计算和算法过程，有时更复杂。公式节点工具弥补了这个不足，公式节点是一个易于在节点的框图执行数学运算。在公式节点可以使用算术表达式的算法的实现过程中，用户不需要使用任何外部的代码或应用程序，建立方程没有连接到任何基本的算术函数，除了接受文本方程外，公式节点还接收C语言中的if语句、while循环、for循环和do循环，如图7所示。在类似的C语言程序中，这些程序的元素组成的元素都不完全相同。公式节点是特别适用于含有多个变量和方程比较复杂的程序，与现有的文本代码的利用。复制粘贴的文本代码在现有公式节点中，不是通过图形化编程方式再次产生相同的代码。图7 公式节点程序图2.4 信号的输入（数据采集）数据采集（Data Acqusition-DAQ）是物体的测量参数是由传感器原件的转换，通过信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到计算机进行数据处理或者记录的过程。用于数据采集的成套设备称为数据采集系统（Data Acqusition System-DAQ）。从传感器和其他设备可以测量或模拟数字测量过程中的自动采集单元的数据收集方法称为数据采集，数据采集系统灵活地与计算机的测量软件和硬件产品的软测量系统相结合。一个完整的数据采集系统包括传感器和转换器、信号调理设备、数据收集和分析、计算机硬件、驱动程序和应用软件等。数据采集是LabVIEW的核心技术之一，也是LabVIEW与其它编程语言相比的优势所在。使用LabVIEW的DAQ技术，可以编写出强大的DAQ应用软件。LabVIEW中数据采集系统的基本构成如图8所示。图8 LabVIEW中的数据采集系统NI公司生产了组建完整的DAQ系统所需的全部组件。LabVIEW中的数据采集程序库包括许多NI公司生产DAQ卡的驱动程序。通常一块DAQ卡可以完成多种功能，如A/D转换、D/A转换、数字I/O、计数器/定时器操作等，数据采集系统的构成如图9所示。图9 数据采集系统的构成2.4.1 传感器和变换器传感器将物理信息，产生可测量的电信号。例如热电偶、电阻温度计、热敏电阻器和集成传感器可以把温度转变为ADC可测量的模拟信号。2.4.2 信号调理来自传感器的信号可能是很弱的，或含有大量的噪声，或是非线性的，因此，采集信号必须在信号调理卡进入下进行。如图10所示。信号的调理方式主要由放大、衰减、滤波、激励、隔离等构成。图10 信号调理2.4.3 数据采集设备信号的信号调理、数据采集设备的连接。一般而言，数据采集卡和计算机数据采集设备相连接，可以用各种不同的方式。PCI、PCI Express、PCMCIA、USB、CompactFlash、Ethernet等总线是NI数据采集设备的支持总线。输入、输出、数字I/O、触发采集等是数据采集卡的功能。2.4.4 数据采集卡数据采集卡基于PCI总线的内置功能卡片，可以充分利用计算机资源，提高系统的灵活性和可扩展性测试。利用数据采集卡，可以很容易和快速地构建虚拟仪器，实现一机多型和一机多用。DAQ数据采集系统不仅具有很高的性价比，并且PCI传输速率高，数据吞吐量大，因此采用美国国家仪器公司（National Instruments，简称NI）出品的M系列PCI-6221型PCI总线数据采集卡。而且，M系列的新技术能提供更高的性能和更多的I/O，具有更高的价值。NI-STC 2是专门为M系列DAQ设备设计的特定用途集成电路，提高了设备的I/O通道数。2.4.5 数据采集系统的开发（1）数据采集系统的硬件开发以单通道差分方式为例，其68针连接器CB-68LP的硬件接线如图11所示。图11 连接器的接线图（2）数据采集系统的软件开发图形化编程语言工具LabVIEW的主要特点是分解成若干功能模块，引脚的输入、输出接口模块。程序员可以通过人机交互的方式，利用设计图形的方法，完成虚拟仪器的逻辑和测量分析功能设计。数据采集助手按Step-by-Step的方式来创建数据采集应用程序，而使用Express VI，测量任务之前需要大量的、复杂的程序代码，现在是封装在一个交互式配置Express VI。数据采集的辅助（如图12所示）来创建一个数据采集系统，设置从采样的信道数，时间触发。无需编程（如图13所示）。使用Express VI创建一个连续的从数字触发器采集数据，过滤波形并进行频谱分析的数据采集应用系统（如图14所示）。图12 数据采集助手图13 数据采集助手设置图示(a)(b)图14 基于DAQ的数据采集系统（a）前面板图 （b）程序框图 3 程序的设计在虚拟仪器软件的工作平台上，设计一个体温的测量系统，并且可以实现对人体体温的测量以及显示。通过虚拟仪器软件平台对需要设计的体温测试系统进行图形化编程，对需要测量的目标进行数据的采集，再进行数据的分析并且把测量的人体体温显示出来。3.1 电阻元件阻值的测量电阻阻值随着温度的升高将会降低（负温度系数），这是热敏电阻的重要特性。热敏电阻使用半导体材料制造的，其阻值特性关于环境温度呈指数关系，因此会得到非线性响应。热敏电阻响应与RTD（100铂电阻温度设备）比较，如图15所示。 图15 热敏电阻与RTD的电阻-温度曲线热敏电阻响应曲线展示了设备阻抗和温度指数的关系。很明显，在这个曲线中热敏电阻具有以下三个特性：温度系数是负数；响应曲线是非线性的（指数关系）；阻抗在多个是被程范围内变化。3.2 热敏电阻电压的测量在工作站的原型板上，使用10k电阻和热敏电阻建立分压器电路，输入电压被连接到【电源+】和【地】接头上。热敏电阻两端的电压输出到DMM【V】接头上，测量电路如图16所示，原型板上电路如图17所示。图16 使用热敏电阻的温度测量电路图17 NI ELVIS原型板上的实际热敏电阻电路确保可变电源电压被设置为零。为原型板加电，观察DMM上电压的显示值。将电压从0增加到+5V。热敏电阻两端的被测电压VT降大约增加到2.5V。将电源电压减小为+3V。这样确保了热敏电阻中自己产生的热点（焦耳热）不会影响外部温度读数。通过对热敏电阻受热情况的不同，热敏电阻两端的电压也随着改变，在不同的温度下存在着不同的电压阻值，如图18所示。因此，通过对热敏电阻电路加电，之后读取热敏电阻两端的电压。图18 热敏电阻电压的采集3.3 电压值转换为阻抗若用指尖加热热敏电阻，观察到电压降低，可以重新安排分压方程，即可以按如下方法计算热敏电阻阻抗：通过计算环境温度为25度的情况下，热敏电阻阻抗大约为10k。这个方程称为比例函数，可以将被测电压转换为热敏电阻阻抗，也可以更加方便地使用NI ELVIS II DMM或在LabVIEW程序（VI）中测量VT。在LabVIEW中，以上比例方程被编写为子VI，如下图19程序框图所示。图19 比例函数的程序框图3.4 阻抗转换为温度值在得知电压的情况下，我们得到了响应的阻抗值。通过用数学函数拟合响应曲线，得到标定曲线。LabVIEW中包含了许多数学工具可以拟合这种关系，在找到正确的方程之后，我们可以为标定区域内使用热敏电阻计算温度。那么如下面程序框图所示，即得到了阻抗值转换成温度值的计算数学方程，且标定方程为R=29.95798exp(-0.04452T)，编写成程序框图如下图20所示。图20 阻抗转换为温度的数学方程4 构建NI ELVIS虚拟数字温度计4.1 数字温度计全面板的设计通过对数字温度计的设计，由于传统体温计在操作和读取方面都不是很方便，更有很多的人不会读取体温表的数值，尤其是老人和小孩，对于上了年纪的人，即使会读，可是由于视力的关系也很难读到准确的体温。为了得到美观大方的面板，并且使得读取数值方便，我们从各方面的的考虑，既有数字方式的读取，也有刻度方式的读取，更加方便了广大人民群众。则图21即为数字温度计LabVIEW的前面板框图。图21 数字温度计的LabVIEW前面板4.2 数字温度计程序框图的设计测量、比例变化、标定以及显示是在while循环中顺序完成的。Voltsln.vi子VI是测量热敏电阻电压，Scaling.vi 子VI是将测量得到的电压根据上述的比例方程转化为电阻，Convert R-T子VI是使用已知的标定曲线将电阻转化为温度。最后，温度以数字、仪表读数以及温度计的形式显示在LabVIEW的前面板上。等待函数设定为100ms确保每十分之一秒进行一次电压采样。程序框图和前面板一样，同样需要简洁易懂，通过对while循环、子VI的制作与应用、公式节点和DAQ的学习，设计的程序框图使人看上去就能明白，即图22为数字温度计的程序框图。数字温度计程序激活VPS，为热敏电阻电路加电，之后它读取热敏电阻两端的电压，将它转换为温度，并以多种方式式将数值显示在前面板上。图22 数字温度计的LabVIEW程序框图5 温度计的系统调试5.1 NI ELVIS II工作环境及系统调试电子学教育平台包括Multisim, ELVIS和 LabVIEW。该软硬件集成的平台可以无缝地将电路理论、设计仿真、原型比较联系起来，以动手实践方式培养电子设计理论和实践的能力。硬件工作区域用于创建电路及接口实验NI ELVIS II软件（在NI LabVIEW软件中实现），如图23为NI ELVIS II工作平台，包括以下。（1）软件前面板（SFP）工具。（2）LabVIEW应用程序编程接口（API）。（3）Multisim应用程序编程接口。图23 NI ELVIS II工作平台通过API，用户可以使用在Multisim内编写的LabVIEW程序及仿真程序实现NI ELVIS II工作站的自定义控制及访问。NI ELVIS II环境由以下几部分组成：