基于labview的数据采集系统的设计.doc

摘 要：基于虚拟仪器技术，利用LabVIEW软件设计开发了温度测量系统， 具体叙述了系统软硬件设计方法。该系统可改善工作条件、降低成本，提升效率。
关键词：虚拟仪器;LabVIEW;温度测量
Abstract: By use of LabVIEW software, the temperature measuring system based on virtual instrument technique is designed. The paper introduced the design of software and hardware in detail. It can be improve work condition, lower the cost, and raise the efficacy.
Key Words: Virtual Instrument; LabVIEW; temperature measuring
0 引言
　　温度是工业生产和科学研究试验中一个很关键参数，物体很多物理现象和化学性质全部和温度相关，很多生产过程全部是在一定温度范围内进行，需要测量温度和控制温度场所极其广泛。现在温度测量控制系统常采取单片机控制，该技术应用十分广泛，但其编程复杂，控制不稳定，系统精度不高。而利用虚拟仪器技术开发和设计温度测量系统，采取一般PC机为主机，利用图形化可视测试软件LabVIEW为软件开发平台，来监测温度改变情况，采集数据并进行处理、存放、显示等。设备成本低，使用方便灵活，适适用于工农业生产和教学。
1 虚拟仪器技术和LabVIEW介绍
　　虚拟技术、计算机通信技术和网络技术是信息技术三大关键技术，其中虚拟仪器是虚拟技术一个关键组成部分。虚拟仪器（Virtual Instrument,简称VI）是突破传统仪器概念最新一代测量仪器，它利用高性能模块化硬件，结合高效灵活软件，由用户自己定义来完成多种测试、测量和控制应用。其本质特征是：“软件就是仪器”。它是基于计算机软硬件测试平台，可替换传统测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等;可集成于自动控制、工业控制系统;可自由构建成专有仪器系统。虚拟仪器技术含有性能高、扩展性强、开发时间少和出色集成四大优势，使其成为现代测控技术发展趋势。
　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench试验室虚拟仪器工程平台）是一个程序开发环境。它使用图形化编程语言G在步骤图中创建源程序，而非使用基于文本语言来产生源程序代码。LabVIEW还整合了诸如满足 GPIB、VXI、RS-232和RS-485和数据采集卡等硬件通讯全部功效。内置了便于TCP/IP、Active X等软件标准库函数。 LabVIEW程序被称为虚拟仪器（VIs），是因为它们外观和操作能模拟实际仪器。即使用户没有多少编程经验，一样也能利用LabVIEW来开发自己应用程序。
2系统方案设计
　　虚拟仪器测温系统是用虚拟仪器技术改造传统测温仪，使其含有更强大功效。系统框架图1所表示，仪器系统经过前端感温装置传感元件，将被测对象温度转换为电压或电流等模拟信号，经信号调理电路进行功率放大、滤波等处理后，变换为可被数据采集卡采集标准电压信号。在数据采集卡内将模拟信号转换为数字信号，并在数据采集指令下将其送入计算机总线，在PC机内利用已经安装虚拟仪器软件对采集数据进行所需多种处理。

图1 温度测量系统原理框图
　　基于虚拟仪器技术测温系统由硬件和软件两大部分组成。
　　2.1 硬件系统设计
　　硬件系统由前端感温装置（温度传感器）、数据采集卡、PC机系统等组成，关键实现温度信号采集、转化、处理等功效。

图2 测温系统硬件电路原理图
　　本系统前端感温装置采取热敏电阻，热敏电阻RT1和R1串联分压，电路输出电压和温度成正比。传感器通常输出信号较小，必需采取适宜信号调理电路（如放大），尽可能减小量化误差。当温度变大时，热敏电阻RT1电阻变小，在分压点产生一线性电压，经电压跟随器保持后，经过LM324进行一级和二级放大，输出一个正向、和温度改变大小成正比线性电压。测量电路输出模拟电压送入数据采集卡，转化为数字信号再输入PC机。
　　2.2 软件系统设计
　　软件部分关键是对数据进行后续处理、报警、显示等功效，具体实现采集卡参数设定、数据标定、实时显示、温限设定及报警和人机交互等功效。
　　（1） 传感器标定
　　传感器标定是经过试验以建立传感器输入量和输出量之间关系。标定是仪器仪表在设计完成后，正式使用前必需要经过一道校验程序。对于虚拟温度测量系统而言，标定就是为了取得电压和被测物体温度函数关系，方便经过电压计算出温度。
　　热敏电阻含有灵敏度高、体积小、重量轻、使用寿命长，适于远距离测量等优点，但其非线性误差较大，稳定性稍差，所以必需进行标定。

　　经过曲线拟正当对系统进行标定，即可求出测温范围内任一电压对应温度。
　　（2） 前面板设计
　　用户界面（前面板）是虚拟仪器关键组成部分，仪器参数设置、测试结果显示等功效全部是经过软件实现，所以要求软件界面简单直接，便于使用。本系统采取LabVIEW8.2软件设计了用户界面图3所表示。该界面可显示经传感器检测、数据卡采集并转换得到电压波形改变，同时将标定后得到温度值分别用波形、指针和数值三种方法显示出来，适应不一样用户需求，经过布尔量开关设置超限报警指示。

图3 系统前面板（用户界面）
　　（3） 程序框图设计
　　LabVIEW源程序为框图式，且提供了很丰富库函数，从数据采集到仪器控制，从信号产生到信号处理，从数据分析到图形显示，从文件读写到网络通信，多个多样，大大提升了用户编程效率，减轻了编程工作量。
　　本系统程序框图设计关键包含设备初始化、AD部件初始化、模拟数据读取、电压-温度转换、数据处理及显示、超限报警、AD部件释放、设备释放等模块，其中有些模块直接调用LabVIEW中子模块（库函数），如乘法、减法、比较超限是否、定时器等;还有些如Create/Release ID、 AD Int/Read/Close等模块由用户自定义设计实现。
　　具体步骤图和程序框图见图4、图5。

图4 系统步骤图

图5 测温系统程序框图
4 结束语
　　利用LabVIEW软件实现了虚拟温度测量系统，改善了工作条件，提升了精度，节省了时间，降低了成本。该系统扩展性很强，可深入扩充其功效，如实现对温度远程测控等。该系统构建测控系统方法，可推广到类似应用中，有着十分关键现实意义。
　　本文创新点在于：采取虚拟仪器构建了温度测量系统，实现了测温智能化，精度高，成本低，通用性和扩展性强。
参考文件：
　　[1] National Instruments LabVIEW Basic I, National Instruments,汪敏生等译著，LabVIEW基础教程，北京，电子工业出版社，。
　　[2] 秦树人主编，虚拟仪器，北京，中国计量出版社，。
　　[3] 江伟，袁芳，基于虚拟仪器技术振动测试系统设计，微计算机信息（测控自动化），第22卷第10-1期，313-314，240。
　　[4] 暴秀超等，基于LabVIEW发动机气缸套动态温度测试系统，小型内燃机和摩托车，第35卷第6期，43-45。