1、* * 机械工程 学院 测控技术与仪器 专业 072 班2011年5月13日摘要 针对传统测温系统存在的若干问题 ， 基于虚拟仪器技术 ，利用Lab VI EW 软件设计开发了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L a b VI E W 进行编程 向用户提供操作界面和显示界面，实现了温度的数据采集、传送 、分析和显示，并向用户提供历史查询功能。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、温度控制精度优于 0 - 3 可以满足工业测试的需要 。关键词 ：虚拟仪器；L a b VI EW；软件设 计 ；温度测量。Abstr
2、act I n v i e w o f t r a di t i o na l t e mpe r a t ur e me a s u r e me nt e x i s t e n c e ce r t a i n qu e s t i o ns ，us i ng o f La bVI EW s o f t wa r e， t he t e mp e r a t u r e me a s u r i n g s y s t e m b a s e d o n v i r t u a l i n s t r u me n t t e c h n i q u e i s d e s i g n
3、e d I t c a n r e a l i z e t h e d a t a a c q u i s i t i o n o f t e mp e r a t u r e a s we l l a s d a t a t r a n s mi s s i o n， a n a l y s i s a n d d i s p l a y ， wi t h t h e d e v e l o p me n t s o f t w a r e o f v i r t u a l i n s t r u me n t s La b VI EW ， s e n s o r s ， d a t a
4、a c q ui s i t i o n s a nd S O o n， i n a dd i t i o n t o p r o v i d e u s e r s wi t h hi s t o r ic d a t a i nq ui r e Ex pe r ime n t a l r e s ul t s s ho w t h a t t h e s y s t e m i s s i mp l e， g o od i nt e r f a c e， e a s y o pe r a t i on， me a s ur e me n t a c c u r a c y， s t a b
5、l e， t e mp e r a t ur e c o n t r o l a c c u r a c y i s b e t t e r t ha n0 3 t o me e t t he ne e d s o f i ndu s t r i a l t e s t Ke y word ：v i r t u a l i n s t r u me nt ；La bVI EW ；s o f t wa r e d e s i g n；t e mpe r a t u r e me as u r in g 第1章 绪论1.1 课题研究的意义及现状 温度是机械工业生产和科学研究实验中的一个非常重要的参
6、数 ，许多系统的工作都是在一定的温度范围内进行的， 需要测量温度和控制温度的场合及其 广泛 。温度是一个非常重要的物理量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形、结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制失误就可能引起生产安全、产品质量、产品产量等一系列问题。因此对温度的检测的意义就越来越大。温度采集控制系统在工业生产、科学研究和人们的生活领域中，得到了广泛应用。在工业生产过程中，很多时候都需要对温度进行严格的监控，以使得生产能够顺利的进行，产品的质量才能够得到充分的保证。使用自动温度控制系统可以对生产环境的温度进行自动控制，保证生产的自动化、智能化能够顺利、安全
7、进行，从而提高企业的生产效率。 随着社会的进步和工业技术的发展，人们越来越重视温度因素，许多产品对温度范围要求严格，而目前市场上普遍存在的温度检测仪器大都是单点测量，同时还有温度信息传递不及时、精度不够的缺点，不利于工业控制者根据温度变化及时做出决定。在这样的形式下，开发一种能够同时测量多点，并且实时性高、精度高，能够综合处理多点温度信息的测量系统就很有必要。 测量温度的方法很多，按照测量体是否与被测介质接触，可分为接触式测温法和非接触式测温法两大类。接触式测温法的特点是测温元件直接与被测对象接触，两者之间进行充分的热交换，最后达到热平衡，这时感温元件的某一物理参数的量值就代表了被测对象的温度
8、值。这种方法优点是直观可靠，缺点是感温元件影响被测温度场的分布，接触不良等都会带来测量误差，另外温度太高和腐蚀性介质对感温元件的性能和寿命会产生不利影响。非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，而是通过辐射进行热交换，故可以避免接触式测温法的缺点，具有较高的测温上限。此外，非接触式测温法热惯性小，可达1/1000S，故便于测量运动物体的温度和快速变化的温度。由于受物体的发射率、被测对象到仪表之间的距离以及烟尘、水汽等其他的介质的影响，这种方法一般测温误差较大。 目前温度检测技术发展很快，从原始的温度传感器发展到了现在的热电阻温度传感器、热电偶温度传感器、数字温度传感器等等。温度测量控
9、制系统常采用单片机控制 ， 该技术应用广泛 ，但其编程复杂 ，控制不稳定 ，系统的精度不高。而利用虚拟仪器开发和设计的温度测量系统 ，采用普通P C机为主机 ，利用图形化可视软件 L a b VI EW 为软件开发平台 来监测温度的变化情况 ，采集数据并进行处理 、存储 、显示等 。设备成本低 ，使用便 、灵活 。 1.2 虚拟仪器技术与 La b VI EW 简介 虚拟仪器的概念是美国 N I公 司 （ N a t i o n a l I n s t r u m e n t ）在 2 0世纪8 0年代中期提出来的虚拟仪器是以计算机作为仪器统一的硬件平 台。 充分利用计算机的运算 、存储、 回
10、放 、 调用 、 显示及文件管理等智能化功能 ， 同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化 ， 使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同。 同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能 ， 满足多种多样的应用需求由于虚拟仪器的测试功能 、 面板控件都实现了软件化 。 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这
11、也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。虚拟仪器实现了测量仪器的智能化，多样化，模块化和网络化，体现出多功能、低成本、应用灵活、操作方便等优点。 虚拟仪器技术是由三大部分组成的，这三大部分分别是：1）高效的软件软件是虚拟仪器技术中最重要的部份。使用正确的软件工具 ,并通过设计或调用特定的程序模块，工程师和科学家们可以高效地创建自己的应用以及友好的人机交互界面。提供的行业标准图形化编程软件LabVIEW，不仅能轻松方便地
12、完成与各种软硬件的连接，更能提供强大的后续数据处理能力，设置数据处理、转换、存储的方式，并将结果显示给用户。2）模块化的I/O硬件面对如今日益复杂的测试测量应用，已经提供了全方位的软硬件的解决方案。无论您是使用PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是1394总线，都能提供相应的模块化的硬件产品，产品种类从数据采集、信号条理、声音和振动测量、视觉、运动、仪器控制、分布式I/O到CAN接口等工业通讯，应有尽有。高性能的硬件产品结合灵活的开发软件，可以为负责测试和设计工作的工程师们创建完全自定义的测量系统，满足各种独特的应用要求。3）用于集成的软硬件平台专为测试任务设计的PXI硬件平台，已经
13、成为当今测试、测量和自动化应用的标准平台，它的开放式构架、灵活性和PC技术的成本优势为测量和自动化行业带来了一场翻天覆地的改革。PXI作为一种专为工业数据采集与自动化应用度身定制的模块化仪器平台，内建有高端的定时和触发总线，再配以各类模块化的I/O硬件和相应的测试测量开发软件 ，您就可以建立完全自定义的测试测量解决方案。无论是面对简单的数据采集应用，还是高端的混合信号同步采集，借助PXI高性能的硬件平台，您都能应付自如。这就是虚拟仪器技术带给您的无可比拟的优势。 虚拟仪器软件编程环境给用户提供了一个充分发挥自己才能和想象力的空间，可根据用户自己的设想及要求，通过编程来设计、组建自己的仪器系统。
14、虚拟仪器由用户自行设计、自行定义，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义、用户无法改变的模式。在硬件平台确立之后，是由软件而不是硬件来决定仪器的功能，虚拟仪器可通过改变软件的方法来适应不同的需求，它的功能灵活、开放，容易与其他外设、网络相连，构成更大的系统，技术更新周期短，可随着计算机技术的发展和用户的需求进行仪器与系统的升级，在性能维护和灵活组态等多个方面都有着传统仪器无法比拟的优点，且投入少，收效大。 与 C 和 BASIC 一样， La b VI EW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。La b VI EW 的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据 显示
15、及数据存储，等等。NI公司推出的L a b V I E W 虚拟仪器开发平台是一种崭新的图形化编程语言，其源程序完全是图形化的框图，而不是文本代码，这一点不同于VISUAL系列编程语言。它把复杂、繁琐、费时的语言编程简化为利用线条把各种不同的图形化功能模块连接起来的图形编程。所以用L a b V I E W 编写程序的过程就变成一个程序流程框图的绘制过程。另外L a b V I E W 还提供了简单、方便、完整的程序查错、调试工具。在L a b V I E W 中程序查错不需要预先编译，只要程序中存在语法错误，它马上就会提示你，然后只要鼠标点击两下，就可以快速地查出错误的类型、原因以及错误的准确位置。这在编写较大程序的时候尤为方便。 La b VI EW具有三种用来创建和运行程序的模板：工具模板、控制模板和函数模板。工具模板包括了程序的创建，修改和调试时使用的工具；控制模板主要用于在前面板中添加指示器和控制器；而函数模板则用于创建框图程序，它包括了很多函数子模板。 La b VI EW是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。La b VI EW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
