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          LabVIEW的測(cè)溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2017-06-04 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境,由美國(guó)國(guó)家儀器()公司研制開(kāi)發(fā)的,類似于C和BASIC開(kāi)發(fā)環(huán)境,但是與其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是:其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼,而使用的是編輯語(yǔ)言G編寫(xiě)程序,產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201706/347797.htm

          溫度是機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)非常重要的參數(shù),許多系統(tǒng)的工作都是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的,需要測(cè)量溫度和控制溫度的場(chǎng)合及其廣泛。

          1 虛擬儀器技術(shù)與LabVIEW簡(jiǎn)介

          虛擬儀器[1](virtual instrument)是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式,一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器,其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小,這類儀器功能也越來(lái)越強(qiáng)大,目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托,實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。上面的框圖反映了常見(jiàn)的虛擬儀器方案。

          虛擬技術(shù)、計(jì)算機(jī)通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)的三大核心技術(shù),其中虛擬儀器是虛擬技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。在虛擬儀器系統(tǒng)中,用靈活、強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件,用人的智力資源代替許多物質(zhì)資源,特別是在系統(tǒng)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)直接參與測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生和測(cè)量特征的解析,使儀器中的一些硬件甚至整件儀器從系統(tǒng)中“消失”,而由計(jì)算機(jī)的軟硬件資源來(lái)完成它們的功能。

          LabVlEW是美國(guó)公司推出的一種基于G語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具,是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器軟件平臺(tái)之一,主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示等領(lǐng)域,可應(yīng)用于Windows、Macintosh、UX等多種操作系統(tǒng)平臺(tái)。設(shè)計(jì)者可以像搭積木一樣,輕松組建測(cè)量系

          統(tǒng),構(gòu)造自己的儀器面板,而無(wú)需進(jìn)行任何煩瑣的計(jì)算機(jī)代碼的編寫(xiě)。即使用戶沒(méi)有多少編程經(jīng)驗(yàn),同樣也能利用LabVIEW來(lái)開(kāi)發(fā)自己的應(yīng)用程序。

          2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

          虛擬溫度測(cè)試儀將被測(cè)對(duì)象的溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流等模擬信號(hào),經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行功率放大、濾波等處理后,變換為可被數(shù)據(jù)采集卡采集的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計(jì)算機(jī)總線,在PC機(jī)內(nèi)利用已經(jīng)安裝的虛擬儀器軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行所需的各種處理。其總體框架如圖1所示。


            設(shè)計(jì)一個(gè)儀器,首先要考慮確定其功能,然后根據(jù)其功能確定需要設(shè)計(jì)前面板和程序框圖。在虛擬儀器中“儀器”的面板需要顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上,根據(jù)需要可隨時(shí)進(jìn)行修改,本文設(shè)計(jì)的虛擬溫度測(cè)試儀要實(shí)現(xiàn)如下功能:1)設(shè)置控制按鈕和顯示窗口,實(shí)時(shí)顯示溫度大小,可以對(duì)采集過(guò)程加以控制;2)設(shè)置預(yù)警信號(hào),當(dāng)溫度超過(guò)某個(gè)預(yù)設(shè)的溫度值時(shí),該警示燈變亮;3)可以對(duì)采集到的溫度信號(hào)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和

          打印,對(duì)采集到的溫度進(jìn)行調(diào)用,以便分析處理和波形回放;4)以實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖的形式直觀地看出溫度的變化過(guò)程,在實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖中新數(shù)據(jù)連續(xù)擴(kuò)展在已有數(shù)據(jù)的后面,波形連續(xù)向前推進(jìn)。

          2.1 傳感器的選擇

          對(duì)溫度的測(cè)量而言,溫度傳感器的選擇是整個(gè)系統(tǒng)的第一步,也是直接影響系統(tǒng)性能的重要因素之一。由于熱電阻線性度好。在-200~+500℃的溫度范圍內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。常用的鉑電阻的特點(diǎn)是精度高,性能穩(wěn)定可靠,被國(guó)際組織規(guī)定為-259~+500℃的溫度測(cè)量。其阻值與溫度的關(guān)系可以表示為:

           

          式中RT,R0分別為T(mén)℃和0℃時(shí)的電阻值;A,B為常數(shù),A=3.908x10-3℃,B=5.802x10-7℃。

          熱電阻傳感器需要外加電源將電阻值轉(zhuǎn)換為電壓值進(jìn)行測(cè)量。通常通過(guò)平衡電橋?qū)犭娮铚囟茸兓D(zhuǎn)換為電壓的變化輸出。然后進(jìn)行放大,通過(guò)測(cè)量電橋輸出電壓變化求得溫度值。

          使用3根引線的熱電阻如圖2所示,其原理是:在使用平衡電橋?qū)犭娮鑂t進(jìn)行測(cè)量時(shí)由電阻體引出3根導(dǎo)線,l根的電阻與電源E串聯(lián),不影響橋路的平衡,另外2根的電阻被分別置于電橋的兩臂內(nèi),它們隨環(huán)境溫度變化對(duì)電橋的影響可以大部分抵消。


            本文所測(cè)溫度變化范圍:-20~+120℃,精度要求0.5級(jí)。通過(guò)曲線擬合法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定,即可求出測(cè)溫范圍內(nèi)任一電壓對(duì)應(yīng)的溫度。

          2.2 溫度測(cè)試系統(tǒng)的信號(hào)調(diào)理

          此溫度傳感器用溫度變送器進(jìn)行信號(hào)調(diào)理,溫度變送器的工作原理是:采用熱電阻作為測(cè)溫元件,從測(cè)溫元件輸出的信號(hào)送到變送模塊,經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正和反方向保護(hù)等處理電路,轉(zhuǎn)換為與溫度成線性關(guān)系的4~20 mA電流信號(hào)輸出,在信號(hào)輸出端加一個(gè)220 Ω的電阻轉(zhuǎn)換成0.88~4.4 V的電壓信號(hào)輸出。

          2.3 溫度測(cè)試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集

          模塊化設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)對(duì)后續(xù)的數(shù)據(jù)顯示和分析結(jié)果以及整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn),具有直接影響,利用NI公司的DAQ(Data AcquisitiON)卡及其驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)這一模塊,充分利用集成的功能全面的DAQ函數(shù)庫(kù)和子VI,設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集的控制,包括觸發(fā)控制、通道控制等的數(shù)據(jù)采集模塊。

          2.4 溫度測(cè)試系統(tǒng)的程序框圖

          在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí),先確定哪個(gè)通道對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集,然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,調(diào)試好后開(kāi)始數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)和備份,當(dāng)溫度超過(guò)用戶所設(shè)定的極限值時(shí),溫度測(cè)試系統(tǒng)會(huì)報(bào)警提示,當(dāng)溫度在允許的范圍內(nèi)時(shí),測(cè)試系統(tǒng)對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行濾波分析、波形顯示、波形調(diào)整。具體流程圖和程序框圖如圖3、圖4所示。

          圖4程序框圖中,case循環(huán)用來(lái)判斷是否執(zhí)行溫度測(cè)試程序,選擇哪種濾波,判斷是否超限報(bào)警。

          3 結(jié)論

          通過(guò)設(shè)置不同的前面板左邊的參數(shù)設(shè)置部分,包括溫度上下限設(shè)置和濾波設(shè)置,右邊為波形顯示部分,包括原始溫度波形顯示和調(diào)整后波形顯示以及圖形的局部細(xì)化、放大,還有指標(biāo)值的數(shù)值顯示。得到如圖5所示的測(cè)量結(jié)果表明,該測(cè)量方法具有測(cè)量精度高、線性度好、時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。




          關(guān)鍵詞: LabVIEW NI 圖形化

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