基于 LABVIEW 的虚拟仪器温度检测系统的设计

摘要:虚拟仪器(VI)是计算机技术和传统的仪器技术相结合的产物,是仪器发展的一个重要方向。LabVIEW是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。本文重点介绍了虚拟仪器的界面,LabVIEW应用,并设计了一个基于虚拟仪器的数字化温度测量和控制系统,阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计。关键词:虚拟仪器;LabVIEW;温度测量;数据采集引言虚拟 仪 器技 术,就 是用 户 在 通用 计 算 机平 台 上,根据 测 试任务的需要来定义和设计的测试功能,其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能。“软件就是仪器”反映了虚拟仪器技术的本质特征。美国国家仪器公司生产的 NI- LabVIEW是目前最为成功,应用最广泛的虚拟仪器软件开发系统。它一种基于 G语言的32位编译型图形化编程语言,其图形化界面可以方便的进行虚拟仪器的开发。在现代工业化生产中,需要进行温度测量和控制的场合越来越多。测温的方法也是多种多样的。1虚拟仪器的特点虚拟仪器设备可以由使用者自己定义,这意味着可以自由地组合计算机平台,硬件(包括传统仪器) ,软件,以及各种实现应用所需要的附件。这种灵活性在由供应商定义,功能固定,独立的传统仪器上是很难达到的。常用的数字万用表,示波器,信号发生器,数据记录仪,以及温度和压力监控仪器就是这种传统仪器的代表。从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变,为现代实验带来了更多实际的利益,同时也促进着实验手段不断更新。2系统设计2.1系统硬件结构虚拟仪器系统的硬件主要是由个人计 算机或者工作站和硬件接口模块组成。其中计算机是主体,主要用来提供实时高效的数据处理性能。硬件接口模块包括仪器硬件和各种通用接口总线,主要用来采集,传输信号。仪器硬件如各种传感器,插入式数据采集卡(DAQ) ,信号调理器等,通用接口总线用来把独立的仪器连接到计算机上。目前较为常用的虚拟仪器系统是数据采集卡系统,GPIB一起控 制 系 统,VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。本系统利用半导体来调节温度的大小,利用温度传感器来对温度进行数据采集,利用LabVIEW编程来实现半导体与PC机之间的串行通讯以及虚拟面板的设计,最后由PC机显示测量的溶液温度。对温度的测量而言,温度传感器的选择是整个系统的第一步,也直接影响系统性能的重要因素之一。金属铂的纯度可达 99.89%,热性能稳定,线性较好,电阻温度系数分散性小,因此在这里我们选择铂电阻作为温度传感器。图1给出了数据采集系统结构框图,其中信号调节的主要作用是将传感器输出的信号与 A/D转换器相匹配。例如A/D转换的输入电平是 05V,而传感器输出信号通常很小,这时必须采取放大措施减小量化误差,相对误差也就减小了。如果传感器在输出信号和传输过程中混入虚假成分,就需要进行滤波。2.2系统软件设计2.2.1标度变换对于同一物理量,用不同的传感器测量得到的不同的电压信号,或者是 对 于 不同 的 物 理量,不 同 的传 感 器 测量 得 到 的相同 的 电压 信 号,为了 显 示 正确 的 物 理量,就 需 要进 行 标 度转换。 因为被测对象的各种数据的量纲与 A/D转换的输入值是不一样的。例如,温度的单位为℃,压力单位为Pa,频率的单位为 Hz,流量的单位m3/h等等。这些参量并不等于原来带有量纲的参数值,必须把它转化成带有量纲的数值后才能计算。一般的线性系统的标度变换公式为: