目录
1 绪论 0
1.1 课题背景 0
1.2 虚拟仪器简介 0
1.3 图形化编程语言LabVIEW的简介 (2)
1.4 本论文任务 (2)
2 温度控制设计方案 (4)
2.1 硬件及软件的选择 (4)
2.1.1硬件的选择 (4)
2.1.2软件的选择 (5)
2.2 硬件及软件设计方案 (5)
2.2.1硬件设计方案 (6)
2.2.2软件设计方案 (6)
3 LabVIEW 开发环境以及PID和模糊控制模块简介 (10)
3.1 LabVIEW前台显示面板与后台控制面板 (10)
3.1.1 LabVIEW前台显示面板 (10)
3.1.2 LabVIEW后台控制面板 (10)
3.2 LabVIEW程序执行流程 (10)
3.3 LabVIEW中的仪器控制和驱动 (10)
3.3.1常用的仪器通信方式 (11)
3.3.2 LabVIEW支持的GPIB、VXI、标准串口I/O仪器的驱动 (11)
3.3.3 VISA简介 (11)
3.4 PID控制模块简介 (12)
3.5 模糊控制模块简介 (13)
4 以单片机为核心的下位机的设计 (16)
4.1 下位机设计方案 (16)
4.2下位机的硬件设计 (16)
4.2.1主控部分 (16)
4.2.2 DS18B20测温部分 (16)
4.2.3通信部分 (17)
4.2.4程序下载部分 (17)
4.3 下位机的软件设计 (17)
4.3.1DS18B20工作原理及应用 (18)
4.3.2单片机串口通信部分 (19)
4.3.3单片机PWM功率控制部分 (19)
5 基于PC的上位机编程设计 (22)
5.1 方案设计与选择 (22)
5.2 上位机各模块设计 (22)
5.2.1串口通信模块设计 (22)
5.2.2数据处理部分设计 (22)
5.2.3 PID控制部分设计 (23)
6 总结 (24)
参考文献 (25)
谢辞 (26)
附录 (27)
1 绪论
现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使得测量仪器进步入了高科技的殿堂。
与传统的仪器不同，虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它是由控制模块、仪器模块和软件组成，在虚拟仪器中软件是至关重要的，仪器的功能都要通过它来实现，因此软件是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”，从本质上反映了虚拟仪器的特征。
从构成方式上讲，虚拟仪器可分为四大类：GPIB体系结构、PC-DAQ体系结构、VXI体系结构和PXI体系结构。
GPIB体系结构是通过GPIB总线将具有GPIB接口的计算机和仪器集成的测试系统。组建方便灵活、操作简单。
VXI体系结构综合了。pib和vem总线的优点，它集成的系统硬件集成度高、数据传输率快、便携性好，是当今倍受业界关注的体系结构。
PXI体系结构是以PCI总线为基础的体系结构，由于其总线吞吐率高、硬件的价格较低被业内人士认为是符合国情的一种体系结构。
虚拟仪器应用程序的开发环境主要有两种。一种是基于传统的文本语言的软件开发环境，常用的有lab windows/cvi、.visual basidc=vc++等：一种是基于图形化语言的软件开发环境，常用的有LabVIEW和hp vee。其中图形化软件开发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程，界面友好，操作简便，可大大缩短系统开发周期，深受专业人员的青睐。
1.1 课题背景
随着世界经济的发展，工业的迅速扩张，政府和企业家们花在设备上的投入越来越多，这笔巨大的开销，极大地限制了企业的资金，从而制约着企业的发展。而虚拟仪器技术凭借着其开发容易、开发成本低、开发周期短等明显的优点，渐渐地在工业测控领域崭露头角。
它的出现使企业家们看到了降低成本的希望。本设计将就虚拟仪器怎样用在工业测控中进行一番简单的探讨。
1.2 虚拟仪器简介
随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术和现代测量技术的迅速发展，一种新型的先进仪器——虚拟仪器成为当前系统研究的热点。
虚拟仪器通过软件开发平台将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理。
在对大规模、集成化、智能化及数字电子仪器需求愈加迫切的形势下，计算机技术、仪器技术和通信技术相结合，产生了具有里程碑意义的新一代仪器——虚拟仪器。虚拟仪器的出现开辟了仪器技术的新纪元，它是多门技术与计算机技术结合的产物，其基本思想逐步代替仪器完成某些功能，如数据的采集、分析、显示和存储等，最终达到取代传统电子仪器的目的。
虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器硬件、数据分析处理、软件、通信软件极图形用户界面的又效结合，具有传统仪器所具备的信号采集、信号处理分析、信号输出等功能。其基本构成包括计算机、虚拟仪器软件、硬件接口和测试仪器等。
虚拟仪器以透明的方式把计算与传统仪器一样。虚拟仪器同样划分为数据采集与控制、数据分析与处理、结果表达三大功机资源和仪器硬件的测试能力结合起来，实现了仪器功能的运作。虚拟仪器的功能模块如图1-1所示。
图1-1 虚拟仪器的功能模块
虚拟仪器用各种图标或控件来虚拟传统仪器面板上的各种器件。由各种开关图标实现仪器电源的通断；由各种按钮图标来设置被测信号的“放大倍数”、“通道”等参数；由各种显示控件以数值或波形的方式显示测量或分析结果；由计算机的鼠标和键盘操作来模拟传统仪器面板上的实际操作；以对图形化软件流程图的编程来实现各种信号测量和数据分析功能。如下是虚拟仪器与传统仪器的比较表，直观的反应了传统仪器和虚拟仪器各自的性能特点。
传统仪器虚拟仪器
仪器厂商定义用户自己定义
硬件是关键软件是关键
仪器的功能、规模均已固定系统功能和规模可通过软件修改和增减
封闭的系统，与其它设备连接受限制基于计算机的开放系统，可方便地同外设、网络及其它相应设备连接
价格昂贵价格低，可重复利用
技术更新慢技术更新快
开发和维护费用高软件结构可大大节省开发和维护费用
多为实验室拥有个人可拥有一个实验室
1.3 图形化编程语言LabVIEW的简介
LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一种图形化的编程语言和开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接收，被公认为是标准的数据采集和仪器控制软件。
LabVIEW不仅提供了与遵从GPIB，VXI，RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通信的全部功能，还布置了支持TCP/IP，ActiveX等软件标准的库函数，而且图形化的编程界面使编程过程变得生动有趣。LabVIEW是一个功能强大且灵活的软件，利用他可以方便的建立自己的虚拟仪器。
以LabVIEW为代表的图形化编程语言，又称为“G”语言。使用这种语编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW尽可能利用工程技术人员所熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终用户的开发工具，可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件。LabVIEW是真正的32位编译器。像其他软件一样，LabVIEW提供了Windows，UNIX，Linux和Macintosh等多种版本。
1.4 本论文任务
（1）设计一个由微控制器控制的温度采集装置，使其能够准确地采集环境温度。
（2）通过某种通信协议，将采集到的温度送往上位机进行显示和处理。
（3）用LabVIEW编写上位机的程序，使其能够接受下位机发送来的温度信息数据，并作出处理想，同时显示在PC屏幕上。
（4）使用LabVIEW编写PID控制程序，能实现对温度的比较准确的控制。
（5）使用LabVIEW编写模糊控制程序，能实现对温度的控制。
图1.2 上位机界面
图1.2 硬件实物图
2 温度控制设计方案
本设计采用LabVIEW和AVR单片机组成系统的主要模块。由下位机把单线式温度传感器DS18B20测量到的温度，通过串口发送到的由LabVIEW构建的上位机去。然后在上位机中进行处理和显示，通过PID或者模糊算法，计算出要输出的控制量，再由串口将数据发送到下位机，交由下位机处理。下位机根据一定的关系，输出一定的信号来控制固态继电器的通断。固态继电器的交流端就会因为通断而控制水泥电阻工作与否，以此达到控制温度的目的。
2.1 硬件及软件的选择
2.1.1硬件的选择
系统的硬件设计主要分为四个部分：主控部分、DS18B20测温部分、通信部分、程序下载部分。
在下位机控制器上，由于需要采用PWM技术对加热装置进行控制，而传统的51系列单片由于其内部并不具有专门的PWM模块，当从上位机发送控制数据时，就必须采取中断才能执行这个过程。由于AVR系列单片机内部均有现成的PWM模块，可以在进行采集温度的同时，进行PWM控制。所以，本设计选择Atmel公司生产的ATMega16八位高性能微处理器。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域，它与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的优点：
(1)在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；
(2)芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；
(3)所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)；
(4)多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；
(5)每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；
(6)内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、丰富的中断源等。
目前支持AVR单片机编译器的语言主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。其中C 编译器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具有功能强大、运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程序设计上具有不可代替的地位。
测温部分，本设计采用美国DALLAS公司生产的一线式温度传感器DS18B20（如图2-1）。数字式温度传感器DS18B20是美国DALLAS公司推出的一种可组网数字式温度传感器，采用1-wire总线接口，测温范围为-55℃—+125℃，精度可达0．067 5℃，最大转换时间为200ms 。DS18B20能够直接读取被测物体的温度值，体积小，电压适用范围宽(3V~5V)，
用户还可以通过编程实现9--12位的温度读数，即具有可调的温度分辨率。DS18B20与单片机的接口简单，只需将信号线与单片机的一位双向端口相连即可。
系统中DS18B20采用外接电源方式，VDD端用3V～5．5V电源供电。由于其测温分辨率较高(12位)，因此对时序及电特性参数要求较高，必须严格按照时序要求操作。其数据的读写是由主机读写特定时间片来完成的，包括初始化、读时间片和写时间片。
DS18B20的主要特征：
·全数字温度转换及输出。
·先进的单总线数据通信。
·最高12位分辨率，精度可达土0.5摄氏度。
·12位分辨率时的最大工作周期为750毫秒。
·可选择寄生工作方式。
·检测温度范围为–55°C ~+125°C
·内置EEPROM，限温报警功能。
DS18B20引脚功能：
·GND 电压地·DQ 单数据总线·VDD 电源电压图2-1 DS18B20
功率控制部分，本设计采用无锡天豪公司生产的GTJ24-2A固态继电器。电气参数为：输入控制电压3-14VDC（自动限流），关断电压1.2VDC，开启电流5mA,控制电流<25mA，工作电压24-240VAC。该固态继电器为过零型继电器，在电流过零时导通，过零时关断。相对于随机型的固态继电器，使用过零型的固态继电器可以使本设计比较方便地控制固态继电器中双向晶闸管的导通周期数，从而控制加热元件的工作时间。
通信部分，由于温度变化并不是一个很快的过程，所以并不需要很高的数据采集和发送速度。而且，计算机的各种通信方式中，尤以串口通信方式最为简单，因此本设计采用传统的RS-232串口通信。由于单片机的工作电平TTL电平，它要与计算机上的串口进行通信，就必须转换成相应的计算机串口电平，也就是RS-232电平。在本设计中采用美国MAXIM公司生产的MAX232进行电平转换。
2.1.2软件的选择
软件选择包括下位机程序的编译软件和上位机的编程软件。
下位机的编译软件，通常有ICC A VR、WinA VR（也就是通常所说的GCC）、IAR A VR、CodeVision A VR、ATman A VR，在这里使用ICC A VR和A VR Studio的组合。这是因为市面上(大陆)的教科书使用ICC A VR作为例程的较多，集成代码生成向导，虽然它的各方面性能均不是特别突出，但使用较为方便；而A VR Studio集软硬件仿真、调试、下载编程于一体，有效弥补了ICC A VR仿真能力的不足，同时还可以有效地对程序进行调试。
上位机方面，本设计采用目前NI最新的LabVIEW 8.6进行编程。结合上NI为工业控制而开发的PID和模糊逻辑控制包，可以轻松地实现PID或模糊控制。
2.2 硬件及软件设计方案
2.2.1硬件设计方案
下图给出系统硬件组成框图，由计算机、单片机、测温电路及温度控制电路组成。该系统集计算机、强大的图形化编程软件和模块化硬件于一体，建立灵活且以计算机为基础的测量及控制方案，构建出满足需要的系统。利用传感器获取温度信号，再由单片机组成的小系统对温度信号进行采集、处理和转换，然后通过RS-232串口将数据送给计算机．并通过计算机运行的LabVIEW程序来分析处理输入数据．最终由计算机显示结果。
同时，通过计算机串口采样输入信号，利用LabVIEW中的PID控制算法，求出系统输出信号的大小，再由串口将输出信号传输至外部温度控制电路，以实现温度控制。（如图2-2）
图2-2 系统组成框图
2.2.2软件设计方案
(1)PID控制
PID(Proportional Integral Derivative比例微分积分)控制是控制工程中技术成熟，应用广泛的一种控制策略，它经过长期工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型的结构。
PID控制器结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便（如图2-3）。当被控对象的结构和参数不能完全被掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。因此当不能完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，就是PID的用武之地。
图2-3 PID控制系统
PID顾名思义，就是根据系统误差利用比例，微分，积分计算出控制量进行控制。比
例，积分，微分这三个环节又相互独立，有各自不同的作用，在现场也可以根据实际情况来选择使用。
P 控制（比例控制）
如果控制器的输出仅仅与误差成正比关系，即u(t)= Kp ε(t)，便构成了一个比例控制器（如图2-4），可见比例控制器实际上是一个增益可调的放大器。比例控制器通过改变比例放大系数Kp 调节输出，对误差的反应很快，但是其输出与期望值之间总是存在一个稳态误差，必须使用手动复位来消除，在实际运用中很不方便。提高Kp 值可以增加系统的开环增益，使稳态误差减小，还能够增加系统的快速性；但容易使系统的稳定程度变差，振荡变多。而当Kp 值小时，又会使系统动作变得缓慢，所以校正系统很少单独使用P 控制。
图2-4 比例控制
I 控制（积分控制）
由于P 控制存在稳态误差需要手动复位，人们发现可以通过引入一个积分项来消除稳
态误差。积分控制器的输出与误差信号的积分成正比，即 ，所以PI 控制器的输出有： 积分项对误差进行积分，随着时间的增加积分项增大，只要误差还存在，就会不断输出。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零，以达到消除稳态误差的目的。因此，PI 控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。但是对时间的积分必将影响系统的快速动态性能，对于一些系统会出现超调过大的现象，严重的甚至引起系统崩溃。
D 控制（微分控制）
积分控制的动态性能不好，而微分项恰好可以弥补这点。微分控制器的输出和误差信号的微分成正比，即，所以PD 控制器的输出有：
微分作用反映的是误差信号的变化率，所以对系统控制具有预见性，能预见误差的变
化趋势，因此能产生超前的控制作用。甚至在误差形成之前，可能已被微分调节作用消除。
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所以如果微分时间选择合适，可以减少超调和系统调节时间，使系统的动态性能大大提高。微分控制在实际运用中经常用来抵消积分控制产生的不稳定趋势，但因其反应的是误差的变化率，所以仅对动态过程作用，通常不单独使用。而且微分控制对噪声干扰有放大作用，过强地调节微分项对系统抗干扰能力不利。 PID 控制
PID 控制即比例控制、积分控制、微分控制的组合，综合了3种控制器的优点。 实际运用中，有时也不需要用到全部的三个部分，只有比例控制单元是必不可少的。对于PID 控制器，输出为：
PID 控制实际就是根据经验，对Kp ，Ti ，Td 这3个参数进行整定，以得到合适的输出值对系统进行控制。具体如何整定，根据不同的现场有所不同。
目前PID 不仅应用广泛，发展也很快，已研究出很多对这3个参数进行自整定的智能控制器。在和计算机这样的数字控制器结合后，还出现了数字PID 的设计方法，不过具体原理还是遵循于传统。 (2)模糊控制
模糊控制是以模糊集合论、模糊语言变量和模糊逻辑推理为基础的一种计算机数字控制。通常是一类缺乏精确数学模型的被控过程，采用模糊集合的理论，总结人们对系统的操作和控制经验。
用模糊条件语句写出控制规律，再用算法语言来编写程序，按此程序对生产过程进行自动控制。模糊控制同常规的控制方案相比，主要特点有：
①模糊控制只要求掌握现场操作人员或有关专家的经验、知识或操作数据， 不需要建立过程的数学模型，所以适用于不易获得精确数学模型的被控过程，或其结构参数不很清楚等场合。
②模糊控制是一种语言变量控制器，其控制规律只用语言变量的形式定性地表达，不用传递函数与状态方程，只要对人们的控制经验加以总结，进而从中提炼出规则，直接给出语言变量，再应用推理方程进行观察与控制。
③系统的鲁棒性强，尤其适用于时变、非线性、时延系统的控制。
④从不同的观点出发，可以设计不同的目标函数，其语言控制规则分别是独立的，但是整个系统的设计可得到总体的协调控制。
模糊控制的理论基础是模糊集合理论，模糊集合是一种介于严格变量与定性间的数学表达形式，例如变量的数值分为正大（PL ）、正中（PM ）、正小（PS ）、零（O ）、负小（NS ）、负中（NM ）、负大（NB ）等。其中P=Posive ，B=Big ，M=Medium ，S=Small ，O=Zero ，N=Negative 。模糊集合理论的核心是对复杂的系统或过程建立一种语言分析的数学模式，提供一个严格的数学框架，使日常生活中的自然语言能直接转化为计算机所能接受的算法语言。
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模糊集合理论的一个基本概念是函数或称隶属度。表示某一个元素
i
u 与模糊子集 的关系（即隶属度），并用 或
表示。所有隶属度均满足下列要求，即 ，表示 隶属于 ； ，则表示 不属于 。 模糊子集可表示成
其中的U 为论域（指被考虑过程的所有元素的全体）。式中的“+”号表示列举，并不是加号；作用每项中的分式也不表示相除，分母表示元素名称，分子表示该元素的隶属度。
模糊子集 不仅可用隶属度 来描述，也可用模糊向量（即隶属度向量）来表示，即 下图2-5为模糊控制系统原理框图。
图2-5 模糊控制系统
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A
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3 LabVIEW 开发环境以及PID和模糊控制模块简介
使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。设计程序主要是在以下两个窗口中进行的：
前面板设计窗口：它是与用户直接接触的图形用户界面，即VI的虚拟仪器面板。
后面板编辑窗口：它是用户为完成特定功能而编写的程序，即VI的图形化源代码。
3.1 LabVIEW前台显示面板与后台控制面板
3.1.1 LabVIEW前台显示面板
程序前面板是图形用户界面，这一界面上有用户输入控制和输出显示两类对象，用于模拟真实仪表的前面板。控制和显示是用各种各样的图标形式出现在前面板，具体表现为旋钮、开关、图形、图标以及其他的控制（Control）和显示（Indicator）对象等，这使得用户界面更加直观易懂。
3.1.2 LabVIEW后台控制面板
后面板即是程序编辑窗口。流程图提供VI的图形化源程序，可以理解为传统程序的源代码。在流程图中队VI进行编程，以实现程序的输入和输出功能
流程图由端口、节点、图框和连线构成。
LabVIEW有三类端口：前面板对象端口、全局变量与局部变量端口和常量端口。对象端口被用来与程序前面板上的控制件或显示件传递数据；常量端口只能在程序中作为数据流起点；全局变量和局部变量端口是LabVIEW用力啊传递数据的工具。
节点类似于文本语言的函数或子程序，LabVIEW有两种节点类型：功能函数节点或子VI节点，二者的区别在于功能函数节点是LabVIEW本身提供给用户使用的，不可以对它进行修改；子VI则是用户可以进入并根据实际需要对其加以修改。
图框被用来实现结构化控制命令，例如循环控制、顺序控制以及条件分支等；此外还有MATLAB脚本、HiQ脚本以及调用C语言编程的CIN节点等。
连线用于代表程序执行过程中的数据流，它类似于文本程序的变量，数据是单向流动的。这些都是编程必须有的东西。
3.2 LabVIEW程序执行流程
宏观上讲，LabVIEW的运行机制已经不是传统上的冯·诺依曼式计算机体系结构的执行方式了。传统计算机语言（如C语言）中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替。而且，对于那些数学和逻辑运算过程较复杂的程序，用花可以选择使用VC或者Matlab 等开发工具将数学分析和处理过程编写为专用的动态链接库，LabVIEW提供了专门的接口函数可以调用之。这样，可以结合图形语言和文本语言各自优点，更为灵活、高效、易用。
3.3 LabVIEW中的仪器控制和驱动
虚拟仪器是仪器的未来，但在工作台上还有很多非虚拟仪器，毫无疑问需要用LabVIEW 控制他们。对仪器的驱动是虚拟仪器实现对真实物理信号采集的基础，当仪器驱动后，才能由软件进行数据的分析处理进而实现某种测温功能，并求取测量结果。并且，有时使用
外部仪器也是可以的。
3.3.1常用的仪器通信方式
GPIB：通用接口总线（General Purpose Interface Bus）。有时候成为HP-IB （Hewlett-Packard Interface Bus）和IEEE 488.2总线（Institute of Electronic Engineer standard 488.2），它几乎是任何仪器与计算机通信的世界标准。
IVI：可交换虚拟仪器（Interchangeable Virtual Instrument）。可以与许多不同的仪器协调工作的仪器驱动程序（用来控制外部仪器的软件）标准。
LXI：LAN在仪器领域的扩展（LAN eXtension for Instrumentation）。LXI协会给予工业标准以太网技术，为小型和中型系统提供模块化、灵活性和性能的仪器平台建议标准。 RS-232：232号推荐标准（Recommended Standard #232）。美国仪器协会为串行通信提出的建议标准。可以与术语“串行通信”互换使用，尽管串行通信一般指的是一次传输一位。也许还会看到其他一些标准如RS-485、RS-422和RS-432。
SCPI：可编程仪器标准命令（Standard Commands for Programmable Instrumentation）。SCPI协会的一个建议标准，该标准使用简单、直观的ASCII命令为仪器通信制定了结构和语法。
USB：通用串行总线（Universal Serial Bus），大多数PC与外部设备互联的标准总线。
VISA：虚拟仪器标准体系结构（Virtual Instrument Standard Architecture），NI 公司研发的一种驱动软件体系结构。其目的是尽量统一一起软件标准，不论仪器使用GPIB、PXI、VXI，还是串行接口（RS-232/422/485）。
3.3.2 LabVIEW支持的GPIB、VXI、标准串口I/O仪器的驱动
通常LabVIEW有两张安装光盘，其中一张就是设备驱动盘，它包含了一个仪器驱动库，该库为NI生产的各种程控仪器（GPIB仪器、VXI仪器和串行仪器等）提供仪器驱动程序，例如HP34401A数字万用表的仪器驱动程序。仪器驱动程序在功能模块~Instrument I/O—Instrument Drivers子模板中。对于非NI公司生产的上述I/O接口仪器设备，可用Instrument I/O子模板上提供的VISA图标来进行驱动。利用这些仪器驱动器，用户可以很容易地控制各种仪器，并将主要精力放在仪器功能的实现上，而不必关心具体的编程细节，这一点是LabVIEW强大功能的体现。
3.3.3 VISA简介
VISA是NI公司发布的为统一软件标准的驱动软件体系结构。它是与驱动软件通信的LabVIEW 仪器驱动VI 中的底层函数。 VISA 本身不提供仪器编程功能。 VISA 是一个调用低层驱动程序的高层API。 VISA 能够控制VXI、GPIB、串口或者基于计算机的仪器，并能根据所用仪器的类型来调用合适的驱动程序。下表给出了本系统用到的几个通信模块的基本属性的描述。
3.4 PID控制模块简介
NI提供了在LabVIEW中使用的PID控制工具包，可帮助工程师结合NI数据采集设备快速有效地搭建一个数字PID控制器，精确可靠地完成系统需求。
安装NI光盘Tookit Software中的LabVIEW PID Control Tookit，即可在LabVIEW 中生成该工具包。安装完成后打开一个新的VI，右击程序框图，在“函数”面板上选择“控制设计与仿真”，即可看到PID工具包，该工具包由10个VI组成（如图3-1）。
图3-1 PID工具包
利用PID.vi即可搭建一个简单的PID控制器，在该vi的输入端给入PID的3个参数值（PID gains），系统反馈值(process variable)，实际期望值(setpoint)以及微分时间(dt)，便能得到需要的输出值(output)。该vi还能控制输出值的范围（如图3-2）。
图3-2 PID的使用范例
PID Advanced.vi是为专家PID设计的vi，增加了一些高级的功能，如可以设定期望值的
范围（setpoint range），手动控制（manual control），线性化（linearity）等功能。PID Autotuning.vi（如图3-3）是为需要自整定的PID系统设计的，在给出一些基本要求后，具有自整定的功能。
图3-3 PID Autotuning.vi
PID Lead/Lag.vi可以对PID控制器（如图3-4）前端由系统反馈来的输入信号做动态补偿。PID Setpoint Profile.vi可以在期望值间断性变化时使其变得平滑。PID Control Input Filter.vi是一个五阶的低通滤波器，放在PID控制器的process variable前端，可以滤去小于采样率十分之一的输入值。PID Gain Schedule.vi可以写入几组增益参数，并给出条件，执行时当输入信号达到条件，便使用对应的一组参数给入到PID控制器的PID Gains上。PID Output Limiter.vi对PID控制器输出信号的变化速率进行控制，以保证外部接受控制信号部件的安全。PID EGU to %.vi和PID % to EGU.vi负责对实际数值和其在设定工程单元范围内占的百分比进行转换。
图3-4构建PID控制系统
3.5 模糊控制模块简介
安装NI光盘Tookit Software中的LabVIEW PID Control Tookit，即可在LabVIEW 中生成该工具包。安装完成后打开一个新的VI，右击程序框图，在Functions Palette上选择Control Design&Simulation，即可看到Fuzzy Logic工具包，该工具包由3个VI组成（图3-5）。安装工具包后，可以使用LabVIEW创建.fc格式的文件。.fc文件是NI自定义的一种文件格式，用于仿真模糊控制器推理机中的知识库。
图3-5 Fuzzy Logic工具包
创建一个.fc文件步骤如下：打开一个新的VI，在任务栏依次点击Tools——Control Design and Simulation——Fuzzy Logic Controller Design…，接着在弹出的 Fuzzy Logic Controller Design（如图3-6）对话框的状态栏上点击File——New，即打开了一个新的.fc文件。
图3-6 Fuzzy Logic Controller Design
接着弹出一个Fuzzy Set Editor对话框，这是仿真模糊推理器中的数据库。工程师可根据专家经验绘制出输入和输出量的隶属函数图，绘制完成后点击Quit；接着弹出Rulebase Editor对话框（图3-7），这是仿真模糊推理器的规则库。工程师根据实际情况将制定好的规则写入，完成后点击Quit；最后点击File——Save，给出保存位置和文件名，一个.fc文件就创建完成了。
图3-7 Fuzzy Set Editor
图3-8 Rulebase Editor
.fc文件使用工具包Fuzzy Logic中的Load Fuzzy Controller.vi加载，该VI加载后将数据传送到Fuzzy Controller.vi中。Fuzzy Controller.vi接收输入信号（最多可接受4维输入），根据.fc文件进行模糊推理，并计算出合适的输出信号值（图3-8）。工具包中的另一个VI是Test Fuzzy Controller.vi，它可以通过手动输入算出输出响应值，已到达调试.fc文件中规则和隶属度函数的目的。
4 以单片机为核心的下位机的设计
4.1 下位机设计方案
下位机上，本设计采用Atmega16控制DS18B20采集温度，并将采集到的温度通过串口发送到上位机，以便处理。在上位机发回控制信息后，单片机将收到的信息按照一定的规则处理后，将其送入功率控制设备。此功率设备为过零型固态继电器，在电流过零处导通或关断，易于实现PWM的控制。
4.2下位机的硬件设计
硬件部分分为四个部分：主控部分、DS18B20测温部分、通信部分、程序下载部分。
4.2.1主控部分
由于需要进行串口通信，所以单片机的晶体振荡器我们选择用的比较多的7.3728MHz 的外部晶振（如图4-1）。
图4-1 主控部分
4.2.2 DS18B20测温部分
本来在DS18B20的数据脚上应该接一个 4.7K的上拉电阻（如图4-2），可是由于Atmega16中的数据脚上已经有了内部的上拉电阻，我们就不需要在外部再加。这样不仅降低了成本，最大程度利用了Atmega16的强大功能，而且降低了电路的复杂性，使布线更加方便。
图4-2 测温部分
4.2.3通信部分 硬件电路如图4-3
图4-3 串口通信部分
4.2.4程序下载部分 硬件电路如图4-4
图4-4 程序下载部分
4.3 下位机的软件设计
系统模型如下图4-5.
图4-5 下位机系统模型
PID/模糊 控制器
加热执行设
备
温度 输出
温度 输入
4.3.1DS18B20工作原理及应用
DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，从而抗干扰力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。
在讲解其工作流程之前有必要了解DS18B20的内部存储器资源。DS18B20共有三种形态的存储器资源，它们分别是：
ROM 只读存储器，用于存放DS18B20ID编码，其前8是单线系列编码（DS18B20的编码是19H），后面48位是芯片唯一的序列号，最后8位是以上56的位的CRC码（冗余校验）。数据在出产时设置不由用户更改。DS18B20共64位ROM。
RAM 数据暂存器，用于内部计算和数据存取，数据在掉电后丢失，DS18B20共9个字节RAM，每个字节为8位。第1、2个字节是温度转换后的数据值信息，第3、4个字节是用户EEPROM（常用于温度报警值储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新。第5个字节则是用户第3个EEPROM的镜像。第6、7、8个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元。第9个字节为前8个字节的CRC码。
EEPROM 非易失性记忆体，用于存放长期需要保存的数据，上下限温度报警值和校验数据，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在镜像，以方便用户操作。
控制器对18B20操作流程：
（1）复位：首先必须对DS18B20芯片进行复位，复位就是由控制器（单片机）给DS18B20单总线至少480uS的低电平信号。当18B20接到此复位信号后则会在15~60uS 后回发一个芯片的存在脉冲。
（2）存在脉冲：在复位电平结束之后，控制器应该将数据单总线拉高，以便于在
15~60uS后接收存在脉冲，存在脉冲为一个60~240uS的低电平信号。至此，通信双方已经达成了基本的协议，接下来将会是控制器与DS18B20间的数据通信。如果复位低电平的时间不足或是单总线的电路断路都不会接到存在脉冲，在设计时要注意意外情况的处理。
（3）控制器发送ROM指令：双方打完了招呼之后最要将进行交流了，ROM指令共有5条，每一个工作周期只能发一条，ROM指令分别是读ROM数据、指定匹配芯片、跳跃ROM、芯片搜索、报警芯片搜索。ROM指令为8位长度，功能是对片内的64位光刻ROM进行操作。其主要目的是为了分辨一条总线上挂接的多个器件并作处理。诚然，单总线上可以同时挂接多个器件，并通过每个器件上所独有的ID号来区别，一般只挂接单个18B20芯片时可以跳过ROM指令（注意：此处指的跳过ROM指令并非不发送ROM指令，而是用特有的一条“跳过指令”）。
基于LabVIEW和DAQmx的温度采集与控制系统 学院：工程学院 专业：电子信息工程 姓名： 学号： 指导教师：
摘要 虚拟仪器的技术基础是计算机技术，核心是计算机软件技术。随着现代测试技术的不断发展，以LABVIEW为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置。本次设计报告首先给出了虚拟温度测量系统总体方案的设计，然后对数据采集模块和LABVIEW的软件模块进行了设计。基LabVIEW为软件平台，通过热电偶冷端补偿的方法进行温度测量。有效地运用了LabVIEW虚拟仪器技术，将诸多重要步骤都在配备硬件的普通PC电脑上完成，与传统的温度测量仪表相比，该系统具有结构简单、成本低、构建方便、工作可靠等特点．具有较高应用价值，是虚拟仪器技术应用于温度测量领域的一个典型范例。 关键词：温度测量；LabVIEW虚拟仪器；热电偶；冷端补偿
目录 一、设计任务 (4) 二、设计所需设备 (5) 三、设计要求： (5) 四、设计步骤 (6) 五、总体方案的设计................................................................................... 错误！未定义书签。 六、LABVIEW软件模块的设计 (7) 6.1 温度信号处理的设计 (7) 6.1.1 前面板设计 (7) 6.1.2 框图程序设计（这里要根据我们的图描述） (7) 七、系统调试及结果分析 (10) 结论及尚存在的问题..................................................................................... 错误！未定义书签。课程设计感想 (12)
基于LabVIEW的温度检测系统
摘要 温度是个基本的物理量，他是工业生产过程中最普遍，最重要的工艺参数之一。随着工业的不断发展，对温度测量的要求也越来越高，而且测量范围也越来越广。合理的温度范围和精确地温度的测量队提高产品的质量、产量，降低消耗，实现工业生产自动化，均有积极作用，因此温度检测技术的研究具有重大意义。 本系统是一个基于LabVIEW的温度检测系统，采用多点温度检测，能检测较大区域内的温度变化，主要包括上位机和下位机两个部分。下位机使用的DS18B20传感器和AT89C51单片机。上位机和下位机的通讯方式是串口通讯。上位机使用的是虚拟仪器LabVIEW，主要功能是实时温度的显示，温度曲线时间轴的显示，历史温度曲线的显示以及超限温度报警。 关键字：Labview 温度测量
ABSTRACT The temperature is a basic physical quantity, it is one of the most common industrial processes, the most important process parameters. With the continuous development of industry, the requirements for temperature measurement is also getting higher and higher, and the increasingly wide range of measurement. Reasonable temperature range and accurate temperature measurement team to improve product quality, production, reduce consumption, to achieve the automation of industrial production, had an active role in temperature sensing technology is of great significance. This system is a temperature sensing system based on LabVIEW, using multi-point temperature detection can detect temperature changes within the larger area, including two parts of the upper and lower machine. The next bit machine using the DS18B20 sensors and AT89C51 microcontroller. The upper and lower machine communication is serial communication. The host computer using a virtual instrument LabVIEW, the main function is to display real-time temperature, the temperature curve Timeline display, alarm display and gauge the temperature of the historical temperature curve. Keywords: LabVIEW Temperature survey
目录 1 绪论 0 1.1 课题背景 0 1.2 虚拟仪器简介 0 1.3 图形化编程语言LabVIEW的简介 (2) 1.4 本论文任务 (2) 2 温度控制设计方案 (4) 2.1 硬件及软件的选择 (4) 2.1.1硬件的选择 (4) 2.1.2软件的选择 (5) 2.2 硬件及软件设计方案 (5) 2.2.1硬件设计方案 (6) 2.2.2软件设计方案 (6) 3 LabVIEW 开发环境以及PID和模糊控制模块简介 (10) 3.1 LabVIEW前台显示面板与后台控制面板 (10) 3.1.1 LabVIEW前台显示面板 (10) 3.1.2 LabVIEW后台控制面板 (10) 3.2 LabVIEW程序执行流程 (10) 3.3 LabVIEW中的仪器控制和驱动 (10) 3.3.1常用的仪器通信方式 (11) 3.3.2 LabVIEW支持的GPIB、VXI、标准串口I/O仪器的驱动 (11) 3.3.3 VISA简介 (11) 3.4 PID控制模块简介 (12) 3.5 模糊控制模块简介 (13) 4 以单片机为核心的下位机的设计 (16) 4.1 下位机设计方案 (16) 4.2下位机的硬件设计 (16) 4.2.1主控部分 (16) 4.2.2 DS18B20测温部分 (16) 4.2.3通信部分 (17) 4.2.4程序下载部分 (17) 4.3 下位机的软件设计 (17) 4.3.1DS18B20工作原理及应用 (18) 4.3.2单片机串口通信部分 (19) 4.3.3单片机PWM功率控制部分 (19) 5 基于PC的上位机编程设计 (22) 5.1 方案设计与选择 (22) 5.2 上位机各模块设计 (22) 5.2.1串口通信模块设计 (22) 5.2.2数据处理部分设计 (22) 5.2.3 PID控制部分设计 (23) 6 总结 (24) 参考文献 (25) 谢辞 (26) 附录 (27)
虚拟仪器的发展及应用 摘要：虚拟仪器在各个领域中的应用越来越广泛，主要介绍虚拟仪器的发展过程，虚拟仪器的软件与硬件的基本构成原理，并介绍了一些虚拟仪器的应用。通过介绍，可以断定虚拟仪器有广泛的应用前景，是今后一段时间的发展方向。 关键词：虚拟仪器；测试；采集硬件；算法软件 0引言 由于微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的高度发展及其在电子 工业测量技术与仪器上的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领域以及新的仪器结构不断涌现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念。虚拟仪器就 是其中的一种，虚拟仪器是基于通用PC建立的可编程仪器及仪器系统，就是在 以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义、具有虚拟前面板、测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。在虚拟仪器中，硬件仅仅是为了解决 信号的输入与输出，软件才是整个仪器的关键。用户可以通过软件构造几乎任意 功能的仪器。现在虚拟仪器已得到了广泛应用，并成为当前国内外测试技术领域十分关注的技术热点。 1测量技术的发展过程 1.1传统测试仪器仪表的发展历程 测量仪器是科学技术发展的基础，而科学技术的发展又推动着测量仪器的发 展进程。测量仪器仪表技术发展至今，主要经历了以下几个阶段： (2)以模拟电子技术为基础的模拟式仪表阶段； (3)以数字电子技术为基础，引入了锁相技术、频 (4)以大规模、超大规模集成电路为基础的智能化 仪器仪表阶段。这一阶段是电子仪器领域取得 重大发展的标志性联阶段，在一定时期内曾开 创了现代电子测量、测试技术的先河； (5)以电子测量技术、自动控制技术和计算机技术 的发展相融合为基础的自动测试系统阶段。这是 电子测量技术的又一次飞跃，它真正实现了 高速度、高准确度、多参数和多功能的图1传统仪器仪表的发展进程
基于LabVIEW温度数据采集文献综述 摘要：本课题介绍了虚拟仪器概况及其发展背景；通过对虚拟仪器的学习和研究，运用软件工具，实现温度显示系统的模拟。实现系统软件设计思路是：利用LabVIEW中的各种控件，实现温度数据采集显示。利用虚拟仪器的优越性实现了基于操作系统下的交通终端服务系统的展示部分。 关键字：labVIEW，温度，数据采集 引言 美国国家仪器公司推出的LabVIEW不仅是一个图形化编程语言，而且是一个广泛应用于虚拟测控系统的虚拟仪器平台，它与数据采集卡一起构成虚拟测试仪器，其测试系统的构建可以通过图形化的语言描述，组态容易，设计简单，广泛应用于测量与控制[2] 。 LabVIEW是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发平台[1] ，是目前国际上首推并应用最广的数据采集和控制开发环境之一，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域，并适用于多种不同的操作系统平台。与传统程序语言不同，LabVIEW采用强大的图形化语言（G 语言）编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。使用LabVIEW 开发环境，用户可以创建32位的编译程序，从而为常规的数据采集、测试、测量等任务提供了更快的运行速度。LabVIEW是真正的编译器，用户可以创建独立的可执行文件，且该文件能够脱离开发环境而单独运行[4] 。 1.1虚拟仪器的优势 1．经济实惠 2．方便适用 3．提高测试效果 4．开放且灵活 远程虚拟仪器的优势在于不受地域限制，功能可由用户自己定义，且构建容易，所以使用面极为广泛，是科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具，更值得一提的是它可应用在高危险的区域进行在线的数据采集和检测[5]。使测量人员的工作不但摆脱了地理位置和条件的限制，还可以通过Intcrnet把所采集到的数据自动地转送到另一台计算机进行评估[8]。 1.2 VI及相关知识 使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。VI包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/ 连接器。程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。在程序前面板上，输入量被称为控制（Controls），输出量被称为显示（Indicators）。控制和显示是以各种图标形
简答： 1.虚拟仪器程序调试方法主要有哪些? 答：1、设置执行程序为高亮方式，程序执行前点击高亮按钮，则运行过程会以高亮形式显示数据流。２、单步执行方式：如果要使框图程序一个节点一个节点则按下单步单步按行钮就会闪烁，指示它将被执行，再次点击单步按钮，程序将会变成连续运行。３、探针，从工具模板中选择探针工具，将探针工具置于某根连线上可以用来查看运行过程中数据流在该连线时的数据４、断点使用断点工具可以在程序的某一点中止程序执行，用探针或单步方式查看数据。 2、简要叙述局部变量和全局变量的使用特点和区别。 答：通过局部变量或全局变量，可以实现在程序框图中的多个地方读写同一个控件。局部变量只能在同一程序内部使用，每个局部变量都对应前面板上的一个控件，一个控件可以创建多个局部变量。读写局部变量等同于读写相应控件。通过全局变量可以在不同的VI之间进行数据交换，一个全局变量的VI文件中可以包含多个不同数据类型的全局变量。LabVIEW中的全局变量是以独立的VI文件形式存在的，这个VI文件只有前面板，没有程序框图不能进行编程。 3、简要介绍For 循环和While 循环的自动索引功能。 答：For 循环和While 循环可以自动地在数组的上下限范围内编索引和进行累计。这些功能称为自动索引。在启动自动索引功能以后，当把某个外部节点的任何一维元素连接到循环边框的某个输入通道时，该数组的各个元素就将按顺序一个一个地输入到循环中。循环会对一维数组中的标量元素，或者二维数组中的一维数组等编制索引。在输出通道也要执行同样的工作――数组元素按顺序进入一维数组，一维数组进入二维数组，依此类推。 4、For循环和While循环的区别是什么？使用中它们各自适用于什么场合? 答：For循环规定了循环次数，其条件选择是根据计数器计数次数是否达到循环次数而决定结束循环的条件；而While循环不规定循环次数，其条件选择是根据选择器端子的条件是否得以满足而决定结束循环的条件。For循环适合于有限次数的循环操作，而While循环适合于根据程序运行过程中逻辑关系或在程序执行中人为地决定循环次数。 5、什么是多态化？ 答：多态化是指一种函数功能，即可以协调不同格式、维数或者显示的输入数据。大多数LabVIEW 的函数都是多态化的。 6、移位寄存器的用途？怎样初始化移位寄存器？ 答：①移位寄存器主要用于While循环和For循环，将上一次循环的值传给下一次循环。还可以存储前几次循环的值，在移位寄存器的左端口或右端口上右击鼠标弹出菜单，选择Add Element选项，可创建附加的左端口来存储前几次循环的值。②在循环外将初始值连到移位寄存器的左端口，有默认初值。 7、在LabVIEW中有哪三种用来创建和运行程序的摸板?它们都有哪些用途? 答：LabVIEW中有三种用来创建和运行程序的模板：工具选板，控件选板和函数选板。 1.工具选板包括了程序的创建、修改和调试时用的工具； 2.控制选板主要用于在前面板中添加指示器和控制器；3.而函数选板则用于创建框图程序，它包含了很多函数子模板。 8、VI子程序的连接端口的作用是?如何来定义VI子程序的连接口? 答：VI子程序的连接口端口用于与主VI程序之间传递数据。定义VI子程序连接口时先选择子VI所需要的端口数，然后将前面板的指示器和控制器分配给每一个端口。 9、程序框图主要由哪几个元件组成？它们都有哪些用途？ 答：程序框图主要由接线端、节点、连线和结构组成。 接线端：用来表示输入控件和显示控件的数据类型。 节点：是程序框图上的对象，具有输入、输出端口，在VI运行时进行运算。 连线：程序框图中对象的数据传输通过连线实现。每根连线都只有一个数据源，但可以与多个读取该数据的VI和函数连接。 结构：是文本编程语言中的循环和条件语句的图形化表示。 1.写出LabVIEW软件平台常用的三个模板名称。 答：LabVIEW软件平台主要有工具模板、控制模板和功能模板三个模板。 LabVIEW有哪两种类型的菜单，如何获得或使用？ 答: LabVIEW有两种类型的菜单：下拉(pull-down)菜单和快捷(shortcut)菜单。在前面板或框图中，将光标定位于所选对
LabVIEW技术大作业 题目：基于LabVIEW的温度测量及数据采集系统设计学院（系）：信息与通信工程学院 班级：通信133 学号：xxxxxxxxx 姓名：xxxxxx
一、设计背景 LABVIEW最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的LabVIEW工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。 二、系统方案 本设计的程序框图和前面板图分别是图1.1和图1.2，“温度测量及数据采集系统.vi”是一个测量温度并将测试数据输出到文件的VI。此VI中的温度是用一个20至40的随机整数来代替的，测试及采集100个温度值，每隔0.25秒测一次，共测定25秒。在数据采集过程中，VI将在前面板的波形图上实时地显示测量结果。采集过程结束后，波形图上显示出温度数据曲线，数组中显示每次的温度测量数据，并在显示控件中显示测试中温度的最大值、最小值和平均值，同时把测量的温度值以文件的形式存盘。
图1.1温度测量及数据采集程序框图 1.2温度测量及数据采集前面板图
二、系统各模块介绍 2.1循环模块 For循环用于将某段程序循环执行指定的次数， 是总数接线端，指定For循环内部代码执行的次数。如将0或负数连接至总数接线端，For循环不执行。 是计数接线端，表示完成的循环次数。第一次循环的计数为0。 本设计使用for循环将循环内的程序循环100次。
内蒙古科技大学虚拟仪器期末大作业 题目：虚拟仪器温度采集系统 姓名：王伍波 专业：测控技术与仪器 学号：1067112240 班级：测控10-2班 教师：肖俊生 时间：2013年6月18日
一、设计题目：虚拟仪器温度采集系统 二、设计要求： 1.连续采集温度信号，并存储 2.温度上下限报警功能，上下限可调 3.华氏、摄氏可转换显示 三、设计思路： 该设计是以计算机和单片机数据采集系统为核心，单片机数据采集系统主要完成对温度信号进行数据采集，计算机主要完成温度信号的分析、显示和控制等功能。设计中采用Intel 公司的89C51 单片机完成数据采集，采用A D 5 7 4 完成数据的A/D 转换。图2 为AD574 与89C51 单片机的接口电路。 1．设计虚拟前面板 温度监测软件设计本系统以labview8.5 作为开发工具。现以仿真数据为例来讲述系统软件对温度的监测、报警及显示功能。利用labview8.5编程使温度可以在华氏和摄氏之间随时进行切换，同时对温度实时监测。当温度超过上限要求时会及时点亮报警灯进行报警并显示每次采集过程中累加的报警次数，报警的上限值可以通过前面板的输入控件改变其值。采集进度定义为每次采集100 点。为了防止程序陷入死循环每次采集之间的时间间隔为1000ms。开始采集后在整个采集过程中可以暂停采集以便随时对温度进行观察。 2、编辑流程图 每一个程序前面板都对应着一段框图程序框图程序用
LabVIEW 图形编程语言编写．可以把它理解成传统程序的源代码。框 图程序由端口、节点、．图框和连线构成。其中端口被用来同程序前 面板的控制和显示传递数据．节点被用来实现函数和功能调用．图框 被用来实现结构化程序控制命令．而连线代表程序执行过程中的数据流．定义了框图内的数据流动方向 3、运行检验 检验是否能够完成系统的功能．改变相应参数进行进一步验证．以方便根据实际情况修改设计．从而方便实际器件的设计、调试。4、功能描述 创建一个VI程序模拟温度测量：把创建的温度计程、序 T(hermometerVI1作为一个子程序用在当前新建程序里．先前的温 度计子程序用于采集数据．而当前的程序用于显示温度曲线．并在前 面板上设定测量次数和每次测量间隔的延时；再创建一个新VI程序，进行温度测量，并把结果在波形图表上显示：利用新创建的VI程序．再输入新的字符串；据采集过程中。实时地显示数据；当采集 过程结束后，在图表上画出数据波形．并算出最大值、最小值和平 均值(此处只使用摄氏温度单位)：修改TemperatureAnalysis．VI DemoReadVohageVI程序以检测温度是否超出范围．当温度超出上限(High Limit)时，前面板上的LED点亮，并且有一个蜂鸣器发声。5、设计过程 创建一个VI程序模拟温度测量假设传感器输出电压与温度成 正比。例如．当温度为70时，传感器输出电压为0．7V。本程序也
目录 第一章方案设计与论证 (2) 第一节传感器的选择 (2) 第二节方案论证 (3) 第三节系统的工作原理 (3) 第四节系统框图 (4) 第二章硬件设计 (4) 第一节PT100传感器特性和测温原理 (5) 第二节信号调理电路 (6) 第三节恒流源电路的设计 (6) 第四节TL431简介 (8) 第三章软件设计 (9) 第一节软件的流程图 (9) 第二节部分设计模块 (10) 总结 (11) 参考文献 (11)
第一章方案设计与论证 第一节传感器的选择 温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线，达到测温的目的。在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器，将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。 热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等。近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出，一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄，一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃,一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要。 热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。常用的热电偶材料有铂铑-铂、铱铑-铱、镍铁-镍铜、铜-康铜等，各种不同材料的热电偶使用在不同的测温范围场合。热电偶的使用误差主要来自于分度误差、延伸导线误差、动态误差以及使用的仪表误差等。
虚拟仪器及其应用文献综述 摘要 随着当前经济和互联网的快速发展，虚拟仪器与人类生活的关系越来越紧密。虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面显示的软件组成的测控系统，具有用户定义测量功能、便于组成自动测试系统强大的数据处理功能、系统组建时间短、便于扩展等特点，被广泛应用于测量、监控、工程处理、远程教育、报表生成技术等方面。 关键词：虚拟仪器，测试系统，特点，应用，互联网
引言 从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器这四个阶段。相较于前面三代的测量仪器，虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面显示的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统[1]。计算机管理着虚拟仪器的硬软件资源，是虚拟仪器的硬件基础。此外，还有基于计算机总线和模块化仪器总线的各种主要用于完成被测输入信号的采集、放大、模/数转换功能的测控功能硬件，如：利用PCI计算机总线的数据采集卡（DAQ）、GPIB总线仪器、VXI总线仪器模块、串口总线仪器等。虚拟仪器的软件系统主要包括I/O接口软件、仪器驱动程序、仪器开发软件、应用软件。 1虚拟仪器系统构成 虚拟仪器由硬件系统和软件系统两部分组成，其中硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件；软件系统从底层到顶层，包括三部分：VISA 库、仪器驱动程序和应用软件，如图1、2。 图1-1虚拟仪器的基本构成
图1-2虚拟仪器的构成框图 1.1 硬件构成 （1）计算机硬件平台 计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。[2] （2）测试功能硬件 通过A/D转换将模拟信号转化成数字信号，送入计算机进行分析、处理、显示等；再通过D/A转换把数字控制量转化成模拟控制量，送到执行器，从而实现反馈控制，如数据采集卡系统、GPIB仪器控制系统、VXI仪器系统以及它们之间的任意组合。所涉及到的硬件接口模块包括：插入式数据采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制器以及其它接口卡。 1.2软件系统 计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如普通台式计算机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。虚拟仪器是一种主要靠软件实现的仪器,软件才
虚拟仪器 期末设计报告 课题名称：温度监控系统 起讫日期：2012年6月19日- 2012年6月20日学生学号：XXXXXX 学生：____ ____XXXX________ ____ 报告成绩： 中国计量学院信息工程学院 生物医学工程专业 2012年 6 月20 日
目录 一、labVIEW介绍 (3) 二、labview温度监控设计的介绍 (3) 三、labview温度监控程序框图的设计 (3) 四、labview温度监控前面板的设计 (6) 五、DAQ信号采集的概述和配置 (7) 六、labview温度监控系统的检验和调试 (8) 七、个人心得和体会 (9) 八、参考资料 (10)
labVIEW介绍 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument EngineeringWorkbench，实验室虚拟仪器集成环境)是一个基于G（Graphic）语言的图形编程开发环境，在工业界和学术界中广泛用作开发数据采集系统、仪器控制软件和分析软件的标准语言，对于科学研究和工程应用来说是很理想的语言。它含有种类丰富的函数库，科学家和工程师们利用它可以方便灵活地搭建功能强大的测试系统。LabVIEW编程语言最主要的两个特点是图形化编程和数据流驱动。 labview温度监控设计的介绍 这个系统是在硬件温度传感器热敏电阻的基础上完成对温度信号的采集以得知某段时间的最高温度、最低温度和平均温度，还可以把测得的摄氏度转换为华氏供一些特殊的需要，在测量之前同时还可以人为的设定温的上限值和下限值当温度超过用户设定的温度上限值或者下限值时，红色警示灯会被点亮并且会有喇叭警告，但温度在上下界限时亮的时绿色的灯会亮着表示温度在用户设定的正常围。 labview温度监控程序框图的设计 首先是要了解怎么用热敏电阻上采集来的电压值Ut来转化为我们所需要温度值。在电路上我们要运用一个固定电阻和热敏电阻进行串联接在5伏的电源上，然后再用伏安法求得热敏电阻的阻值。如图1所示： 图1 其中R0为固定电阻，Rt为热敏电阻。通过简单的计算可得Rt=(Ut*R0)/(5-Ut); 在程序框图的实现如图2所示：
背景 随着科学技术的进步，计算机计术、仪器技术和通信技术等在各个领域得到越来越广泛的应用。传统的电子测量仪器由于其功能单一、体积庞大，已经很难满足实际测量工作中的需求，由此在80年代末期虚拟仪器技术应运而生。与传统仪器相比，虚拟仪器具有功能更丰富、处理速度更快、可充性更好的优点。作为计算机技术和现代仪器技术相结合的产物，实现了在传统测试理论和测量方法上的革命性突破。 LabView由面板、流程方框图、图标/连接器组成。其中，面板是用户界面，流程方框图是虚拟仪器源代码，图标/连接器是调用接口。流程方框图包括输入/输出（I/O）部件、计算部件和子虚拟仪器部件，它们用图标和数据流的连线表示。这里利用LabVIEW作为语言开发平台．设计系统软件．并利用计算机串口与下位机串行通讯，实现温度的实时测量与控制。 虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。其中，硬件的功能是获取被测试的物理信号，提供信号传输的通道。在本设计中，所需要模拟的是温度信号，温度信号主要由电压信号提供。另外，虚拟仪器的硬件技术以GPIB、PXI等先进的计算机接口总线的发展为发展标志。GPIB、PXI接口是早期比较流行的接口，随着虚拟仪器技术的发展，现在使用比较广泛的接口是DAQ、PXI和LXI。本次设计中用到的就是DAQ仪器。仪器上需要我们了解运用的，是位于仪器上左上角的电位器。调节电位器时，电压信号也会在一定范围内浮动，这对我们的设计起到一定的作用。 基于LabView的温度控制器的设计，首先由集成温度传感器AD590产生的温度-电压信号输入到采集卡AI端，其次，由于本次课设只是运用有电压值模拟一个温度值，就在采集卡的输入端送给LabView一个5V的电压，通过传输到软件电路中，加以处理再进行应用。最后，通过前面板和程序框图的设计，完成设计要求。 背景 .................................................................................................................................................. I 1设计思路 . (1) 数据的采集 (1) 我们的设计题目即为温度控制，需要对温度值进行设定、测量和显示，所以首先我们应该从对温度值的采集入手，即数据的采集。 (1)
实验报告 实验题目 基于虚拟仪器技术的 涡流传感器位移测量实验 专业测控技术与仪器班级仪112班 学号3110241032 学生王金利 同组人王俊俊，王琦 指导教师晏克俊 2014 年
一、实验内容 本实验是利用所学虚拟仪器编程实现涡流传感器位移特性的测量，涡流传感器的基本工作系统由探头，前置器以及被测体构成，当前置器中高频振荡电流通过延伸电缆流入探头线圈时由电磁感应定律可知，交变电流会在探头头部的线圈中产生交变磁场。当有被测金属体靠近这一磁场时在金属表面会产生感应电流，由于其呈漩涡状故称之为电涡流。与此同时该电涡流场也会产生一个与头部线圈方向相反的交变磁场与其反作用，以使得头部线圈的高频电流幅度和相位得到改变，这一改变与金属导体的磁导率、电导率、线圈的几何形状、几何尺寸、电流频率以及头部线圈到金属导体表面的距离等参数有关。 当控制金属导体的磁导率、电导率等参数相同时，电涡流的强度大小就只与头部线圈到金属导体表面的距离有关，通过前置器电子线路的处理，即可将头部线圈与金属导体之间距离的变化转换成电压的变化，输出信号的大小岁探头到被测体便面之间的间距而变化，电涡流传感器根据这一原理实现对金属物体位移的测量。 虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上配备相应的板卡，由用户设计定义，具有虚拟面板，其测试功能由软件实现的一种计算机仪器系统。本次实验通过对被测的电涡流相应电压强度的变化量信号的采集和分析利用波形图、波形图表和数字表格形象生动的描述出涡流传感器的位移特性。并利用虚拟仪器所编程序完成对电涡流传感器的灵敏度、非线性度、最大偏差、最大位移等参数的测量。 二、实验仪器 1：带虚拟仪器软件的计算机一台； 2：NI6014数据采集卡； 3：数字万用表； 4：涡流传感器实验平台。
课题基于labview的温度监测系统班级 12电信 学号 201210350120 姓名邹临昌 时间 2015.12 .12-2016.1.12 景德镇陶瓷学院
摘要：本课题介绍了虚拟仪器概况及其发展背景；通过对虚拟仪器的学习和研究，运用软件工具，实现温度显示系统的模拟。实现系统软件设计思路是：利用LabVIEW中的各种控件，实现温度数据采集显示。利用虚拟仪器的优越性实现了基于操作系统下的交通终端服务系统的展示部分。 关键字：labVIEW，温度，数据采集 引言 美国国家仪器公司推出的LabVIEW不仅是一个图形化编程语言，而且是一个广泛应用于虚拟测控系统的虚拟仪器平台，它与数据采集卡一起构成虚拟测试仪器，其测试系统的构建可以通过图形化的语言描述，组态容易，设计简单，广泛应用于测量与控制。 LabVIEW是虚拟仪器领域中最具有代表性的图形化编程开发平台[1] ，是目前国际上首推并应用最广的数据采集和控制开发环境之一，主要应用于仪器控制、数据采集、数据分析、数据显示等领域，并适用于多种不同的操作系统平台。与传统程序语言不同，LabVIEW采用强大的图形化语言（G 语言）编程，面向测试工程师而非专业程序员，编程非常方便，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点。使用LabVIEW 开发环境，用户可以创建32位的编译程序，从而为常规的数据采集、测试、测量等任务提供了更快的运行速度。LabVIEW是真正的编译器，用户可以创建独立的可执行文件，且该文件能够脱离开发环境而单独运行。
1.1虚拟仪器的优势 1．经济实惠 2．方便适用 3．提高测试效果 4．开放且灵活 远程虚拟仪器的优势在于不受地域限制，功能可由用户自己定义，且构建容易，所以使用面极为广泛，是科研、开发、测量、检测、计量、测控等领域不可多得的好工具，更值得一提的是它可应用在高危险的区域进行在线的数据采集和检测[5]。使测量人员的工作不但摆脱了地理位置和条件的限制，还可以通过Intcrnet把所采集到的数据自动地转送到另一台计算机进行评估。
虚拟仪器实验报告 实验一VI程序的创建、编辑和调试 1.熟悉LabVIEW环境。 新建一个VI，进行如下练习： ?任意放置几个控件在前面板，改变它们的位置、名称、大小、颜色等等。 ?在VI前面板和后面板之间进行切换 ?并排排列前面板和后面板窗口 程序截图： 2.创建一个VI。 发生一个值为～的随机数a，放大10倍后与某一常数b比较，若a>b，则指示灯亮。要求：①编程实现；②单步调试程序；③应用探针观察各数据流。 程序截图： 3.创建和调用子VI。 创建一个子VI，子VI功能：输入3个参数后，求其和，再开方。 编一个VI调用上述子VI。 程序截图： 4.编写一个VI求三个数的平均值。 要求： ?对三个输入控件等间隔并右对齐。 ?添加注释。 ?分别用普通方式和高亮方式运行程序，体会数据流向。 ?单步执行一遍。 程序截图： 5.实验个人总结： 通过这四个小实验使我熟悉了LabView的开发环境，基本掌握了编程的方法和规律，同时通过LabView的编程来解以上的一些简单的问题让我切身感觉到了这款软件的强大之处，而且其使用的是图形化的编程，学起来不像C语言，Matlab那样需要记忆很多的程序代码，入门门槛相对来说就降低了许多。但是作为新手来说，对于这款软件有很多不熟悉的地方，例如当自己编程是会遇到一些自己没有用过的函数和程序模块，而要在拥有庞大的函数和程序模块的LabView中寻找自己想要的同时又不常用的函数或者程序模块是件耗时又费力的事，但是通过使用的深入，我发现可以用程序面板右上角处的搜索框来搜索我们想要的函数或者程序模块，这样就可以为我们编程节省很多时间，减少记忆
的繁琐。 虽然有时可以有捷径可走，但是总之想很好的学好这款程序必须多操作，多动手，这样才能做到熟能生巧，游刃有余。
摘要 近年来，美国NI公司的LabVIEW已经面向成熟和商业化，使用者在配有专用或通用插卡式硬件和软件开发平台的个人计算机上，可按自己的需求，设计和组建各种测试分析仪器和测控系统。由于LabVIEW提供的是一种适应工程技术人员思维习惯的图形化编程语言，图形界面丰富，内含大量分析处理子程序，使用十分方便，个人仪器发展到了使用者也能设计、开发的新阶段。 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LabVIEW 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LabVIEW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℃，可以满足各个行业测试的需要。 关键词： LABVIEW，DAQ助手，温度监测，数据采集
Abstract In recent years，NI LabVIEW companies have mature and commercially oriented，the user with a dedicated or general-purpose plug-in hardware and software development platform for personal computers，according to their needs，design and build of various test instrumentation and control system. LabVIEW provides the engineering and technical personnel is a habit of thinking to adapt the graphical programming language，a rich graphical interface，containing a large number of processing routines，easy to use，users of personal equipment can be developed to design a new stage of development. In view of traditional temperature measurement existence certain questions，using of LabVIEW software，the temperature measuring system based on virtual instrument technique is designed. It can realize the data acquisition of temperature as well as data transmission，analysis and display，with the development software of virtual instruments LabVIEW，sensors，data acquisitions and so on，in addition to provide users with historic data inquire. Experimental results show that the system is simple，good interface，easy operation，measurement accuracy，stable，temperature control accuracy is better than ± 0.3 ℃ to meet the needs of various industries test. Keywords: LABVIEW， DAQ Assistant，Temperature Monitoring， Data Acquisition
各专业全套优秀毕业设计图纸 虚拟仪器课程设计报告 课程名称：虚拟仪器技术 课程名称：温度采集系统设计 专业班级：测控1102班 学生姓名： 学号: 11401600211 指导老师： 2014年12月8日
目录 一．系统设计要求.......................................................................................................... 二．设计方案.................................................................................................................. 三．程序框图.................................................................................................................. 四．程序框图.................................................................................................................. 五．调试及分析.............................................................................................................. 六．设计总结.................................................................................................................. 七．心得体会.................................................................................................................. 一、系统设计要求
1．系统设计 1．1 系统总体设计方案 设计框图如下所示： 图1 系统总体设计框图 1．2 单元电路方案的论证与选择 硬件电路的设计是整个实验的关键部分，我们在设计中主要考虑了这几个方面：电路简单易懂，较好的体现物理思想；可行性好，操作方便。在设计过程中有的电路有多种备选方案，我们综合各种因素做出了如下选择。 1．2．1 温度信号采集电路的论证与选择 方案：本系统中我们采用MF58型高精度负温度系数热敏电阻器及其外围电路，组成温度信号采集电路。相比较方案一，方案二后续电路较复杂，且需进行温度标定，但由于此方案能够较好的体现物理思想，通过实验标定温度，可以使我们更好的理解模拟信号与数字信号的转化，故我们采用了此方案。 MF58型高精度负温度系数热敏电阻器有许多优点：稳定性好，可靠性高；阻值范围宽：；阻值精度高；由于玻璃封装，可在高温和高温等恶劣环境下使用；体积小、重量轻、结构坚固，便于自动化安装（在印制线路板上）；热感应速度快、灵敏度高。故我们采用此温敏元件。 1．2．2 温度控制接口电路的论证与选择 我们采用频压转化电路将频率信号转化成电压信号，进而控制加热与降温电路工作。选用集成式频率／电压转换器LM2907，配以外加电路，能将经PC机处理后输出的频率信号转换为直流电压信号，电压信号控制继电器（相当于开关）工作从而使电路联通，电风扇或加热丝工作。 在一定范围内，LM2907的频率和电压转换可成线性关系，可以实现电热丝加热功率和风扇转速的连续可调。由于技术原因，我们未能实现这项功能，预留此项功能，可以作为功能扩展。
1．2．3 加热与降温电路的论证与选择 由数据选择器与两片LM2907（后接功率放大电路）分别连接加热和降温电路，实现加热功率与风扇转速的连续可调，如1.2.2所述。原理图如下： 图2 加热功率与风扇转速的连续可调电路原理图 1．3 软件设计 1.3.1 主程序流程图 频压转换电路 LM2907 频压转换电路 LM2907 数据选择器 功率放大电路 功率放大电路 升温电路 降温电路 计 算 机