虚拟仪器Labview应用之温度预警系统.docx

虚拟仪器Labview应用之温度预警系统.docx

《虚拟仪器Labview应用之温度预警系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《虚拟仪器Labview应用之温度预警系统.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

虚拟仪器Labview应用之温度预警系统

苏州市职业大学电子信息工程学院

项目实训报告

课程名称：

虚拟仪器应用

项目名称：

温度预警系统

班级：

姓名：

学号：

指导教师：

日期：

2013.9

项目信息表

项目名称

温度预警系统

项目学时

6

指导教师

邓建平

成绩

目的

1.了解常用温度传感器的运用

2.掌握Labview中的数据采集编程系统的构架

3.掌握一个数据采集系统的完整组成和基本框架

4.了解实验平台nextboard、nextpad的使用方法与注意事项

5.学习使用Labview做数据采集的程序编程和采集

任务要求

测试当前温度，根据设定的温度上限值及下限值，判定当前有无警报：

高温警报/无警报/低温警报。

每种警报，都有文字提示，有不同颜色的报警灯显示（如高温警报为红色，低温为蓝色，正常为绿色。

）当温度数值用多种方式显示，如数值形式、波形图。

温度计。

设备材料

硬件：

nextboard实验平台、NIPCI-6221数据采集卡、nextsense_01（热电偶模块）

说明：

NIPCI-6221数据采集卡已经安装在电脑主机箱中，并且与nextboard实验平台连接。

使用时，只需要把选定的模块安置在nextboard平台模块相应的槽位上即可。

注意：

模块处于nextboard的槽位不同，所使用到的硬件通道是有差别的。

Nextpad中会自动识别当前模块所在的槽位，并判别小模块使用的通道名。

可以将nextpad中的通道名称复制拷贝至Labview程序中作为通道名称设置。

软件平台：

Labview（2011以上版本）、nextpad

评语

指导教师签名

日期

温度预警系统项目报告

第1章概述

1.1温度传感器—热电偶

温度传感器（temperaturetransducer）是指能够感受温度并能将其转换为可用输出信号的传感器。

温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。

按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。

热电偶（thermocouple）是温度测量中最常用的温度传感器。

优点是宽温度范围和适应各种大气环境，且结实、低价、无需供电。

热电偶由在一段连接的两条不听金属线（金属A和金属B）构成，当热电偶一端受热时，热电偶电路中就有电势差。

可用测量的电势差来计算温度。

不过，所测电压和温度间是非线性关系，因此需要为参考温度（Tret）作为第二次测量，并利用测试设备软件或硬件在仪器内部处理电压-温度变换，以最终获得热电偶温度（TX）。

常见的热电偶种类有：

T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型

1.2数据采集

数据采集（DAQ）是使用计算机测量电压、电流、温度、压力或声音等电子、物理现象的过程。

一个数据采集系统由传感器、数据采集测量硬件和带有可编程软件的计算机组成。

与传统的测量系统相比，基于PC的数据采集系统利用行业标准计算机的处理、生产、显示和连通能力，提供更强大、灵活且具有成本效益的测量解决方案。

传感器将自然界中的物理量转换为可测量的电信号；数据采集设备中的模数转换器ADC将模拟信号转换为计算机可以接受的数字信号（模拟信号数字化）；计算机处理、显示、保存所得到的信号数据。

数据采集设备用于测量信号的三个主要组成部分：

信号调理电路、模数转换器（ADC）与计算机总线。

很多数据采集设备还拥有实现测量系统和自动化的其他功能。

例如，数模转换器（DAC）输出模拟信号，数字I/O线输入个输出数字信号，计数器/定时器计量并生成数字脉冲。

采样定律

采样是用指定采样率量化模拟信号以得到的一系列离散点。

采样越快，采样信号越接近实际信号。

时域采样定理：

频带为F的连续信号f（t）可用一系列离散的采样值f（t1），f（t1+Δt），f（t1+2Δt），来表示，只要这些采样点的时间间隔Δt<=1/2F,便可以根据各采样值完成恢复原来的信号f（t）。

换一种说法来解释上述理论，在做信号采集时，设置的采样率的频率最小值为待采信号频率的两倍。

通常，推荐设置的采样率大小为待采信号频率的10倍左右。

如果采样不够快，恢复采样信号将会产生混叠问题。

在信号频谱上可以称作叠频；在影像上可称作叠影，主要来自于连续时间信号作采样以数字化时，采样频率低于两倍奈奎斯特频率。

第2章系统前面板设计

2.1前面板设计

在控件选板中选择新式-容器-选项卡控件，放置在前面板上，如图2.17所示。

在选项卡控件上右击，在显示项中去掉标签选项。

把“选项卡1”修改为“系统描述”、“选项卡2”修改为“温度监控”。

在选项卡控件上右击，选择“在后面添加选项卡”选项，并把该选项修改为“硬件资源”。

图2-1放置选项卡控件

在“系统描述”选项卡中，对系统进行简单的描述；“温度监控”选项卡中，放置该系统所需要的输入和显示控件，以及记录历史曲线的波形图表，在VI运行中，该选项卡界面是人机交互界面；“硬件资源”选项卡显示硬件配置情况，如图2.19所示。

图2.20为该系统的程序框图。

图2-2温度监控预警系统前面板

图2-3温度监控预警系统程序框图

图2-4温度监控预警系统程序子VI框图

第3章系统功能实现

3.1温度采集

按照LabVIEW使用DAQmx驱动编写模拟信号采集的基本编程步骤：

配置资源–时钟设定-开始采集-读/写操作-关闭资源。

温度信号为模拟信号，模拟信号采集程序框图如图2.9所示。

在图2.9中，While循环左侧为AI通道资源设置，配置AI通道名称、采集范围（0-5V）、差分模式。

While循环内每500ms读取一个点（温度采集的采样频率无需很高，每秒2个点的采集足矣，且无需很高精度的采样时钟，故使用软件定时的方式，规定循环每500ms执行一次。

）

图3-1模拟信号连续采集

图3-2定时函数选板

While循环右侧，为停止任务VI、清空任务VI以及简易错误处理VI。

使用这三个VI，是良好编程习惯的体现。

在任何时候，无论打开的是硬件资源或是文件IO资源，都需要在执行结束后，放置清空任务（或停止任务的VI）以释放所占用的计算机资源。

在得到温度原始的电压数值后，根据使用的传感器类型，根据电压和温度间的数值转换关系，计算得到温度值。

使用相应的计算转换VI，可得到当前温度值。

电压温度转换的VI是LabVIEW自带的转换算法，如图2.11所示，程序框图–函数选板–数值–缩放（scaling）-转换RTD读数。

可以看到，热电偶和热电阻也有对应的转换VI，故，使用其他两类温度传感器，也可以在此选板中，选择转换函数。

温度信号转换程序框图如图2.12所示，图中的传感器类型为PT100，其配置信息见图2.13

图3-3数据缩放（scaling）函数选板图3-4温度信号转换

3.2温度分析（子VI）

得到温度数值后，需要分析当前温度是否超过警戒线，超过后，文本格式、警报灯格式的报警，如何实现？

这些算法，可以直接放置在while循环中，为了提高程序的可阅读性，通常会将比较多的算法放置于子VI中。

如图2.12所示，子VI放置于while循环的右下角。

输入端包含了，温度上限值、下限值、警示布尔量的引用句柄。

子VI的功能，在本次实验编程中很重要，根据温度的上下线，判定当前的温度值是否超过警戒线，给出文本方式的警报提示。

同时，根据警报类型，设定警示灯是否闪烁、颜色改变。

警报灯的属性修改，使用了属性节点。

编写好的VI，直接从保存路径拖放至主VI，即可使用。

需要注意的是，子VI需要配置其连线板（数据端口）。

图3-5配置子VI的连线版图3-6温度数值分析子VI

在VI的前面板上，右击右上角VI图标，选择“显示连线板”，单击某个连线端子，再单击前面板上所需连接的控件，即可将控件和连线板相关联。

子VI程序框图如图2.14所示。

图中：

（选择）：

选择该函数，程序框图-比较-选择。

依据s（布尔）的值，返回连线至T输入或T输入的值。

s为TRUE时，函数返回连线至T的值。

s为FALSE时，函数返回连线至T的值。

（引用句柄）：

是一个打开对象的临时指针，因此它仅在对象打开期间有效。

（属性节点）：

属性节点可自动调整为用户所引用的对象的类。

属性节点可打开或返回引用某对象，使用关闭引用函数结束该引用可使用一个节点读取或写入多个属性。

但是，有的属性只能读不能写，有的属性只能写不能读。

右键单击属性，在快捷菜单中选择转换为读取或转换为写入，可进行改变属性的操作。

节点按从上到下的顺序执行。

如属性节点执行前发生错误，则属性节点不执行，因此有必要经常检查错误发生的可能性。

图3-7引用句柄的选择和配置

图3-8创建控件的属性节点

创建一个引用句柄：

如下图所示，前面板-控件选板-应用句柄-控件引用句柄。

拖放至面板上，右击该句柄，选择VI服务器类-通用-图形对象（GObject）-控件-布尔。

创建一个属性节点：

右击布尔控件，创建-属性节点-闪烁，往下拖拽新添加一个元素，右击，配置第二个新添加元素为“颜色[4]”。

这种方式创建出的属性节点，无需连接引用句柄，因为创建初始，已经指定该属性节点的对象为布尔量。

另一种创建方式如下图所示。

图3-9程序框图中属性节点的创建和配置

在程序框图右击空白处，函数选板-应用程序控制-属性节点。

将布尔量的引用句柄连接至属性节点，则该属性节点所指向的对象为布尔类型的，则可修改布尔型对象的各种属性。

单击属性节点，选择闪烁，增加属性节点元素，单击，选择“颜色[4]”。

第4章调试测试

4.1信号采集函数选板（DAQmx）

如下图所示，为信号采集函数选板。

左下角为DAQ助手，该助手可以非常便捷的配置数据采集程序，对于初学者而言，可以迅速搭建实验软件平台。

若编写系统或是大型项目，不推荐使用该VI。

推荐使用选板上面两排VI做程序编写。

可以有效提供程序的运行效率。

（VI全称VirtualInstrument，在LabVIEW软件环境中，特指使用LabVIEW编写的程序，一个程序称为一个VI。

）

图4-1信号采集函数选板中的DAQ助手

4.2模拟信号采集线程

LabVIEW中编写信号采集线程，主要有如下几大部分：

配置资源–时钟设定-开始采集-读/写操作-关闭资源。

如下图所示，包含了上述五个步骤，若是连续信号采集，则将“读/写操作”这个步骤放置于while循环结构中。

图4-2模拟信号连续采集

在配置硬件资源时，需要设定硬件连接信号的物理通道是哪一个AI通道，需要设定采集信号的信号电压范围（最大值、最小值），需要设定信号的采样模式，本系统中使用的是差分模式。

选用该模式，是因为nextboard上的实验模块，硬件资源已经内部路由好，使用的采集模式为差分方式（differential）。

时钟设定VI（sampleclock），用来设定采样率和采样方式（连续采样）。

采样方式设定为连续采样后，需要将读写函数放置于while循环中。

读操作的VI为多态VI，其下拉选项中有多种选项可以配置。

如单通道单采样，多通道N采样，等等。

可更加实际的应用需求，设定读写的通道数和每通道的读写点数。

4.4错误簇

若查看LabVIEW范例查找器中的程序，可能会看到如下的接线方式。

一，可将VI右下角的错误簇连线连接至while循环的条件接线端。

二，使用“按名称解除捆绑”函数将错误簇中的布尔分量与前面板的停止按钮做“或”运算，将布尔运算值连接至while循环的条件接线端。

如下图两种接线方式，都可以作为while循环的停止过方式，右边的方式更常用。

图4-4循环停止条件设定

选取错误簇：

在LabVIEW的程序前面板上，右击空白处，控件选板-数组、矩阵与簇–错误输入3D。

选中“错误输入3D”，并拖放在前面板上。

观察图2-8，错误簇（无论输入或输出）包含有三个元素：

状态（state）：

值为TRUE（叉）时表示在节点运行前已发生错误，值为FALSE（勾）时表示警告或无错误。

默认值为FALSE。

代码（code）：

表示错误或警告代码。

默认为0。

如状态为TRUE，代码为错误代码。

如状态的值为FALSE，代码为0或警告代码。

图4-5错误簇

第5章总结

通过本次实训项目温度信号采集，了解到Lbview可以通过信号采集板很方便的把模拟信号采集然后处理成数字信号，相对于我们以前学的单片机处理模拟信号容易多了。

通过本次实训也进一步掌握图形编程语言和结构的掌握。