基于虛擬儀器的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、2019年 12月29 日北京在京石曲化工名院B日ING INSTITUTE OF PETROCHEMICAL TECHNOLOGY專題實(shí)驗(yàn)（論文）基于虛擬儀器的溫度測(cè)儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)院（系、部）：信息工程學(xué)院組 長(zhǎng)： 趙 XX 132058小組成員：曹XX 132056李 XX 132053李 XXXX132051徐 XXXX132055班 級(jí)：電G131專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：張X潔摘要1一、虛擬儀器2二、溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體方案 2三、溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件21、PCI-6221 采集卡22、CB-68LP 接口卡 33、 溫度變送器34、 學(xué)生電源45、 萬用表44、 溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的軟件

2、 45、 溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 41、 外形設(shè)計(jì)42、 前面板設(shè)計(jì)5(1) 溫度計(jì)的設(shè)計(jì)5(2) 報(bào)警指示燈的設(shè)計(jì) 5(3) 溫度數(shù)據(jù)記錄的設(shè)計(jì) 5(4) 開關(guān)按鈕的設(shè)計(jì) 5(5) 溫度波形的顯示 6(6) 采集頻率的設(shè)計(jì) 63、 程序框圖的設(shè)置6(1) DAQ的設(shè)計(jì)6(2) 線性關(guān)系程序的設(shè)計(jì) 7(3) 溫度計(jì)、溫度數(shù)值、溫度波形圖標(biāo)的設(shè)計(jì) 8(4) 報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)8(5) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)9(6) 采樣頻率的設(shè)計(jì)9(7) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì) 10(8) 每次采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)計(jì) 10(9) 實(shí)驗(yàn)開關(guān)的設(shè)計(jì) 10(10) 總程序框圖11六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)111、 參數(shù)設(shè)置112、 溫度采集113、 溫度低于下限

3、124、 溫度高于上限 135、 常溫136、 高溫147、 表格14七、總結(jié)15八、參考文獻(xiàn)15虛擬儀器(virtual instrumention )是計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器測(cè)量技術(shù)相結(jié)合 的產(chǎn)物。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。使用虛 擬儀器用戶可以通過操作顯示屏上的“虛擬”按鈕或面板，完成對(duì)被測(cè)量的采集、 分析、判斷、調(diào)節(jié)和存儲(chǔ)等功能?！败浖褪莾x器”反映了虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì) 特征。本文設(shè)計(jì)就是建立在 VI基礎(chǔ)上，在此平臺(tái)上完成對(duì)溫度的實(shí)時(shí)測(cè)量。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；采集；VI;溫度6一、虛擬儀器虛擬儀器是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具 有虛擬面板，

4、具測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí) 質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果；利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理； 利用I /O 接口設(shè)備完成信號(hào)的采集與調(diào)理，從而完成各種測(cè)試功能的一種計(jì)算 機(jī)儀器系統(tǒng)。二、溫度檢測(cè)系統(tǒng)總體方案熱電偶是工業(yè)上廣泛使用的溫度傳感器，它最大的優(yōu)勢(shì)就在于溫度測(cè) 量范圍極寬，理論上從-270 C的極低溫度到 2800 c的超高溫度都可以測(cè)量， 并且實(shí)際應(yīng)用中在600 C -2000 C的溫度范圍內(nèi)可以進(jìn)行最精確的溫度測(cè)量。在化工、石油、電力、冶煉等行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中熱電偶發(fā)揮著

5、對(duì)溫度的監(jiān)控作用。利用熱電偶在不同溫度下的導(dǎo)電率的不同，使用采集卡采集其電壓在 不同溫度下的變化值，并將其大致看著是線性變化的，收集兩個(gè)電壓值， 并確定其對(duì)應(yīng)的溫度，利用公式y(tǒng)=kx+b,求出系數(shù)k和常數(shù)b,這樣就得到了電壓和溫度的關(guān)系。然后再通過使用 LabVIEW軟件進(jìn)行編程，通過 PCI-6221采集卡將采集 到的電壓值輸入程序，經(jīng)過程序進(jìn)行運(yùn)算后將得到此時(shí)測(cè)得的溫度值，并 將溫度通過表格、溫度計(jì)和波形圖等顯示形式表現(xiàn)出來。當(dāng)溫度高于設(shè)置的溫度上限和低于設(shè)置的溫度下限是，都將會(huì)點(diǎn)亮報(bào) 警燈，警告溫度超過限制。三、溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件1、PCI-6221 采集卡數(shù)據(jù)采集（DAQ）,是指從傳感器

6、和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自 動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分析，處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合 基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集（DAQ財(cái)能的計(jì)算機(jī)擴(kuò)展卡，可以通過 USB PXL PCI、PCI Express、火線（1394）、PCMCIA ISA、Compact Flash、 485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)等總線接入個(gè)人計(jì)算機(jī)。PCI-6221采集卡是基于PCI總線的高性能、多功能的數(shù)據(jù)采集卡。它有 16 個(gè)單端輸入或8個(gè)差分輸入，1個(gè)16位的逐次逼近式ADC 2個(gè)以電壓輸出的16 位DAC

7、2、CB-68LP接口卡5 6 7 8 9 0 11323 3343 53647 4®00000002 3 0415 263748 CO 4 g 4 1414 14 14 14a ®000000 0S0005960 718 2 93041415 15 15 1525co170695 8 4 73625 16 2 6 2 5 2 5 2 5 2 5 2 5 2圖13、溫度變送器溫度變送器采用熱電偶、熱電阻作為測(cè)溫元件，從測(cè)溫元件輸出信號(hào)送到變 送器模塊，經(jīng)過穩(wěn)壓濾波、運(yùn)算放大、非線性校正、 V/I轉(zhuǎn)換、包流及反向保護(hù) 等電路處理后，轉(zhuǎn)換成與溫度成線性關(guān)系的 420mA電流信號(hào)

8、輸出。本實(shí)驗(yàn)溫度變送器采用熱電偶作為測(cè)溫元件， 將采集到的信號(hào)轉(zhuǎn)換成與溫度 成線性關(guān)系的0-+5V電壓信號(hào)輸出。SR輸出0-5V外徑431a接線圖2而塘線4、學(xué)生電源可提供DC24V勺學(xué)生電源，為采集卡提供電源輸入。5、萬用表在實(shí)驗(yàn)之前使用萬用表檢測(cè)溫度變送器是否完好。四、溫度檢測(cè)系統(tǒng)中的軟件采用LabVIEW進(jìn)行編程。LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開發(fā)，類似 于C和BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是： 其他計(jì) 算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼， 而LabVIEW利用的是圖形化編輯語 言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。

9、LabVIEW是供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用 來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連 線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱 G 代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序 框圖代碼。五、溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)1、外形設(shè)計(jì)圖32、前面板設(shè)計(jì)(1)溫度計(jì)的設(shè)計(jì)在【控件選板】的【新式】中選擇【數(shù)值】控件，在【數(shù)值】控件選項(xiàng)中選 擇【溫度計(jì)】控件，放置到前面板設(shè)計(jì)窗口的合適位置。然后，用鼠標(biāo)右鍵單擊 該控件，在彈出的快捷菜單中，單擊【顯示項(xiàng)】中的【顯示數(shù)字】，將該控件的 讀數(shù)用

10、顯示框顯示。(2)報(bào)警指示燈的設(shè)計(jì)在【控件選板】選擇【Express】中的【指示燈】控件選板中的【圓形指示 燈】控件，放置到前面板合適的位置。(3)溫度數(shù)據(jù)記錄的設(shè)計(jì)在【控件選板】選擇【新式】中的【列表與表格】中的【Express表格】(4)開關(guān)按鈕的設(shè)計(jì)在【控件選板】中選擇【Express】中的【按鈕與開關(guān)】,選擇【開關(guān)按鈕】, 放置到前面板合適的位置。(5)溫度波形的顯示在【控件選板】中選擇【Express】中的【圖形顯示控件】,選擇【波形圖】, 放置于前面板合適的位置。(6)采集頻率的設(shè)計(jì)在【控件選板】中選擇【系統(tǒng)】中的【系統(tǒng)水平滑動(dòng)桿】，放置于合適的位 置。3、程序框圖的設(shè)置(1) D

11、AQ勺設(shè)計(jì)在程序框圖面板點(diǎn)擊右鍵，選擇其中的平【DAQft手】控件，在彈出的面板 中選擇模擬量中的電壓，然后選擇通道【ai10,如圖4。圖4在程序框圖面板上雙擊【DAQa手】，在彈出的屬性面板中點(diǎn)擊連接線，在 彈出的窗口中選擇CB-68LP,如圖5所示。您附0醐半C3 上TF任費(fèi)中通遣隹*列而Jftl點(diǎn)2-FltWQHCS-63LJ/3IVultw/Qf-CJ-E刁U7&47V運(yùn)行電)撒尼弟E*s0鉆任易 虔連造圖| ? HI 課序至HTML.連統(tǒng)圖工具用宜看 傳棲船與接黑盍之間 必須的信號(hào)連揍。加 高便.用淳工具，必須 首先指定設(shè)備的附 件。右鍵單擊"設(shè)備 和接口”下的謖備

12、， 法擇屬性并指定一 個(gè)附件*連線圖工具 目前支持苕種模擬輸 入測(cè)量奘型及大多毅 MR和5CX度姓盒.6634科立<6632'&531>64306-329顯26i： B Ei：3LPQ17 QE 息辱 B4 了啥 623 1 6 2 6-«TX52s-*r*5?5 24-nQQOQQQOOQOOO59t_o718J93fl4 14 1Mli 51515215O o, o, 三 不如需保存連戰(zhàn)團(tuán)，子 擊另存為HTML井 為HTMUfiA一個(gè)名 林。還將出現(xiàn)一個(gè)圖 像子目錄以存放道線 圖中的所有圖像.逋過 Miu ">4 0 FtIjiteme

13、t Explorer 等網(wǎng)絡(luò)瀏覽器可查看 和打印該HTML報(bào)表。IS iS Ifl-s叁町史弟連接至塞個(gè)Fif牛-使用i.括軍標(biāo)記魯總皿仃叱口'強(qiáng)如連統(tǒng)雌靶件(2)線性關(guān)系程序的設(shè)計(jì)圖68熱電偶采集的電壓為線性，因此采用線性分析來分析電壓與溫度之間的關(guān)設(shè)線性方程為y=kx+b,經(jīng)測(cè)量當(dāng)電壓為1.88V時(shí)，溫度為24攝氏度，當(dāng)電壓為3.50V時(shí)，溫度為95攝氏度。將上述數(shù)據(jù)代入公式得：24=1.88k+b95=3.50k+b解得：k=43.83b=-58.4所以，電壓一一溫度的線性關(guān)系式為：y=43.83x-58.4(3)溫度計(jì)、溫度數(shù)值、溫度波形圖標(biāo)的設(shè)計(jì)圖108口 AQ助手朝惜浜算出

14、任旃出, 超 0,入，停止CD圖7DAQ助手(4)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)法與上I1 超寸|弓卜入一 停止。一 采樣數(shù)(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)圖1012A電與嗤汜窿第二弟專題幽檢測(cè)技術(shù)花測(cè)技父變臉口論"£歹H怛)一DAQ助手錯(cuò)層盛西創(chuàng)但格信號(hào)表格漉出在IE3E33(6)米樣頻率的設(shè)計(jì)(7)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的設(shè)計(jì)(8)每次采樣點(diǎn)數(shù)的設(shè)計(jì)圖1115未年名2,vi程序咆至，文件舊編輯日直看乜)項(xiàng)目®圜乍二具窗口碑體i|Q q圖12(9)實(shí)驗(yàn)開關(guān)的設(shè)計(jì)SSUS(10)總程序框圖圖14六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)1、參數(shù)設(shè)置溫度上限設(shè)置為60C,溫度下限設(shè)置為30C,采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)置為1,互動(dòng)頻 率桿歡滑動(dòng)最右端，

15、表示一秒鐘只采集一個(gè)電壓信號(hào)。2、溫度采集圖153、溫度低于下限圖1617溫度檢測(cè)系統(tǒng)表格溫度計(jì)溫度顯不 | 矽.26B P時(shí)間 I £003-12-2 6:31:(W 2cBi-INVg 】E：31：D9溫度ai 367SMB兩 45E55B2001-12-29 36;31 09圖 436334家蛭拜美29 45即01-12T9 】6:31:0S 2001-1ZTQ 】B?31：Dfl 2001-12-29 B：31.D9 200W2-29 16:31:09 20a-l2一即】E:31:M 2DD-12-29 】BB1：D9 200J-12-29 16;3rOT 2001-12-2

16、9 16:31: 2001-lZ-29-&:Sl:Dfl 2003-12-29 SBi31：0929.452558 由.如004?9 436334.KI 424111 端.50就51 2SI.3245-4B29 3954 鶯752期 明.如5664四 4CI988B T1529 35QD. D2 0.04 D. OB O.DS 0 1 時(shí)代參數(shù)設(shè)置I阻度上用溫度下限采掙點(diǎn)的界口 化；"p 11溫度報(bào)警溫度上限報(bào)警溫度下限強(qiáng)警是小伯實(shí)時(shí)溫度29.七旃.統(tǒng)忙統(tǒng)噗據(jù)楚尊術(shù)平均俗方歪昂大自國(guó).£33 t0.00314 弋129 424 P4、溫度高于上限圖1819圖175、

17、常溫6、高溫21溫度檢測(cè)系統(tǒng)溫度計(jì)表格6C-30-溫度顯EP&D 1DQ 七時(shí)間溫度2Q01-BS-29|8 3B：57 6口.以唯父2001-129|£:3e:S7 BO.6B70B12001-112-29幅:36:57 60.67263820D1-B2-2SII6：3B：57 6D. TB66252001-12-29呢:警:57 60. T0662S2001-12-2918：整:軒 S0.402S9320D1-II2-E9E6：3B：57 6D.9283592001-112-2916:36:57 60.53060420011229IB：箕;5T 60. 915072nDl

18、-|i£-SI6：36：5T 60. 55M512001-112-2916:36:57 60.758378如。1一1 片 £9|6 36：5T GQ.5曜R(shí)2001-12-291:36:57鼠1.就順蜘*案助開去聯(lián)滑的時(shí)間參數(shù)設(shè)置溫度報(bào)警溫度上陽海里不電最小值|的.附七實(shí)時(shí)溫度 扇104飛統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯苴術(shù)平均值方差最大由Im. 5J -C0 omo V0? 015 弋圖197、表格E3 Microsoft Excel 123文件 弱輯色）視圖 插入d）格式）工具 IB1 & 26.337647ABCD12001-12-29 16:42126,33765122001-12-29 16:4226, 25231-32001-12-29