摘要:虛擬儀器(VI)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的儀器技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,是儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。LabVIEW是一個(gè)基于圖形化編程語(yǔ)言的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)工具。本文重點(diǎn)介紹了虛擬儀器的界面,LabVIEW應(yīng)用,并設(shè)計(jì)了一個(gè)基于虛擬儀器的數(shù)字化溫度測(cè)量和控制系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中數(shù)據(jù)的采集和軟硬件的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞:虛擬儀器;LabVIEW;溫度測(cè)量;數(shù)據(jù)采集引言虛擬 儀 器技 術(shù),就 是用 戶 在 通用 計(jì) 算 機(jī)平 臺(tái) 上,根據(jù) 測(cè) 試任務(wù)的需要來(lái)定義和設(shè)計(jì)的測(cè)試功能,其實(shí)質(zhì)是充分利用計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器功能。“軟件就是儀器”反映了虛擬儀器技術(shù)的本質(zhì)特征。美國(guó)國(guó)家儀器公司生產(chǎn)的 NI- LabVIEW是目前最為成功,應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。它一種基于 G語(yǔ)言的32位編譯型圖形化編程語(yǔ)言,其圖形化界面可以方便的進(jìn)行虛擬儀器的開(kāi)發(fā)。在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中,需要進(jìn)行溫度測(cè)量和控制的場(chǎng)合越來(lái)越多。測(cè)溫的方法也是多種多樣的。1虛擬儀器的特點(diǎn)虛擬儀器設(shè)備可以由使用者自己定義,這意味著可以自由地組合計(jì)算機(jī)平臺(tái),硬件(包括傳統(tǒng)儀器) ,軟件,以及各種實(shí)現(xiàn)應(yīng)用所需要的附件。這種靈活性在由供應(yīng)商定義,功能固定,獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器上是很難達(dá)到的。常用的數(shù)字萬(wàn)用表,示波器,信號(hào)發(fā)生器,數(shù)據(jù)記錄儀,以及溫度和壓力監(jiān)控儀器就是這種傳統(tǒng)儀器的代表。從傳統(tǒng)儀器設(shè)備向虛擬儀器設(shè)備的轉(zhuǎn)變,為現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了更多實(shí)際的利益,同時(shí)也促進(jìn)著實(shí)驗(yàn)手段不斷更新。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)虛擬儀器系統(tǒng)的硬件主要是由個(gè)人計(jì) 算機(jī)或者工作站和硬件接口模塊組成。其中計(jì)算機(jī)是主體,主要用來(lái)提供實(shí)時(shí)高效的數(shù)據(jù)處理性能。硬件接口模塊包括儀器硬件和各種通用接口總線,主要用來(lái)采集,傳輸信號(hào)。儀器硬件如各種傳感器,插入式數(shù)據(jù)采集卡(DAQ) ,信號(hào)調(diào)理器等,通用接口總線用來(lái)把獨(dú)立的儀器連接到計(jì)算機(jī)上。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng),GPIB一起控 制 系 統(tǒng),VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。本系統(tǒng)利用半導(dǎo)體來(lái)調(diào)節(jié)溫度的大小,利用溫度傳感器來(lái)對(duì)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,利用LabVIEW編程來(lái)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體與PC機(jī)之間的串行通訊以及虛擬面板的設(shè)計(jì),最后由PC機(jī)顯示測(cè)量的溶液溫度。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,也直接影響系統(tǒng)性能的重要因素之一。金屬鉑的純度可達(dá) 99.89%,熱性能穩(wěn)定,線性較好,電阻溫度系數(shù)分散性小,因此在這里我們選擇鉑電阻作為溫度傳感器。圖1給出了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,其中信號(hào)調(diào)節(jié)的主要作用是將傳感器輸出的信號(hào)與 A/D轉(zhuǎn)換器相匹配。例如A/D轉(zhuǎn)換的輸入電平是 05V,而傳感器輸出信號(hào)通常很小,這時(shí)必須采取放大措施減小量化誤差,相對(duì)誤差也就減小了。如果傳感器在輸出信號(hào)和傳輸過(guò)程中混入虛假成分,就需要進(jìn)行濾波。2.2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)2.2.1標(biāo)度變換對(duì)于同一物理量,用不同的傳感器測(cè)量得到的不同的電壓信號(hào),或者是 對(duì) 于 不同 的 物 理量,不 同 的傳 感 器 測(cè)量 得 到 的相同 的 電壓 信 號(hào),為了 顯 示 正確 的 物 理量,就 需 要進(jìn) 行 標(biāo) 度轉(zhuǎn)換。 因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)的量綱與 A/D轉(zhuǎn)換的輸入值是不一樣的。例如,溫度的單位為℃,壓力單位為Pa,頻率的單位為 Hz,流量的單位m3/h等等。這些參量并不等于原來(lái)帶有量綱的參數(shù)值,必須把它轉(zhuǎn)化成帶有量綱的數(shù)值后才能計(jì)算。一般的線性系統(tǒng)的標(biāo)度變換公式為: