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文檔簡介
1、<p><b> ?。?0_ _屆)</b></p><p><b> 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p> 基于LabVIEW的人體溫度檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> 所在學(xué)院 </p><p> 專業(yè)班級 測
2、控技術(shù)與儀器 </p><p> 學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p> 指導(dǎo)教師 職稱 </p><p> 完成日期 年 月 </p><p><b> 摘 要</b>
3、</p><p> 隨著電子測試技術(shù)的不斷發(fā)展,測試儀器正向自動化、智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展,而虛擬儀器正是這一發(fā)展方向的重要體現(xiàn)。虛擬儀器技術(shù)是一種基于通用計(jì)算機(jī)的新技術(shù)。虛擬儀器的硬件由計(jì)算機(jī)硬件加上一些模塊化的通用I/O硬件所構(gòu)成,軟件由LabVIEW所構(gòu)成。虛擬儀器可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)儀器的相應(yīng)功能,同時(shí)又具備成本低廉、升級容易、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。</p><p> 本設(shè)計(jì)利用虛
4、擬儀器技術(shù)、以美國NI公司的LabVIEW為軟件開發(fā)平臺,設(shè)計(jì)完成一個(gè)“虛擬人體溫度檢測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)以普通PC為主機(jī),由DAQ卡采集溫度傳感器發(fā)出的電信號,數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)處理與判斷、保存、顯示均由LabVIEW進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)證明,本設(shè)計(jì)使用簡便靈活、人機(jī)界面友好,實(shí)現(xiàn)了所要求的溫度檢測和判斷功能。</p><p> 關(guān)鍵詞:虛擬儀器,LabVIEW,人體溫度,數(shù)據(jù)采集</p><p>
5、; Design of a Virtual Body Temperature Detection System</p><p> Based on LabVIEW</p><p><b> Abstract</b></p><p> Along with on-going development of measuring techniq
6、ues, measuring instruments aim to be automatic, intelligent, digital and networked. Therefore, virtual instrument is an important embodiment of this developing trend. Virtual instrument is a new technology which is based
7、 on PC. Its hardware consists of the hardware of PC with some standard I/O modules. Its software is made up by LabVIEW. Virtual Instrument has almost the same function of the ‘real’ one but with advantages such as low co
8、st, easy</p><p> This design, a ‘virtual body temperature detection system’, utilizes LabVIEW software as the development platform. In this virtual system, PC is the main controller; the voltage signal send
9、 from temperature sensor is acquired by DAQ card. Data acquisition, real-time processing and judging, store and display are controlled by LabVIEW. Experiment results show that this design is simple and flexible with frie
10、ndly man-machine interface. The required functions for temperature detection and judgment a</p><p> Keywords: Virtual Instrument, LabVIEW, Body Temperature, Data Acquisition</p><p><b> 目
11、 錄</b></p><p><b> 摘 要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 1 緒論1</b></p><p> 1.1 課題的來源1</p><p> 1.2 LabVIEW的國內(nèi)外發(fā)展
12、現(xiàn)狀1</p><p> 1.2.1 虛擬儀器的概念1</p><p> 1.2.2 虛擬儀器的演變與發(fā)展2</p><p> 1.2.3 LabVIEW的應(yīng)用3</p><p> 1.3 課題研究的主要內(nèi)容3</p><p> 2 虛擬儀器及VI程序構(gòu)成簡介5</p><p&
13、gt; 2.1 虛擬儀器簡介5</p><p> 2.2 VI程序的構(gòu)成簡介5</p><p> 3 系統(tǒng)硬件設(shè)備簡介7</p><p> 3.1 溫度傳感器7</p><p> 3.1.1 溫度傳感器的分類7</p><p> 3.1.1.1 接觸式溫度傳感器7</p><
14、p> 3.1.1.2 非接觸式傳感器7</p><p> 3.1.2 LM35溫度傳感器8</p><p> 3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)NI ELVIS II+9</p><p> 3.3 硬件系統(tǒng)連接10</p><p> 4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)12</p><p> 4.1 系統(tǒng)流程圖12<
15、/p><p> 4.2 前面板設(shè)計(jì)13</p><p> 4.3 程序設(shè)計(jì)13</p><p> 4.3.1 系統(tǒng)初始化模塊設(shè)計(jì)13</p><p> 4.3.2 人機(jī)界面處理循環(huán)模塊設(shè)計(jì)14</p><p> 4.3.3 信號采集模塊設(shè)計(jì)16</p><p><b>
16、 結(jié) 論18</b></p><p><b> 參考文獻(xiàn)19</b></p><p> 致 謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b> 附 錄20</b></p><p><b> 1 緒論</b></p>&l
17、t;p><b> 1.1 課題的來源</b></p><p> 虛擬儀器(Virtual Instrument,簡記為VI)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)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。虛擬儀器技術(shù)利用高性能的通用計(jì)算機(jī)的硬件加上一些相對簡單的模塊化I/O硬件,結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化應(yīng)用。自1986年問世以來,世界各國的工程師與科學(xué)家們都已開始嘗試將La
18、bVIEW圖形化開發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié),從而改善產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品投放市場的時(shí)間,并提高產(chǎn)品開發(fā)以及生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境和現(xiàn)實(shí)世界的信號相連,分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息,共享信息成果,有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率[1]。</p><p> 近年來,從非典、禽流感到甲型H1N1流感相繼在全球流行,造成很大程度的社會動亂、經(jīng)濟(jì)衰退甚至引起恐慌。這些疾病的傳播廣泛而迅速,有一定的潛伏期,檢測困
19、難,危害程度大。其發(fā)病特征為發(fā)燒,即體溫超過38度。目前,體溫大多被看成靜態(tài)穩(wěn)定的生理參數(shù)。而實(shí)際上,人體體溫并非恒定變的,比如正常的人體體溫是晝夜周期性波動的,與人體晝夜活動的節(jié)律性、血液循環(huán)、代謝以及呼吸機(jī)能的相應(yīng)周期變化等有很大的關(guān)系。若開發(fā)一種體溫檢測系統(tǒng),在基于人體溫度曲線的分析的基礎(chǔ)上測量出人體溫度曲線的特性,以增加判斷是否發(fā)燒的準(zhǔn)確度,將對大規(guī)模流行傳染病預(yù)防及隔離產(chǎn)生有益影響。</p><p>
20、 本文主要利用LabVIEW軟件,設(shè)計(jì)一個(gè)測量人體溫度的虛擬檢測系統(tǒng),進(jìn)行軟硬件的建構(gòu)及分析。該系統(tǒng)可以自動判斷個(gè)人是否過熱,并獲得人體溫度曲線或參數(shù)后實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)儲存及輸出。</p><p> 1.2 LabVIEW的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀</p><p> 1.2.1 虛擬儀器的概念</p><p> 對于虛擬儀器概念,目前還沒有一個(gè)明確的國際標(biāo)準(zhǔn)和定義。美國國家儀器
21、有限公司(National Instruments)率先提出了“軟件即儀器”之概念,開啟了虛擬儀器的先河[2]。所謂虛擬儀器,就是在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺上,由用戶自己設(shè)計(jì)定義,具有虛擬的操作面板,測試功能是由測試軟件來實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)[3]。虛擬儀器只有同時(shí)擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分,才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強(qiáng)、開發(fā)時(shí)間少以及出色的集成這四大優(yōu)勢。軟件系統(tǒng)是虛擬儀器
22、的核心,虛擬儀器使用相同的硬件系統(tǒng),通過不同的軟件就可以實(shí)現(xiàn)功能完全不同的各種測量儀器,利用軟件可以定義各種儀器。</p><p> 1.2.2 虛擬儀器的演變與發(fā)展 </p><p> 傳統(tǒng)的電子測量儀器、測試系統(tǒng)由“信號采集”、“數(shù)據(jù)處理與分析”和“處理結(jié)果的最終顯示”三部分組成放在一個(gè)儀表機(jī)箱內(nèi),這三部分都是用電子線路來實(shí)現(xiàn)的,即都是采用硬件來實(shí)現(xiàn)的。傳統(tǒng)儀器經(jīng)歷了從模擬儀器到數(shù)
23、字化儀器的變革,隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的不斷發(fā)展,測試項(xiàng)目日益增多,測量范圍日漸擴(kuò)大,對測試系統(tǒng)在精度、速度及功能方面有了更高的要求。這就促使我們要不斷地改進(jìn)和完善測量儀器和測試方法,組建自動測試系統(tǒng),使測試儀器逐步向智能化、自動化和虛擬化發(fā)展演變。智能儀器是將微處理器置入測試儀器,使其能進(jìn)行自動測量,并具有一定的數(shù)據(jù)處理能力。它的全部功能都是以硬件(或固化的軟件)的形式存在,并通過鍵盤和鼠標(biāo)來實(shí)現(xiàn)。近年來的一些智能儀器由于語音技術(shù)的應(yīng)
24、用實(shí)現(xiàn)了測量結(jié)果的自報(bào)功能,有的增加了觸摸屏功能,但無論是開發(fā)還是應(yīng)用,都缺乏靈活性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)的進(jìn)步,實(shí)現(xiàn)各種信號處理功能的軟件算法精度越來越高,速度越來越快,在儀器的“數(shù)據(jù)處理與分析部分”用軟件代替硬件成為可能,即:用算法代替電子線路,能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)儀器的信號處理功能。同時(shí),“處理結(jié)果的最終顯示”原本就是計(jì)算機(jī)的“長項(xiàng)”。這樣,把傳統(tǒng)</p><p> 在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,溫度是
25、需要測量和控制的重要參數(shù)之一。隨著工業(yè)生產(chǎn)自動化程度越來越高,對溫度的測量越來越普遍,而且對溫度測量的要求也越來越高。由于測溫時(shí)會受到各種干擾影響了測溫精度,需要進(jìn)行濾波。傳統(tǒng)測溫儀一般都是通過硬件電路來加以實(shí)現(xiàn)。這樣就存在電路復(fù)雜、成本較高、性能不夠穩(wěn)定等問題。另外除了要顯示實(shí)時(shí)溫度外.往往還要能夠方便地實(shí)現(xiàn)報(bào)警、顯示溫度變化趨勢、對所測溫度進(jìn)行一定的統(tǒng)計(jì)分析等功能。因此傳統(tǒng)的以硬件為主的測溫系統(tǒng)在很多場合已不能適應(yīng)現(xiàn)代測溫的要求。&
26、lt;/p><p> 以虛擬儀器為代表的虛擬測試技術(shù)可以較好的解決這些問題。虛擬儀器利用PC計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)控制面板,以多種形式表達(dá)輸出檢測結(jié)果;利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析、處理;由I/O接口設(shè)備完成信號的采集、測量和調(diào)理,從而完成各種測試功能。軟件開發(fā)是虛擬測試系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。在眾多的開發(fā)軟件中又以美國國家儀器公司開發(fā)的圖形化編程語言LabVIEW應(yīng)用廣,功能強(qiáng)[5]。<
27、/p><p> 虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過二十多年的發(fā)展,而今正沿著總線與驅(qū)動程序標(biāo)準(zhǔn)化、硬/軟件模塊化、編程平臺的圖形化和硬件模塊的即插即用方向進(jìn)步。虛擬儀器技術(shù)在發(fā)達(dá)國家的應(yīng)用十分普及,如電信、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在國內(nèi),近年來也開始有了利用虛擬儀器實(shí)現(xiàn)檢測、控制等功能的例子[6]。</p><p> 虛擬儀器由硬件設(shè)備與接口、設(shè)備驅(qū)動軟件和虛擬儀器面板組成。用戶用鼠標(biāo)操作虛擬儀器的面板就如同操作真實(shí)儀
28、器一樣真實(shí)和方便。同其他技術(shù)相比,虛擬儀器技術(shù)具有四大優(yōu)勢:</p><p><b> 1)、性能高;</b></p><p><b> 2)、擴(kuò)展性性強(qiáng);</b></p><p><b> 3)、開發(fā)時(shí)間少;</b></p><p><b> 4)、無縫集成
29、。</b></p><p> 虛擬儀器有很廣闊的發(fā)展空間,并最終要取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品,成為測量、分析、控制、自動化儀表的核心[7]。</p><p> 1.2.3 LabVIEW的應(yīng)用</p><p> LabVIEW自1986年正式推出,至今已發(fā)展到以最新版本LabVIEW 2010為核心,包括控制與仿真、高級數(shù)字信號處理、
30、統(tǒng)計(jì)過程控制、模糊控制和PID控制等眾多軟件包,可運(yùn)行于現(xiàn)今所有Windows系統(tǒng)、Linux、Macintosh、Sun和HP-UX等多種平臺的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件開發(fā)環(huán)境。自1986年問世以來,LabVIEW已被廣泛應(yīng)用于包括航空航天、工業(yè)自動化、通信、汽車、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等世界范圍內(nèi)的眾多領(lǐng)域。LabVIEW已成為測試與測量領(lǐng)域的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),通過GPIB、VXI、PLC、串行設(shè)備和插卡式數(shù)據(jù)采集板卡可以構(gòu)成實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它提供了工業(yè)
31、界最大的儀器驅(qū)動程序庫,同時(shí)還支持通過Internet、ActiveX、DDE、和SQL等交互式通信方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,它提供的眾多開發(fā)工具使復(fù)雜的測試測量任務(wù)變得簡單易行[8]。</p><p> 1.3 課題研究的主要內(nèi)容</p><p> 本設(shè)計(jì)利用虛擬儀器技術(shù)、以美國NI公司的LabVIEW為軟件開發(fā)平臺,設(shè)計(jì)完成一個(gè)“虛擬人體溫度檢測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)以普通PC為主機(jī),由DAQ卡采
32、集溫度傳感器發(fā)出的電信號,數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)處理與判斷、保存、顯示均由LabVIEW進(jìn)行控制。</p><p> 2 虛擬儀器及VI程序構(gòu)成簡介</p><p> 2.1 虛擬儀器簡介</p><p> 虛擬儀器是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺上,配合以相應(yīng)的輸入/輸出接口裝置,具有計(jì)算機(jī)顯示器的虛擬面板,測試功能由測試軟件來實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)?!疤摂M”的含義
33、有二:</p><p> (1)虛擬儀器的面板是虛擬的,它只不過是計(jì)算機(jī)的顯示器模擬而已。而傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是實(shí)物,而且是由手動和觸摸進(jìn)行操作的。</p><p> (2)虛擬儀器的測量功能主要是通過軟件來完成的。虛擬儀器是在以PC為核心組成的硬件平臺支持下,通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)儀器的功能的[9]。</p><p> 2.2 VI程序的構(gòu)成簡介</p
34、><p> LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺)是美國NI公司推出的一種基于G語言(Graphics Language,圖形化編程語言)的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。在LabVIEW中開發(fā)的應(yīng)用程序都被稱為VI(虛擬儀器),其擴(kuò)展名均被默認(rèn)為vi。所有的VI都包括前面板、框圖以及圖標(biāo)和連接器窗格三部分,如圖2-1所
35、示。</p><p> 圖2-1 VI程序的構(gòu)成</p><p> 前面板是圖形用戶見面,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)儀器的面板,該界面上有交互式的輸入控件和輸出顯示控件。輸入控件包括開關(guān)、旋鈕、按鈕等;輸出顯示控件包括波形圖、波形圖表、指示燈等。</p><p> 框圖是VI程序的圖形化源代碼,相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)儀器箱內(nèi)的功能部件。在框圖中對VI編程的主要工作是從前面板上的輸入控件獲
36、得用戶輸入信息,然后進(jìn)行計(jì)算和處理,最后在輸出控件中把處理結(jié)果反饋給用戶??驁D上的編程元素除了包括與前面板上的輸入控件和輸出控件對應(yīng)的連線端子外,還有函數(shù)、子VI、常量、結(jié)構(gòu)和連線等。</p><p> VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為另一個(gè)VI的子程序被調(diào)用,這里的子程序被稱為子VI。圖表用于在主VI的框圖中標(biāo)識被調(diào)用的子VI。連接器相當(dāng)于圖形化的子程序參數(shù)。默認(rèn)情況下,在框圖和前面板的右上角顯
37、示的是當(dāng)前VI的圖標(biāo),可以通過雙擊該圖表進(jìn)入編輯狀態(tài)。在新建的VI中,LabVIEW會自動生成圖標(biāo)。連接器和圖標(biāo)窗格位于VI窗口的同一個(gè)位置,且只能通過前面訪問連接器窗格[10]。</p><p> 3 系統(tǒng)硬件設(shè)備簡介</p><p><b> 3.1 溫度傳感器</b></p><p> 3.1.1 溫度傳感器的分類</p>
38、;<p> 3.1.1.1 接觸式溫度傳感器</p><p> 接觸式溫度傳感器的檢測部分與被測對象有良好的接觸,又稱溫度計(jì)。溫度計(jì)通過傳導(dǎo)或?qū)α鬟_(dá)到熱平衡,從而使溫度計(jì)的示值能直接表示被測對象的溫度。一般測量精度較高[11]。在一定的測溫范圍內(nèi),溫度計(jì)也可測量物體內(nèi)部的溫度分布。但對于運(yùn)動體、小目標(biāo)或熱容量很小的對象則會產(chǎn)生較大的測量誤差,常用的溫度計(jì)有雙金屬溫度計(jì)、玻璃液體溫度計(jì)、壓力式溫度
39、計(jì)、電阻溫度計(jì)、熱敏電阻和溫差電偶等。它們廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)等部門。在日常生活中人們也常常使用這些溫度計(jì)。隨著低溫技術(shù)在國防工程、空間技術(shù)、冶金、電子、食品、醫(yī)藥和石油化工等部門的廣泛應(yīng)用和超導(dǎo)技術(shù)的研究,測量120K以下溫度的低溫溫度計(jì)得到了發(fā)展,如低溫氣體溫度計(jì)、蒸汽壓溫度計(jì)、聲學(xué)溫度計(jì)、順磁鹽溫度計(jì)、量子溫度計(jì)、低溫?zé)犭娮韬偷蜏販夭铍娕嫉萚12]。低溫溫度計(jì)要求感溫元件體積小、準(zhǔn)確度高、復(fù)現(xiàn)性和穩(wěn)定性好。利用多孔高硅氧玻璃
40、滲碳燒結(jié)而成的滲碳玻璃熱電阻就是低溫溫度計(jì)的一種感溫元件,可用于測量1.6~300K范圍內(nèi)的溫度。</p><p> 3.1.1.2 非接觸式傳感器</p><p> 非接觸式傳感器的敏感元件與被測對象互不接觸,又稱非接觸式測溫計(jì)。這種儀表可用來測量運(yùn)動物體、小目標(biāo)和熱容量小或溫度變化迅速(瞬變)對象的表面溫度,也可用于測量溫度場的溫度分布。 </p><p>
41、 最常用的非接觸式測溫儀表基于黑體輻射的基本定律,稱為輻射測溫儀表。輻射測溫法包括亮度法(見光學(xué)高溫計(jì))、輻射法(見輻射高溫計(jì))和比色法(見比色溫度計(jì))[13]。各類輻射測溫方法只能測出對應(yīng)的光度溫度、輻射溫度或比色溫度。只有對黑體(吸收全部輻射并不反射光的物體)所測溫度才是真實(shí)溫度。如欲測定物體的真實(shí)溫度,則必須進(jìn)行材料表面發(fā)射率的修正。而材料表面發(fā)射率不僅取決于溫度和波長,而且還與表面狀態(tài)、涂膜和微觀組織等有關(guān),因此很難精確測量[
42、14]。在自動化生產(chǎn)中往往需要利用輻射測溫法來測量或控制某些物體的表面溫度,如冶金中的鋼帶軋制溫度、軋輥溫度、鍛件溫度和各種熔融金屬在冶煉爐或坩堝中的溫度。在這些具體情況下,物體表面發(fā)射率的測量是相當(dāng)困難的。對于固體表面溫度自動測量和控制,可以采用附加的反射鏡使與被測表面一起組成黑體空腔。附加輻射的影響能提高被測表面的有效輻射和有效發(fā)射系數(shù)。利用有效發(fā)射系數(shù)通過儀表對實(shí)測溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正,最終可得到被測表面的真實(shí)溫度[15]。<
43、/p><p> 3.1.2 LM35溫度傳感器</p><p> 圖3-1 LM35溫度傳感器外觀圖</p><p> 本設(shè)計(jì)所采用的溫度傳感器為LM35,是NS公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器系列產(chǎn)品之一。它具有很高的工作精度和較寬的線性工作范圍,該器件輸出電壓與攝氏溫度線性成比例。LM35與用開爾文標(biāo)準(zhǔn)的線性溫度傳感器相比更有優(yōu)越之處,LM35無需外部校準(zhǔn)或微調(diào),
44、可以提供±1/4℃的常用的室溫精度。</p><p> LM35的引腳及其極限參數(shù)如圖3-2所示。</p><p> 圖3-2 LM35引腳圖</p><p><b> 其特性參數(shù)如下:</b></p><p> ?工作電壓:直流4~30V;</p><p> ?工作電流:小于
45、133μA</p><p> ?輸出電壓:+6V~-1.0V</p><p> ?輸出阻抗:1mA負(fù)載時(shí)0.1Ω</p><p> ?精度:0.5℃精度(在+25℃時(shí));</p><p> ?漏泄電流:小于60μA;</p><p> ?比例因數(shù):線性+10.0mV/℃;</p><p&g
46、t; ?非線性值:±1/4℃;</p><p> ?校準(zhǔn)方式:直接用攝氏溫度校準(zhǔn);</p><p> ?使用溫度范圍:-55~+150℃額定范圍。</p><p><b> 極限參數(shù)如下:</b></p><p> 電源電壓:+0.2~35V</p><p> 輸出電壓:+1
47、.0~6.0V</p><p> 輸出電流:100mA</p><p> 開發(fā)的基于LM35溫控系統(tǒng),工作穩(wěn)定可靠,具有體積小、靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)[16]。</p><p> 3.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)NI ELVIS II+</p><p> 本設(shè)計(jì)所用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為NI公司的ELVIS II+,即教學(xué)實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器
48、套件,可用于動手設(shè)計(jì)及原型設(shè)計(jì)。該平臺集成了12款最常用儀器,包括示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、波特分析儀等,緊湊的結(jié)構(gòu)是實(shí)驗(yàn)室及課堂教學(xué)的理想選擇[17]。NI ELVIS II+可通過USB接口與PC連接,實(shí)現(xiàn)快速易用的測量采集及顯示。作為基于NI LabVIEW圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件,NI ELVIS II+能夠發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的靈活性及自定義功能。同時(shí),NI ELVISII+也是NI電子教育平臺中的重要部分,結(jié)合NI Multis
49、im采集及仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)NI ELVIS II+板載電路的測量及仿真。NI ELVIS II+的設(shè)計(jì)以教學(xué)為目標(biāo),是一款全面的教學(xué)工具,用于電路設(shè)計(jì)、儀器控制、無線通信、嵌入式/MCU理論等教學(xué)[18]。</p><p> 圖3-3 NI ELVIS II+系統(tǒng)</p><p> 圖3-4 NI ELVIS II+外觀</p><p> NI ELVIS II+
50、的規(guī)格參數(shù)如下:</p><p><b> 1. 模擬輸入</b></p><p> 通道數(shù): 8 通道差分或16 通道單端</p><p> ADC 分辨率:16 位</p><p> 最大采樣速率:1.25 MS/s單通道</p><p> 輸入范圍:±10
51、,±5,±2,±1,±0.5,±0.2和±0.1 V</p><p> 用于模擬輸入的最大工作電壓(信號+共模): ± 11 V 對 AIGND</p><p> 2. 任意波形發(fā)生器/模擬輸出</p><p><b> 通道數(shù):2</b></p>
52、<p> 數(shù)模轉(zhuǎn)換器分辨率:16位</p><p><b> 最大更新速率:</b></p><p> 1 通道:2.8 MS/s</p><p> 2 通道:2.0 MS/s</p><p> 定時(shí)分辨率:50 ns</p><p> 輸出范圍 :
53、77; 10 V,± 5 V</p><p> 電壓轉(zhuǎn)換速率:20 V/μs</p><p> 3.3 硬件系統(tǒng)連接</p><p> 系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)連接如圖3-5、3-6所示。</p><p> 圖3-5 硬件系統(tǒng)連接圖</p><p> 圖3-6 實(shí)物連接照片</p><p
54、><b> 4 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 4.1 系統(tǒng)流程圖</b></p><p> 圖4-1 系統(tǒng)流程圖</p><p><b> 4.2 前面板設(shè)計(jì)</b></p><p> 圖4-2 系統(tǒng)前面板</p><p&g
55、t;<b> 4.3 程序設(shè)計(jì)</b></p><p> 4.3.1 系統(tǒng)初始化模塊設(shè)計(jì)</p><p> 圖4-3系統(tǒng)初始化程序</p><p> 這個(gè)系統(tǒng)初始化主要是對采集按鍵、暫停按鍵的最初啟用狀態(tài)賦初值,以及對局部變量“當(dāng)前狀態(tài)”、“數(shù)據(jù)顯示”賦初值。采集鍵置零,采集鍵初始可用;暫停鍵置2,暫停鍵初始不可用?!爱?dāng)前狀態(tài)”顯示等待
56、,“數(shù)據(jù)顯示”全部清零。Sample Enable置為“假”。</p><p> 4.3.2 人機(jī)界面處理循環(huán)模塊設(shè)計(jì)</p><p><b> (1) 數(shù)據(jù)采集鍵</b></p><p> 圖4-4 采集事件程序</p><p> 程序采用了事件結(jié)構(gòu)的框架。當(dāng)“采集”按鈕按下后,事件“采集”發(fā)生,執(zhí)行此事件里的
57、程序。將采集鍵置2,使得采集鍵當(dāng)前不可用;暫停鍵置0,當(dāng)前可用;局部變量“當(dāng)前狀態(tài)”顯示“正在采集…”。Sample Enable置為“真”。</p><p><b> (2) 讀取鍵</b></p><p> 圖4-5 數(shù)據(jù)回放程序</p><p> 讀取路徑,回放歷史數(shù)據(jù)。</p><p><b>
58、?。?) 暫停鍵</b></p><p><b> 圖4-6 暫停程序</b></p><p> 當(dāng)“暫停”按鈕按下后,事件“暫?!卑l(fā)生,執(zhí)行此事件里的程序。將采集鍵置0,當(dāng)前可用;暫停鍵置2,當(dāng)前不可用;局部變量“當(dāng)前狀態(tài)”顯示“數(shù)據(jù)采集暫?!薄ample Enable置真。</p><p><b> ?。?) 保
59、存鍵</b></p><p><b> 圖4-7 保存程序</b></p><p> 當(dāng)“保存”按鈕按下后,事件“保存”發(fā)生,執(zhí)行此事件里的程序。用采集的“數(shù)據(jù)顯示”、“采集次數(shù)”和“采集時(shí)間”共同創(chuàng)建一個(gè)數(shù)組,保存到一個(gè)電子表格里面。</p><p><b> ?。?) 退出鍵</b></p>
60、<p><b> 圖4-8 退出程序</b></p><p> 當(dāng)“退出系統(tǒng)”按鈕按下后,事件“stop”發(fā)生,執(zhí)行此事件里的程序。此時(shí)While循環(huán)終止,退出程序。</p><p> 4.3.3 信號采集模塊設(shè)計(jì)</p><p> (1)信號的采集與放大程序</p><p> 圖4-9 數(shù)據(jù)采集
61、程序</p><p> ?。?)信號的分析與報(bào)警</p><p> 圖4-10 信號分析與報(bào)警程序</p><p> (3)攝氏與華氏的轉(zhuǎn)換</p><p> 圖4-11 攝氏與華氏轉(zhuǎn)換程序</p><p><b> ?。?)時(shí)間延時(shí)</b></p><p> 圖4
62、-12 延時(shí)程序</p><p> 讓程序運(yùn)行速度減慢,以方便觀察。</p><p><b> 4.4 檢測結(jié)果圖</b></p><p> 圖4-13 實(shí)測氣溫圖</p><p> 開始因?yàn)闇囟葌鞲衅鱈M35與數(shù)據(jù)采集卡NI ELVIS II+接觸不是太好,所以測出的氣溫會突變至零攝氏度。在系統(tǒng)穩(wěn)定之后,氣溫穩(wěn)
63、定在32度左右。此時(shí)室外氣溫大概是35度左右,所以室內(nèi)溫度32度還是接近真實(shí)值的。</p><p><b> 結(jié) 論</b></p><p> 本設(shè)計(jì)利用虛擬儀器技術(shù)、以美國NI公司的LabVIEW為軟件開發(fā)平臺,設(shè)計(jì)完成一個(gè)“虛擬人體溫度檢測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)以普通PC為主機(jī),由DAQ卡采集溫度傳感器發(fā)出的電信號,數(shù)據(jù)的采集、實(shí)時(shí)處理與判斷、保存、顯示均由La
64、bVIEW進(jìn)行控制。實(shí)驗(yàn)證明,本設(shè)計(jì)使用簡便靈活、人機(jī)界面友好,實(shí)現(xiàn)了所要求的溫度檢測和判斷功能。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> ?。?]. 張凱,郭棟,虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開發(fā),國防出版社,2004。</p><p> [2].楊樂平. LabVIEW 程序設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M],北京:電子工業(yè)出版社,2001。&
65、lt;/p><p> ?。?].馬明建.數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng).第二版.西安:西安交通大學(xué)出版社,2005.9。</p><p> ?。?].薛新紅。虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展和前景展望,維普資訊,2006年第4期。</p><p> [5].劉巍,劉珂琴?;谔摂M儀器的測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì),IT技術(shù)論壇,2008年第33期。</p><p> [6].孫利民,
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69、與數(shù)字工程》2009 年第1期。</p><p> ?。?6]. National Instruments LabVIEWTM Ana1ysis Concepts[S].National Instrument.</p><p> 2000, 8:21-25.</p><p> ?。?7]. DAQmx User Manual[s].National Instrum
70、ent.2007, 8:571-590.</p><p> ?。?8].F.Chen and S Ma;umdar.Performance of Parallel I/O Scheduling StrategiesOilNetworks of Workstations[C].In Proc.ICPADS[A].2001.</p><p><b> 附 錄</b>
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