摘要:虛擬儀器(VI)是計算機技術和傳統(tǒng)的儀器技術相結合的產(chǎn)物,是儀器發(fā)展的一個重要方向。LabVIEW是一個基于圖形化編程語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。本文重點介紹了虛擬儀器的界面,LabVIEW應用,并設計了一個基于虛擬儀器的數(shù)字化溫度測量和控制系統(tǒng),闡述了系統(tǒng)開發(fā)過程中數(shù)據(jù)的采集和軟硬件的設計。關鍵詞:虛擬儀器;LabVIEW;溫度測量;數(shù)據(jù)采集引言虛擬 儀 器技 術,就 是用 戶 在 通用 計 算 機平 臺 上,根據(jù) 測 試任務的需要來定義和設計的測試功能,其實質是充分利用計算機來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器功能。“軟件就是儀器”反映了虛擬儀器技術的本質特征。美國國家儀器公司生產(chǎn)的 NI- LabVIEW是目前最為成功,應用最廣泛的虛擬儀器軟件開發(fā)系統(tǒng)。它一種基于 G語言的32位編譯型圖形化編程語言,其圖形化界面可以方便的進行虛擬儀器的開發(fā)。在現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)中,需要進行溫度測量和控制的場合越來越多。測溫的方法也是多種多樣的。1虛擬儀器的特點虛擬儀器設備可以由使用者自己定義,這意味著可以自由地組合計算機平臺,硬件(包括傳統(tǒng)儀器) ,軟件,以及各種實現(xiàn)應用所需要的附件。這種靈活性在由供應商定義,功能固定,獨立的傳統(tǒng)儀器上是很難達到的。常用的數(shù)字萬用表,示波器,信號發(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)儀器設備向虛擬儀器設備的轉變,為現(xiàn)代實驗帶來了更多實際的利益,同時也促進著實驗手段不斷更新。2系統(tǒng)設計2.1系統(tǒng)硬件結構虛擬儀器系統(tǒng)的硬件主要是由個人計 算機或者工作站和硬件接口模塊組成。其中計算機是主體,主要用來提供實時高效的數(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,主要用來采集,傳輸信號。儀器硬件如各種傳感器,插入式數(shù)據(jù)采集卡(DAQ) ,信號調(diào)理器等,通用接口總線用來把獨立的儀器連接到計算機上。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)利用半導體來調(diào)節(jié)溫度的大小,利用溫度傳感器來對溫度進行數(shù)據(jù)采集,利用LabVIEW編程來實現(xiàn)半導體與PC機之間的串行通訊以及虛擬面板的設計,最后由PC機顯示測量的溶液溫度。對溫度的測量而言,溫度傳感器的選擇是整個系統(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 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)結構框圖,其中信號調(diào)節(jié)的主要作用是將傳感器輸出的信號與 A/D轉換器相匹配。例如A/D轉換的輸入電平是 05V,而傳感器輸出信號通常很小,這時必須采取放大措施減小量化誤差,相對誤差也就減小了。如果傳感器在輸出信號和傳輸過程中混入虛假成分,就需要進行濾波。2.2系統(tǒng)軟件設計2.2.1標度變換對于同一物理量,用不同的傳感器測量得到的不同的電壓信號,或者是 對 于 不同 的 物 理量,不 同 的傳 感 器 測量 得 到 的相同 的 電壓 信 號,為了 顯 示 正確 的 物 理量,就 需 要進 行 標 度轉換。 因為被測對象的各種數(shù)據(jù)的量綱與 A/D轉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帶有量綱的參數(shù)值,必須把它轉化成帶有量綱的數(shù)值后才能計算。一般的線性系統(tǒng)的標度變換公式為: