智能仪器与仪表综合设计（一）：数据采集系统的结构原理

智能仪器仪表集成设计班： 姓名： 学生证： 指导教师：张立新 冯璐玉静 写作日期：2013年6月7日 摘要 虚拟仪器是仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术的紧密结合，利用计算机的强大的数字处理能力，实现了仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成了新的仪器模式。本设计采用研华数据采集卡，采用虚拟仪器及相关技术设计温度采集系统。系统具有数据同步采集、采集数据实时显示、存储管理、报警记录等功能。本文首先总结了测控技术和虚拟仪器技术，讨论了虚拟仪器总线及其标准、框架结构和开发平台，然后介绍了数据采集的相关理论，并在分析的基础上介绍了程序模块。系统的功能需求。最后给出了本设计的前后面板图。关键词：虚拟仪器；数据采集​​; 目录 第一章介绍 11.1 介绍 11.2 课程设计背景 1 第二章虚拟仪器介绍 32.1 虚拟仪器概念及特点 32.2 应用虚拟仪器 4 第 3 章语言和函数介绍 53.1 LAb VIEW 语言概述 53.

20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术发展迅速。在它们的推动下，测控仪器和技术不断进步，智能仪器、pC仪器、VXI仪器、虚拟仪器和可互换的虚拟仪器应运而生。仪器及其自动测控系统、计算机与现代仪器设备之间的界限日益模糊，测控领域和范围不断扩大。近年来，以计算机为中心、以网络为中心的网络化测控技术和网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航天、航空等国防科技领域。网络化测控系统一般由测控终端和传输介质两部分组成。随着个人电脑的飞速发展，越来越多的测控终端位置被个人电脑所占据。其中，软件系统是计算机系统的核心。，甚至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。由传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信和采集。该数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力军。所以，这种“监控软件-数据采集系统”框架的测控体系结构已在多个领域得到广泛应用，形成了一套完整的理论体系。1.2 课程设计背景 传统的手动控制温度、湿度、液位等信号压力测量和力控系统，外围电路相对复杂，测量精度低，分辨率不高，且需要进行温度校准（非线性校准、温度补偿、传感器校准等）；而且体积大，使用不方便。更重要的是，参数设置需要其他仪器的参与。外部设备多，成本高，所以适应性越来越强。能'

在多类型、多通道信号的同时检测和控制方面，传统的测控系统能力有限。如何将计算机与各种设施设备结合起来，简化人的操作 1 第一章 引言，实现自动控制，满足社会的需要，已成为一个非常紧迫的问题。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，对保证产品质量、节约能源和安全生产起到关键作用。由单片机和集成电路组成的温度传感器种类越来越多，测量精度越来越高，响应时间越来越短。由于使用方便，不需要转换电路，因此得到了广泛的应用。随着社会的发展、科技的进步和人民生活水平的逐步提高，各种方便生产的自动控制系统开始走进人们的生活，以虚拟仪器为核心的温度采集系统就是其中之一。其中。这也标志着自动控制领域已成为数字时代的一员。它实用性强、功能齐全、技术先进，使人们相信它是科技进步的结果。温度是工业控制中的主要控制参数之一，尤其在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等行业，它具有举足轻重的作用。随着电子技术和微机的飞速发展，微机测控技术得到了迅速的发展和广泛的应用。该虚拟仪器具有处理能力强、运行速度快、检测精度高等优点。用于温度测控，控制简单方便，测量范围广，精度高。

虚拟仪器（VI）是计算机技术与传统仪器技术相结合的产物，是仪器发展的重要方向。它是一种基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。本文重点介绍虚拟仪器的接口和应用，设计了一个基于虚拟仪器的数字温度测控系统。讲解了系统开发过程中的数据采集和软硬件设计。虚拟仪器设备可由用户定义。，这意味着您可以自由组合实现应用程序所需的计算机平台、硬件（包括传统仪器）、软件和各种附件。这种灵活性在传统的由供应商定义、功能固定、独立的仪器中是很难实现的。常用的数字万用表、示波器、信号发生器、数据记录仪、温度和压力监测仪器都是这种传统仪器的代表。从传统仪器设备到虚拟仪器设备的转变，给现代实验带来了更多的实际利益，同时也促进了实验方法的不断更新。2 第2章虚拟仪器介绍第2章虚拟仪器介绍2.1虚拟仪器的概念和特点随着计算机技术的飞速发展，计算机与传统仪器的结合已成为一种趋势，虚拟仪器是通用的 在计算机平台上，用户可以根据自己的需要定义和设计具有测试功能的仪器系统。也就是说，虚拟仪器是由用户使用一些基本的硬件和软件编程技术组成的各种仪器系统。

2.1.1 软件是虚拟仪器的核心。虚拟仪器的硬件建立后，其抗混叠滤波、小波分析等功能主要由软件实现。该软件在虚拟仪器中很重要。地位。美国国家仪器公司曾经提出一个著名的口号软件就是仪器。2.1.2 虚拟仪器具有成本效益。一方面，虚拟仪器可以实时高效地同时测量多个参数。同时，由于信号传输和数据处理几乎都是基于数字信号或通过软件实现，因此也大大降低了环境干扰和系统误差的影响。此外，用户还可以根据需要随时调整虚拟仪器的功能，大大缩短了更换测量对象时仪器的更新周期；另一方面，使用虚拟仪器还可以减少测试系统的硬件环节，从而降低开发成本和维护成本，因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济。2.1.3 虚拟仪器具有良好的人机界面。虚拟仪器中的测量结果是通过软面板实现的，该软面板具有类似于传统仪器面板的图形界面，由计算机屏幕上的软件生成。. 3 第二章虚拟仪器介绍2. 2 虚拟仪器的应用经过十多年的发展，虚拟仪器技术现在朝着总线和驱动标准化、硬件/软件模块化、编程平台图形化和硬件模块即插即用的方向发展。近年来，国内也出现了利用虚拟仪器实现检测和控制功能的例子。虚拟仪器系统已成为仪器领域的基本方法，是技术进步的必然结果。也有利用虚拟仪器实现检测和控制功能的例子。虚拟仪器系统已成为仪器领域的基本方法，是技术进步的必然结果。也有利用虚拟仪器实现检测和控制功能的例子。虚拟仪器系统已成为仪器领域的基本方法，是技术进步的必然结果。

2.2.1 虚拟仪器在测量中的应用 虚拟仪器系统开放灵活，能够跟上计算机技术的发展。它在测量中的应用，可以提高精度，降低成本，大大节省用户的开发时间，因此在测量领域得到了广泛的应用。2.2.2 虚拟仪器在监测中的应用 虚拟仪器系统可以随时采集和记录来自传感器的数据，并进行统计、数字滤波、频域分析等处理，从而实现监控功能。目前，气体传感器正朝着快速响应、小型化、经济化方向发展。这种发展趋势导致了微电子气体传感器的发展。< @2.2.3 虚拟仪器在测试中的应用。在实验室中，利用虚拟仪器开发工具开发专用的虚拟仪器系统，可以将个人计算机变成一套用于数据/图像采集、控制和仿真的测试仪器。2.2.4 虚拟仪器在教育中的应用 现在，随着虚拟仪器系统的广泛应用，越来越多的教学部门也开始使用它来搭建教学系统，不仅大大节省了钱，而且由于虚拟仪器系统具有灵活性和可重用性的优点，教学方法也更加灵活。4第3章语言和函数介绍第3章语言和函数介绍3.

得到了工业学术界的普遍认可和好评。它可以将复杂、繁琐、耗时的语言编程简化为一种简单的图形化编程方法，即使用菜单或图标提示来选择功能（图形），并用线条连接各种功能（图形）。对于没有编程经验的用户来说，这是一种简单的图形化编程方法。编程、错误检查和调试提供了一个简单、方便、完整的环境和工具，特别适合从事科研开发的科学家和工程师。它是一种虚拟仪器开发平台软件。凭借其直观简单的编程方法，众多的源代码级设备驱动程序，以及多种分析表达函数的支持，它可以快速构建用户在实际项目中需要的东西。仪表系统创造了基本条件。与其他计算机语言相比，有一个特别重要的区别：其他计算机语言使用基于文本的语言来生成代码行，而使用图形化编程语言-G语言，生成的程序是框图的形式，这是易学易学的。特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用。它可以在短时间内掌握并应用于实践。编程就像设计电路图；因此，硬件工程师、现场工程技术人员和测试技术人员熟悉学习，可以在短时间内学习和应用。

功能非常强大。与C或C++等其他计算机高级语言一样，它也是一个通用的编程系统，具有各种强大的功能库，包括数据采集、GpIb、串口仪表控制、数据分析、数据显示和数据存储。甚至还有目前非常流行的网络功能。还有完善的仿真调试工具，如设置断点、单步执行等。动态连续跟踪模式可以连续动态地观察程序中数据的变化，比其他语言的开发环境更方便有效。5 3 and 简介3. 2 语言特点 G语言编写的程序称为虚拟仪器VI()，因为它的界面和功能与真实仪器非常相似，而且在环境中开发的应用程序都以VI为前缀来表示虚拟仪器的含义。VI 由交互式用户界面、数据流图和图标连接端口组成。同时，G语言最好地实现了模块化编程思想。用户可以将一个应用程序分解为一系列任务，然后再细分任务，将一个复杂的应用程序分解为一系列简单的子任务，为每个子任务创建一个VI，然后将这些VI组合起来完成最终的应用程序。VI 由交互式用户界面、数据流图和图标连接端口组成。同时，G语言最好地实现了模块化编程思想。用户可以将一个应用程序分解为一系列任务，然后再细分任务，将一个复杂的应用程序分解为一系列简单的子任务，为每个子任务创建一个VI，然后将这些VI组合起来完成最终的应用程序。VI 由交互式用户界面、数据流图和图标连接端口组成。同时，G语言最好地实现了模块化编程思想。用户可以将一个应用程序分解为一系列任务，然后再细分任务，将一个复杂的应用程序分解为一系列简单的子任务，为每个子任务创建一个VI，然后将这些VI组合起来完成最终的应用程序。

因为每个都可以单独执行，所以很容易调试。宏的运行机制不再是传统的冯诺依曼计算机体系结构的执行方式。传统计算机语言（如C语言）中的顺序执行结构被并行机制所取代：本质上是一个具有图形化控制流结构的数据流模型。数据流编程规定一个目标只有在其所有输入都有效时才能执行；并且目标的输出只有在其功能完成后才有效。也就是说，这个数据流程序概念中程序的执行是数据驱动的，不受操作系统、计算机等因素的影响。这样，连接的功能节点之间的数据控制了程序的执行顺序，并且不同的文本程序受到行序执行的约束。因此，我们可以通过功能节点之间的相互连接来快速简洁地开发应用程序，甚至多个数据通道也可以同步运行。使用编程图时，无需受限于常规编程的语法细节。首先，从功能菜单中选择需要的功能节点，并将其放置在面板上合适的位置；然后使用()连接程序图中各个功能节点的端口，实现功能节点之间的数据传输。这些节点包括简单的算术函数、高级数据采集和分析 VI，以及用于存储和检索数据的文件输入和输出函数以及网络函数。

编译的图形 VI 是分层和模块化的。我们可以将它用于顶层()程序，也可以作为其他程序或子程序的子程序。显然依附并发展了模块化编程的概念。图形化编程简单、直观、开发效率高。6 第3章语言和功能介绍3.3 虚拟仪器的软件开发平台是一个高效的图形化编程环境，它结合了简单易用的图形化开发环境和灵活强大的G编程语。提供与测量紧密结合的直观环境。在这个平台上，各个领域的专业工程师和科学家可以通过定义和连接代表各种功能模块的图标虚拟仪器图形化编程语言labview教程，轻松快速地构建高级应用程序。对于测试测量和过程控制领域，仪表盘中提供了大量的控制对象，如表头、旋钮、图表等。通过控件编辑器，可以将现有的控件对象修改为适合自己工作区的控件对象。用图表来表示功能模块，用图标之间的联系来表示功能模块之间传递的数据，使编程过程与思维过程非常相似。提供程序调试功能。可以在源码中设置断点，一步步执行源码，

继承传统编程语言结构化、模块化编程的优点，采用编译方式运行32位应用，提高程序运行速度。支持多种系统平台。在任何平台上开发的应用程序都可以直接移植到其他平台上。提供了大量的函数库供调用。具有实时性，支持数据采集板卡和GpIb、串口设备、VXI仪器、pIC、工业现场总线和用户专用板卡，免费提供600多种GpIb仪器、串口仪器、VXI仪器设备来自世界主要制造商的驱动程序。提供DLL库接口和CIN代码调用，使用户可以在平台上使用其他软件平台（如C）编译的模块。总之，它是一个高效的图形编程环境。它结合了简单易用的图形化开发环境和灵活强大的G编程语言，提供了一个与测量紧密结合的直观环境，让工程师能够与科学家一起快速开发与数据采集、分析和显示相关的解决方案。今天虚拟仪器图形化编程语言labview教程，数以万计的工程师、科学家和技术人员正在使用它来构建测量和自动化系统。7 第四章数据采集系统 第四章数据采集系统4.1 数据采集系统结构原理 数据采集系统一般包括模拟信号输入输出通道和数字信号输入输出通道。它结合了简单易用的图形化开发环境和灵活强大的G编程语言，提供了一个与测量紧密结合的直观环境，让工程师能够与科学家一起快速开发与数据采集、分析和显示相关的解决方案。今天，数以万计的工程师、科学家和技术人员正在使用它来构建测量和自动化系统。7 第四章数据采集系统 第四章数据采集系统4.1 数据采集系统结构原理 数据采集系统一般包括模拟信号输入输出通道和数字信号输入输出通道。它结合了简单易用的图形化开发环境和灵活强大的G编程语言，提供了一个与测量紧密结合的直观环境，让工程师能够与科学家一起快速开发与数据采集、分析和显示相关的解决方案。今天，数以万计的工程师、科学家和技术人员正在使用它来构建测量和自动化系统。7 第四章数据采集系统 第四章数据采集系统4.1 数据采集系统结构原理 数据采集系统一般包括模拟信号输入输出通道和数字信号输入输出通道。提供与测量紧密结合的直观环境，并允许工程师与科学家一起快速开发与数据收集、分析和显示相关的解决方案。今天，数以万计的工程师、科学家和技术人员正在使用它来构建测量和自动化系统。7 第四章数据采集系统 第四章数据采集系统4.1 数据采集系统结构原理 数据采集系统一般包括模拟信号输入输出通道和数字信号输入输出通道。提供与测量紧密结合的直观环境，并允许工程师与科学家一起快速开发与数据收集、分析和显示相关的解决方案。今天，数以万计的工程师、科学家和技术人员正在使用它来构建测量和自动化系统。7 第四章数据采集系统 第四章数据采集系统4.1 数据采集系统结构原理 数据采集系统一般包括模拟信号输入输出通道和数字信号输入输出通道。

数据采集​​系统的输入也称为数据采集，数据采集系统的输出也称为数据分布。4.1.1 数据采集系统的分类 数据采集系统的结构多种多样，用途和功能各不相同。常用的分类方法如下： 按数据采集系统功能分类： 数据采集与数据分发： 根据数据采集系统适应环境分类：隔离与非隔离、集中与分布式、高速，中速和低速；根据数据采集系统的控制功能分类：智能数据采集系统、非智能数据采集系统；按模拟信号的性质分类：电压信号和电流信号、高电平信号和地电平信号、单端输入（SE）和差分输入（DE）、单极性和双极性；按信号通道结构分类：单通道模式、多通道模式。4.1.2 数据采集系统的基本功能 数据采集系统的任务，具体来说就是采集传感器输出的模拟新海信号，并将其转换为可识别的数字信号。计算机，然后将其发送到计算机。不同的需求通过计算机计算和处理，得到所需的数据。同时，显示和打印计算出的数据以监测某些物理量。从数据采集系统的任务来看，

8 第4章数据采集系统4.2数据采集系统设计基本原则4.2.1硬件设计基本原则1、 经济合理的系统硬件设计必须注意在满足组件性能指标的前提下，尽可能降低价格，以获得较高的性价比。这是硬件设计中优先考虑的重要因素，也是产品赢得市场的主要因素之一。2、安全可靠的设备选型应考虑环境温度、湿度、压力、振动、粉尘等要求，确保系统性能稳定，在规定的工作环境下可靠运行。必须有超量程和过载保护，以保证输入和输出通道的正常运行。应注意交流市电残渣、电火花等的隔离，必须保证连接件接触可靠。3、足够的抗干扰能力。有完善的抗干扰措施，是保证系统准确、正常运行、无差错的必要条件。4.2.2 软件设计的基本原则 1. 结构合理的程序应采用结构模块化设计。这不仅有利于程序的进一步扩展，也有利于程序的修改和维护。编译程序时，尽量使程序层次清晰，易于阅读和理解，同时简化程序并减少程序使用的内存量。当程序中存在需要修改或频繁修改的参数时，应将其设计为独立的参数，传递给组序列，避免程序的频繁修改。2、良好的运行性能。良好的操作部件是指使用方面。这对于数据采集系统非常重要。

在开发程序时，您应该考虑如何降低对操作员专业知识的要求。3、 提高程序的执行速度。4. 给出必要的程序描述。9 5 基于温度采集系统 5 基于温度采集系统 温度采集是所有测试和测量的首要任务。测试产生的物理信号通过传感器转换为电信号，然后通过数据采集卡采集并传输电信号。pC，借助软件控制数据采集卡进行数据分析处理。其编程简单，支持不同的数据采集卡，强大的数据处理能力，友好的人机界面，成为控制和开发数据采集卡的最佳软件。图5-1 基于第五章温度采集系统核心软件的温度采集系统 5.1 程序前面板及操作介绍 与创新互联软件不兼容，需自行设计基于研华的 开发。前面板由电压表、温度计、在线报警、下限报警、报警显示开关组成。本设计采用双通道数据采集，采集显示温度计为型温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。图5-1 基于第五章温度采集系统核心软件的温度采集系统 5.1 程序前面板及操作介绍 与创新互联软件不兼容，需自行设计基于研华的 开发。前面板由电压表、温度计、在线报警、下限报警、报警显示开关组成。本设计采用双通道数据采集，采集显示温度计为型温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。图5-1 基于第五章温度采集系统核心软件的温度采集系统 5.1 程序前面板及操作介绍 与创新互联软件不兼容，需自行设计基于研华的 开发。前面板由电压表、温度计、在线报警、下限报警、报警显示开关组成。本设计采用双通道数据采集，采集显示温度计为型温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。1 程序前面板及操作介绍 与创新互联软件不兼容，必须基于研华的子VI进行设计开发。前面板由电压表、温度计、在线报警、下限报警、报警显示开关组成。本设计采用双通道数据采集，采集显示温度计为型温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。1 程序前面板及操作介绍 与创新互联软件不兼容，必须基于研华的子VI进行设计开发。前面板由电压表、温度计、在线报警、下限报警、报警显示开关组成。本设计采用双通道数据采集，采集显示温度计为型温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。采集显示温度计为型式温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。采集显示温度计为型式温度计和K型温度计。上限报警温度为50摄氏度，下限报警温度为10摄氏度。

外部温度计和 K 型温度计用于验证。在外围电路中连接两个热电偶，调节热电偶的温度，将虚拟温度计与显示温度计进行比较，调整参数设置。前面板设计完成如下图所示： 图 5-2 虚拟温度计前面板 11 基于第 5 章的温度采集系统基于研华子 VI 创建度通道采集数据采集温度计，采集通道需要改变。子程序只是一个单通道输入。通过改变通道设计，它变成了多通道输入。本实验使用温度计型温度计和K型温度计，因此使用通道4和6进行数据采集。图5-3 通道设置通过设置上下限温度来保护温度计。改进温度计的功能，使其更完美，更实用。图5-3 温度报警系统前面板。12 第5 章基于5.的温度采集系统2 程序后面板的介绍和设计后面板是根据温度计的要求设计的。将电压系数转换为温度系数进行参数设置，参数化温度上限和温度下限，设置通道选择参数。图5-4 虚拟温度计后面板报警后面板系统设置，参数设置，对应前面板，

图5-5 温度报警系统后面板 13 心得体会 经过一周的智能仪器仪表设计，我在很多方面都取得了可观的收获。DAQ数据采集板等等，连接着很多方面的知识，让我们充分连接平时学习的知识，全力以赴。它不仅巩固了我以前学过的知识，加深了我对所学知识的印象，而且让我发现自己还没有扎实掌握理论知识，对一些知识点有错误的理解。通过这个课程设计，我明白了学习是一个长期积累的过程。在今后的学习生活乃至工作中，我必须继续努力学习理论知识，不断提高理论素质。这一周，我有很多不明白的问题，但在同学们的指导下，我有一种豁然开朗的感觉。这些问题都迎刃而解。这说明了团队合作的重要性。我们永远不能学习。闭门造车。刚开始接触虚拟温度计这个话题，就开始通过图书馆和网上查询相关资料，了解一些电路结构原理、参数性能等，在这个过程中收获了很多，学到了很多新知识，对一些知识点有了更深入的了解和领悟。在整个设计过程中，我学到了很多东西，培养了我独立工作的能力，建立了对工作能力的信心。我相信这将对我以后的学习、工作和生活产生非常重要的影响。

最后，回顾整个课程设计，我们看到了同学们潜心研究和忙碌的身影，也看到了学院领导和老师们的严格监督和热情指导。总之，这个课程设计让我收获颇丰。在以后的学习和生活中，我一定会更加努力，用激情去面对！总结者姓名：2013.6.714 参考文献 [1] 杨乐平．高级编程。清华大学出版社，2003 [2] 蒋继光．电路原理。清华大学出版社社，1995 [3] 闫实．数字电子技术基金会。高等教育出版社，1998 [4] 侯国平．7.1 编程和虚拟仪器设计。清华大学出版社，2005 [5] 李文军，田瑞丽，易立鹏等。基于数据采集和信号处理系统。现代电子技术，2005 [6] 刘俊华、丁慧、贾慧琴等.虚拟仪器图形化编程语言教程。中国电子科技大学出版社，2001 [7] 乔芳，林晓玲，于元等。基于实时数据采集系统的设计。中国市政工程，2009 [8] 孙秋野、刘昂、王云双等。8 5 快速启动与改进。交通大学出版社，2009 [9] 孟武生，黄宏等。基于数据采集系统的设计。电子测量技术，2008 [10] 王建群．基于计算机工程的虚拟仪器开发与应用，2003 [11] 金伟祥．图形化编程G语言——与虚拟仪器，长沙电力大学学报，

新闻标题：智能仪器与仪表综合设计（一）：数据采集系统的结构原理
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