1、 毕 业 设 计 学生姓名： 黄晓倩 学 号： 090803215 学 院： 电气工程学院 专 业： 测控技术与仪器 题 目： 基于 AD590 的虚拟测温系统设计 指导教师： 宋哲英（教授） 评阅教师： 2013 年 6 月 河北科技大学毕业设计（论文）成绩评定表 姓 名 黄晓倩 学 号 090803215 成 绩 专 业 测控技术与仪器 题 目 基于 AD590 的虚拟测温系统设计 指导教师评语及成绩 指导教师： 年 月 日 评阅教师评语及成绩 评阅教师： 年 月 日 答辩小组评语及成绩 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 学院答辩委员会主任： 年 月 日 注：该表一式两份，一份归
2、档，一份装入学生毕业设计说明书（论文）中。 毕 业 设 计（论文） 中 文 摘 要 首先简单介绍虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义，给出了虚拟温度测量系统总体方案的设计，然后对数据采集模块和 LABVIEW的软件模块进行了设计。基于 LabVIEW为软件平台，通过 AD590温度传感器进行温度测量 。有效地运用了LabVIEW虚拟仪器技术，将诸多重要步骤都在配备硬件的普通 PC电脑上完成，与传统的温度测量仪表相比，该系统具有结构简单、成本低、构建方便、工作可靠等特点具有较高应用价值，是虚拟仪器技术应用于温度测量领域的一个典型范例。 关键词 ： 温度测量； LabVIEW 虚拟仪器； AD5
3、90 毕 业 设 计（论文） 外 文 摘 要 Title Design of virtual measurement system based on AD590 Abstract This paper first introduces the virtual temperature measurement system research background, purpose and significance, gives the design scheme of virtual temperature measurement system, and then the software mod
4、ule of data acquisition module and LABVIEW is designed. Based on the LabVIEW software platform, temperature measurement by AD590 temperature sensor. The effective use of LabVIEW virtual instrument technology, many important steps are completed in the ordinary PC computer hardware, compared with the
5、traditional temperature measurement instrument, this system has the advantages of simple structure, low cost, convenient construction, reliable. It has high application value, is a typical example of the application of virtual instrument technology in the measurement of temperature field. Keywords：
6、temperature measurement； LabVIEW virtual instrument； AD590 本科毕业设计 第 页 共 页 目 录 1 绪论 1 1.1 课题研究的背景 1 1.2 温度检测系统发展的现状 1 1.3 课题研究的意义 3 2 虚拟仪器及 LABVIEW 简介 4 2.1 虚拟仪器的基本概念 4 2.2 虚拟仪器的特点及应用 4 2.3 LABVIEW 的 简介 5 3 系统总体方案及硬件电路设计 8 3.1 系统总体方案 8 3.2 硬件电路设计 8 4 温控系统软件设计 11 4.1 登录系统设计 11 4.2 数据采集模块的设计 13 4.3 数据存
7、储模块 19 4.4 历史数据查看模块 20 5 系统调试 22 5.1 程序的运行 22 5.2 程序调试技术 22 5.3 系统的运行 23 结论 26 致谢 27 参考文献 28 本 科 毕 业 设 计 第 1 页 共 33 页 1 绪论 1.1 本课题研究背景 在工业生产和科学实验过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。随着工业生产自动化程度越来越高，对温度的测量越来越普遍，而且对温度测量的要求也越来越高口。由于测温时的会受到各种干扰，影响了测温精度，需要进行滤波。传统测温仪一般都是通过硬件电路实现，这 样就存在电路复杂、成本较高、性能不够稳定等问题 。另外除了要显示实时温度外，往
8、往还要能够方便的实现报警、显示温度变化趋势、对所测温度进行一定的统计分析等功能。因此传统的以硬件为主的测温系统在很多场合已不能适应现代测温的要求。以虚拟仪器为代表的虚拟测试技术可以较好的解决这些问题。虚拟仪器是利用 PC 计算机显示器 (CRT)的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用 PC 计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由 I O 接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统 1。 1.2 温度检测系统发展的现状 当前，主要的温度仪表 ,如热电偶、热电阻及辐射温度计等在技术上已经成熟，但是，它们只能在传统的场合应
9、用，尚不能满足许多领域的要求，尤其是高科技域。因此，各国专家都在有针对性地竟相开发各种新型温度传感器及特殊与实用测温技术 2。以下介绍几种温度检测系统。 1.2.1 基于集成温度传感器 AD590的单片机测温系统 单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛，对各种测量仪器、测量装置的测量精度要求也越来越高，尤其是对温度的测量非但要准确，而且需读取数值更直观更 方便。随着科学研究、工业和家用电器等方面对测温和温控的需要，各种新型的集成电路温度传感器不断被研制出来。尤其是温度传感器 AD590是一种价格低廉、精度高的温度传感器，其特点是测量误差小，价格低，响应速度快，传输距离远，体积小，微功耗，适合远
10、距离测温、控温，不需要进行非线性校准，外围电路简单。基于 AT89C51单片机和温度传感器 AD590的测温系统，电路简单，易于实现，系统组成框图如图 1.1所示。 本 科 毕 业 设 计 第 2 页 共 33 页 图 1.1 系统框图 该系统由四个基本模块组 成：即传感器部分，信号放大及 A/D转换部分，主控制电路部分，驱动译码显示部分。温度传感器选择的是 AD590集成温度传感器，其特点是在较宽的温度范围内具有良好的线性 3 。 1.2.2 基于 ARM的分布式光纤测温系统 分布式光纤测温系统是实现对测温目标实时全方位检测的系统。系统不仅精度高、而且可以长距离多点位监控，广泛应用于工农业、
11、电力、航空航天等领域。传统的分布式光纤测温系统由于主系统体积较大，加上长距离测温光纤，使得系统缺乏便携性；另外系统采用的高速采集卡十分昂贵，这方面也限制了系统的推广使用。随着嵌 入式处理器的快速发展，也为嵌入式处理器引入分布式光纤温度传感系统提供新的机遇。因此提出了基于 ARM的分布式光纤测温系统，不仅提高了系统的移动性，同时也降低了系统成本，新型系统应用前景更大 4。 1.2.3 基于 LabVIEW的测温系统 现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。 随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展 ,新的测试理论、测试方法、测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许
12、多方面已经冲破了传统仪器的概念，电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化。在此背景下， 1986年美国国家仪器公司提出了虚拟仪器(VirtualInstrument,VI)的概念 5。虚拟仪器是在 PC基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重用测试仪器系统 .和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性。作为现代仪器仪表发展的方向，虚拟仪器已迅速发展成为一种新的产业。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国。国内虚拟仪器研究的起步较晚，最早的研究也是从引进消化 NI的产品开始。但经过多年研究，我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色 6。 基于 LabVIEW 技术
13、的温度检测 系统组成如图 3所示，主要包括硬件和软件两部分。系统由计算机、数据采集卡、温度传感器和信号调理电路等器件构成系统硬件平台，并温度传 感器 信号放大及A/D 转换电路 驱动译 码显示电路 主控制电路 （ AT89C51） 本 科 毕 业 设 计 第 3 页 共 33 页 以微软操作系统 WINXP和 LabVIEW虚拟软件为操作平台。利用 LabVIEW虚拟软件进行编程，可将传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统仪器相同，可实现诸如温度显示、数字滤波、统计分析等多种功能，而且只需通过修改虚拟仪器的程序即可改变系统功能和规模新系统。图 1
14、.2说明了该系统的工作过程，其中温度传感器可把被测温度转化为模拟电压信号在进行 放大滤波后，将模拟电压信号通过数据采集卡转化为数字信号，输入到计算机由 LabVIEW虚拟软 件进行编程，并对信号进行处理，从而实现系统所需的各项功能设计 7 被测温度 图 1.2 系 统 组 成 1.3 本课题的意义 温度是工业生产和科学研究实验中的一个非常重要的参数，物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程都是在一定温度范围内进行的，需要 测量温度和控制温度的场合极其广泛。目前的温度测量控制系统常采用单片机控制，该技术应用十分广泛，但其编程复杂，控制不稳定，系统的精度不高。而利用虚拟仪器技术开发和
15、设计的温度测量系统，采用普通 PC 机为主机，利用图形化可视测试软件 LabVIEW 为软件开发平台，来监测温度变化情况，采集数据并进行处理、存储、显示等。设备成本低，使用方便灵活，适用于工农业生产和教学 8。 计算机显示 计算机（ LabVIEW） 数据采集卡 温度传感器 信号调理电路 本 科 毕 业 设 计 第 4 页 共 33 页 2 虚拟仪器及 LABVIEW 简介 2.1 虚拟仪器的基本概念 虚拟仪器是指，在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己设计定义，具 有虚拟的操作面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统 9。 从实质上讲，虚拟仪器利用硬件系统完成信号的采集、测量
16、、与调理，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理，利用计算机的显示器模拟传统仪器的控制面板，以多种形式输出检测结果，从而完成所需的各种测试功能。 虚拟仪器中的 “虚拟 ”有 以下 两个方面的含义 10： 1) 虚拟的 控制 面板。传统的仪器面板上的控件都是物理实物，都遵循现实的物理规律，必须通过手动或触摸进行操作。在要实现的功能方面，虚拟仪器的前面板上的控件和传统的仪器控件没有什么区 别；在外形上，两类控件非常相像；在原理上，传统仪器控件的操作对应着相应物理过程，如按键触点的碰触，而虚拟仪器控件的操作对应着相应的软件程序。通过程序实现的功能。 2) 虚拟的测量、测试与分析。 传
17、统 的 仪器 是 通过 设计具体的模拟或数字电路来实现仪器的测量、测试及分析功能；而 虚拟仪器通过软件编程，来实现与实物一样的测控功能。 2.2 虚拟仪器的特点及应用 虚拟仪器技术集合了多种现代化技术于一身，包括计算机技术、图形处理技术、智能测试技术、模块及总线的标准化技术、数字信号处理技术等。虚拟仪器具有模块化、标准化、积木 化、系列化的软件和硬件平台，是一个完全开放的系统，它具有下列一些技术特点 11： 1) 传统仪器的功能被虚拟仪器丰富和增强 为了充分利用计算机具有的强大的数据处理、 数据传输和数据发布的能力，以便更加简便灵活地组建仪器系统，虚拟仪器集中将数据分析处理、数据显示存储及打印
18、和其他必要的操作都交给计算机来处理。 2) 虚拟仪器进一步突出了 “ 软件即仪器 ” 的概念 虚拟仪器利用软件代替传统仪器中的某些硬件，利用软件实现硬件的功能，诠释了本 科 毕 业 设 计 第 5 页 共 33 页 “ 软件即仪器 ” 的概念。 3) 用户可以自己定义仪器的各种功能 虚拟仪器为用户提供了 重要的源代码库。当组建自己的虚拟仪器时，利用源代码库，用户可以很方便地实现、修改仪器的各种测控、通信功能 ,让用户可以充分发挥自己的能力和想象力。 4) 虚拟仪器的行业标准非常开放 虚拟仪器的软件及硬件都具有开放的行业标准，利用虚拟仪器的标准，用户可以统一对仪器进行设计、管理和使用，可以提高资
19、源的可重复性利用率，使得管理更加规范，仪器功能更加易于扩展，仪器的开发和维护费用更加降低。 5) 经济性好，易于组建成更为复杂的测试系统 虚拟仪器是基于软件体系结构的，传统仪器是基于硬件体系结构的，用虚拟仪器代替传统仪器 ，可以节约大量的购买和维护成本。而且，与传统仪器相比，虚拟仪器更容易组建成复杂的分布式测试系统，因为虚拟仪器可以利用高速计算机网络，很方便地实现远程通信、监控、测试和故障诊断等功能。 虚拟仪器作为新兴的仪器代表，由于具有绝对的技术优势，被广泛应用于电子、机械、通信、汽车制造、生物、医药、化工、科研、军事、教育等各个领域。从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大
20、学实验室到工厂企业，从探索研究到技术集成，都可以发现虚拟仪器技术的应用成果。 2.3 LabVIEW 的 简介 2.3.1 LabVIEW 的含义 LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器集成环境 )是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。与 C 和 BASIC 一样， LabVIEW 也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。 LabVIEW，的函数库包括数据采集、 GPIB、串口控制、 数据分析 、数据显示及 数据存储 ，等等。 LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置 断点 、以动画方式显示数据及其子程序（子 VI）的结果 、单步执行等等，便于程序的调试。 LabVIEW 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建 用户界面 。用户界面在 LabVIEW 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通
