1、 （ 20_ _届） 本科毕业 设计 基于 LabVIEW 的人体温度检测系统设计 所在学院 专业班级 测控技术与仪器 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 随着电子测试技术的不断发展，测试仪器正向自动化、智能化、数字化和网络化的方向发展，而虚拟仪器正是这一发展方 向的重要体现。虚拟仪器技术是一种基于通用计算机的新技术。虚拟仪器的硬件由计算机硬件加上一些模块化的通用 I/O 硬件所构成，软件由 LabVIEW 所构成。虚拟仪器可以实现真实仪器的相应功能，同时又具备成本低廉、升级容易、使用方便等优点。 本设计利用虚拟仪器技术、以美国 NI 公司的 LabVIEW 为软件开
2、发平台，设计完成一个“虚拟人体温度检测系统”。该系统以普通 PC 为主机，由 DAQ 卡采集温度传感器发出的电信号，数据的采集、实时处理与判断、保存、显示均由LabVIEW 进行控制。实验证明，本设计使用简便灵活、人机界面友好， 实现了所要求的温度检测和判断功能。 关键词： 虚拟仪器， LabVIEW，人体温度，数据采集 II Design of a Virtual Body Temperature Detection System Based on LabVIEW Abstract Along with on-going development of measuring techniques
3、, 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 on PC. Its hardware consists of the hardware of PC with some standard I/O modules.
4、 Its software is made up by LabVIEW. Virtual Instrument has almost the same function of the real one but with advantages such as low cost, easy to upgrade and easy to use. This design, a virtual body temperature detection system, utilizes LabVIEW software as the development platform. In this virtual
5、 system, PC is the main controller; the voltage signal send 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 friendly man-machine inte
6、rface. The required functions for temperature detection and judgment are realized. Keywords: Virtual Instrument, LabVIEW, Body Temperature, Data Acquisition III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源 . 1 1.2 LabVIEW 的国内外发展现状 . 1 1.2.1 虚拟仪器的概念 . 1 1.2.2 虚拟仪器的演变与发展 . 2 1.2.3 LabVIEW 的 应用 . 3 1.3
7、 课题研究的主要内容 . 3 2 虚拟仪器及 VI 程序构成 简介 . 5 2.1 虚拟仪器简介 . 5 2.2 VI 程序的构成简介 . 5 3 系统硬件设备简介 . 7 3.1 温度传感器 . 7 3.1.1 温度传感器的分类 . 7 3.1.1.1 接触式温度传感器 . 7 3.1.1.2 非接触式传感器 . 7 3.1.2 LM35 温度传感器 . 8 3.2 数据采集系统 NI ELVIS II+ . 9 3.3 硬件系统连接 . 10 4 系统程序设计 . 12 4.1 系统流程图 . 12 4.2 前面板设计 . 13 4.3 程序设计 . 13 4.3.1 系统初始化模块设计
8、. 13 4.3.2 人机界面处理循环模块设计 . 14 4.3.3 信号采集模块设计 . 16 结 论 . 18 参考文 献 . 19 致 谢 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 20 基于 LabVIEW 的人体温度检测系统设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 虚拟仪器（ Virtual Instrument，简记为 VI）是计算机技术和传统仪器技术相结合的产物，是仪器发展的一个重要方向。 虚拟仪器技术利用高性能的 通用计算机的硬件加上一些相对简单的 模块化 I/O 硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化应用 。自 1986 年问世以来，世界各国的工程师 与科学家们都已
9、开始尝试 将 LabVIEW 图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善产品质量、缩短产品投放市场的时间，并提高产品开发 以及 生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境 和 现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率 1。 近年来，从非典、禽流感到甲型 H1N1 流感相继在全球流行，造成很大程度的社会动乱、经济衰退甚至引起恐慌。这些疾病的传播广泛而迅速，有一定的潜伏期，检测困难，危害程度大。其发病特征为发烧，即体温超过 38 度。目前，体温大多被看成静态稳定的生理参数。而实际上，人体体温并非恒定变的，比如正常的人体体温是昼夜周期性波动的，与人体昼
10、夜活动的节律性、血液循环、代谢以及呼吸机能的相应周期变化等有很大的关系。若开发一种体温检测系统，在基于人体温度曲线的分析的基础上测量出人体温度曲线的特性，以增加判断是否发烧的准确度，将对大规模流行传染病预防及隔离产生有益影响。 本文主要利用 LabVIEW 软件 ,设计一个测量人体温度的虚拟检测系统 ,进行软硬件的建构及分析。该系统可以自动判断个人是否过热，并获得人体温度曲线或参数后实现数据储存 及输出。 1.2 LabVIEW 的国内外发展现状 1.2.1 虚拟仪器的概念 对于虚拟仪器概念，目前还没有一个明确的国际标准和定义。美国国家仪器有限公司（ National Instruments）
11、 率先提出了“软件即仪器”之概念，开启了虚拟仪器的先河 2。所谓虚拟仪器，就是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，测试功能是由测试软件来实现的一种计算机仪器系统 3。虚拟仪器只有同时拥有高效的软件、模块化 I O 硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术 性能高、扩展性强、开发时间少以及出色的集成这四大优势。软件系统是虚拟仪器的核基于 LabVIEW 的人体温度检测系统设计 2 心，虚拟仪器使用相同的硬件系统，通过不同的软件就可以实现功能完全不同的各种测量仪器，利用软件可以定义各种仪器。 1.2.2 虚拟仪器的演变与发展 传统的电
12、子测量仪器、测试系统由“信号采集”、“数据处理与分析”和“处理结果的最终显示”三部分组成放在一个仪表机箱内，这三部分都是用电子线路来实现的，即都是采用硬件来实现的。传统仪器经历了从模拟仪器到数字化仪器的变革，随着现代科学技术和生产的不断发展，测试项目日益增多，测量范围日渐扩大，对 测试系统在精度、速度及功能方面有了更高的要求。这就促使我们要不断地改进和完善测量仪器和测试方法，组建自动测试系统，使测试仪器逐步向智能化、自动化和虚拟化发展演变。智能仪器是将微处理器置入测试仪器，使其能进行自动测量，并具有一定的数据处理能力。它的全部功能都是以硬件 (或固化的软件 )的形式存在，并通过键盘和鼠标来实现
13、。近年来的一些智能仪器由于语音技术的应用实现了测量结果的自报功能，有的增加了触摸屏功能，但无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。随着计算机技术、数字信号处理技术的进步，实现各种信号处理功能的软件算法精度 越来越高，速度越来越快，在仪器的“数据处理与分析部分”用软件代替硬件成为可能，即：用算法代替电子线路，能够实现传统仪器的信号处理功能。同时，“处理结果的最终显示”原本就是计算机的“长项”。这样，把传统仪器的后两部分用计算机软件来实现，而不再采用硬件来实现，就形成了所谓的虚拟仪器了。与传统仪器的不同之处在于，虚拟仪器的“面板”显示在 PC 的屏幕上，仪器的操作是通过鼠标选中不同的按键和旋钮来完成的。
14、根据实际生产的需要，采用不同的软硬件组合，用户就能在计算机屏幕上定义自己的仪器，生成各种不同的“仪器面板”。“传统的 独立仪器由制造商来定义它的功能，而虚拟仪器完全由用户自己来定义仪器的功能”， NI 国际销售经理 NormanYee 用这简明扼要的一句话，透彻地说明了虚拟仪器与传统仪器的根本区别。虚拟仪器是一种功能意义上的仪器，是传统仪器观念的一次巨大变革，将代表仪器未来发展的一个重要方向 4。 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。由于测温时会受到各种干扰影响了测温精度，需要进
15、行滤波。传统测温仪一般都是通过硬件电 路来加以实现。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往还要能够方便地实现报警、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。虚拟仪器利用 PC 计算机显示器的显示功能模拟传统控制面板，以多种形式表达输出检测结基于 LabVIEW 的人体温度检测系统设计 3 果；利用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、测量和调理，从而完成各种测试功能。软件开
16、发是虚拟测试系统的关键部分。在众多的开发软件中又以美国国家仪器公司开发的图形化编程语言 LabVIEW 应用广，功能强 5。 虚拟仪器技术经过二十多年的发展，而今正沿着总线与驱动程序标准化、硬软件模块化、编程平台的图形化和硬件模块的即插即用方向进步。虚拟仪器技术在发达国家的应用十分普及，如电信、医学等领域。在国内，近年来也开始有了利用虚拟仪器实现检测、控制等功能的例子 6。 虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。用户用鼠标操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实 和 方便。同其他技术相比，虚 拟仪器技术具有四大优势 ： 1）、 性能高； 2）、 扩展性性强； 3）、 开
17、发时间少； 4）、 无缝集成。 虚拟仪器有很广阔的发展空间，并最终要取代大量的传统仪器成为仪器领域的主流产品，成为测量、分析、控制、自动化仪表的核心 7。 1.2.3 LabVIEW 的 应用 LabVIEW 自 1986 年正式推出，至今已发展到以最新版本 LabVIEW 2010为核心，包括控制与仿真、高级数字信号处理、统计过程控制、模糊控制和 PID控制等众多软件包，可运行于现今所有 Windows 系统、 Linux、 Macintosh、 Sun和 HP-UX 等多种平台的工业标准软件开发环境。 自 1986 年问世以来， LabVIEW已被广泛应用于包括航空航天、工业自动化、通信、
18、汽车、半导体和生物医学等世界范围内的众多领域。 LabVIEW 已成为测试与测量领域的工业标准，通过GPIB、 VXI、 PLC、串行设备和插卡式数据采集板卡可以构成实际的数据采集系统。它提供了工业界最大的仪器驱动程序库，同时还支持通过 Internet、ActiveX、 DDE、和 SQL 等交互式通信方式实现数据共享，它提供的众多开发工具使复杂的测试测量任务变得简单易行 8。 1.3 课题研究的主 要内容 本设计利用虚拟仪器技术、以美国 NI 公司的 LabVIEW 为软件开发平台，设计完成一个“虚拟人体温度检测系统”。该系统以普通 PC 为主机，由 DAQ基于 LabVIEW 的人体温度
19、检测系统设计 4 卡采集温度传感器发出的电信号，数据的采集、实时处理与判断、保存、显示均由 LabVIEW 进行控制。基于 LabVIEW 的人体温度检测系统设计 5 2 虚拟仪器及 VI 程序构成 简介 2.1 虚拟仪器简介 虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上，配合以相应的输入 /输出接口装置，具有计算机显示器的虚拟面板，测试功能由测试软件来实现的一种计算机仪器系统。 “虚拟 ”的含义有二： (1)虚拟仪器的面板是虚拟的，它只不过是计算 机的显示器模拟而已。而传统仪器面板上的器件都是实物，而且是由手动和触摸进行操作的。 (2)虚拟仪器的测量功能主要是通过软件来完成的。虚拟仪器是在以 PC
20、 为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的功能的 9。 2.2 VI 程序的构成简介 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台）是美国 NI 公司推出的一种基于 G 语言（ Graphics Language，图形化编程语言）的虚拟仪器软件开发工具。在 LabVIEW 中开发的应用程序都被称为 VI（虚拟仪器），其扩展名均被默认为 vi。所有的 VI 都包括前面板、框图以及图标和连接器窗格三部分，如图 2-1 所示。 图 2-1 VI 程序的构成 基于 LabVIEW 的人体温度
21、检测系统设计 6 前面板是图形用户见面，相当于标准仪器的面板，该界面上有交互式的输入控件和输出显示控件。输入控件包括开关、旋钮、按钮等；输出显示控件包括波形图、波形图表、指示灯等。 框图是 VI 程序的图形化源代码，相当于标准仪器箱内的功能部件。在框图中对 VI 编程的主要工作是从前面板上的输入控件获得用户输入信息，然后进行计算和处理，最后在输出控件中把处理结 果反馈给用户。框图上的编程元素除了包括与前面板上的输入控件和输出控件对应的连线端子外，还有函数、子 VI、常量、结构和连线等。 VI 具有层次化和结构化的特征。一个 VI 可以作为另一个 VI 的子程序被调用，这里的子程序被称为子 VI。图表用于在主 VI 的框图中标识被调用的子 VI。连接器相当于图形化的子程序参数。默认情况下，在框图和前面板的右上角显示的是当前 VI 的图标，可以通过双击该图表进入编辑状态。在新建的 VI 中，LabVIEW 会自动生成图标。连接器和图标窗格位于 VI 窗口的同一个位置，且只能通过前面访问连接器窗格 10。
