虚拟温度测量系统设计 (毕业设计50页、16309字+图+程序)

摘要: 虚拟仪器是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为信号输入输出的接口，利用虚拟仪器软件开发平台（如LABVIEW）在计算机上虚拟出仪器的面板并实现相应的功能，实现信号采集、分析、处理和结果显示的系统。
本文设计的虚拟温度测量系统，可实现对多路温度量的测量、采集、数据处理、记录与显示。
论文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。其中基于USB的数据采集模块的设计，包括以CY7C68013为核心的USB接口电路的设计和以模数转换器AD9220为核心的USB设备功能单元电路的设计；基于LABVIEW的软件模块的设计，包括前面板和框图程序的设计。
论文最后对研究工作进行了总结和展望。

关键字：虚拟仪器；数据采集；LABVIEW；温度测量

The Design of Virtual Temperature Measurement System

Abstract: Virtual instrument is a system that is computer-based, using the hardware with the corresponding test function as a signal input and output interfaces, using virtual instrument software development platform (such as LABVIEW) to simulate the panel of the equipments and realize the corresponding functions such as signal collection, signal analysis, signal processing and the result’s display on the computer.
The virtual temperature measurement system introduced in this paper can achieve the measurement, the collection, data processing, recording and display of multi-channel temperature.
Firstly, the background of research, the goal of research and the significance of the virtual temperature measurement system is simply introduced, and overall concept design of the virtual temperature measurement system is given. Then data acquisition module and LABVIEW software module are designed in the paper. The design of USB-based data acquisition module includes two parts: the design of USB interface circuit cored on CY7C68013 and the design of USB device function unit circuit cored on AD9220. The design of LABVIEW-based software module includes the design of front panel and block diagram program.
Finally, the research work is summarized and outlooked in the paper.

Key words:  Virtual instrument, Data collection, LABVIEW, Temperature measurement

目    录

第1章  绪  论 1
1.1  虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义 1
1.1.1  研究背景 1
1.1.2  研究的目的及意义 1
1.2  论文的设计任务及拟完成的主要工作 2
1.2.1  设计任务 2
1.2.2  论文完成的主要工作 2
第2章  虚拟温度测量系统总体方案的设计 3
2.1  虚拟温度测量系统工作过程简介 3
2.2  总体方案的设计 3
2.3  小结 4
第3章  数据采集模块的设计 5
3.1 温度传感器及调理电路 5
3.1.1  传感器选型 6
3.1.2  热电偶工作原理 7
3.1.3  温度信号放大处理 8
3.1.4  热电偶的冷端处理与补偿 9
3.2  模数转换器AD9220 10
3.3  CY7C68013控制芯片 11
3.4  芯片固件程序设计 13
3.5  小结 14
第4章  LABVIEW软件模块的设计 15
4.1  温度信号处理的设计一 15
4.1.1  前面板设计 15
4.1.2  框图程序设计 16
4.2  虚拟温度测量的设计二 22
4.2.1  前面板的设计 22
4.2.2  框图程序的设计 24
4.3  小结 27
第5章  系统调试及结果分析 28
5.1  硬件电路调试 28
5.1.1  热电偶传感器信号调试 28
5.1.2  信号放大电路部分调试 29
5.1.1  调试过程中遇到的问题及解决方法 29
5.2  软件程序调试 30
5.2.1  调试过程中遇到的问题及解决方法 30
5.3  误差分析 31
总结和展望 33
致    谢 34
参考文献 35
附    录 37
 
 
第1章  绪  论
1.1  虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义
1.1.1  研究背景
虚拟仪器的技术基础是计算机技术，核心是计算机软件技术[15]。Labview使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象，如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。所谓虚拟仪器就是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机的运算、存储、回放、调用、显示及文件管理等智能化功能，同时把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硬件仪器相同，同时又充分享用了计算机智能资源的全新仪器系统。与传统仪器相比，它的最大特点就是把由仪器生产厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能，满足多种多样的应用需求。由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，任何使用者都可通过修改虚拟仪器的软件来改变它的功能和规模，这充分体现了“软件就是仪器”的设计思想。虚拟仪器最有代表性的图形化编程软件是美国NI公司推出的Labview（laboratory virtual instrument engineering workbench即实验室虚拟仪器工作平台）。Labview使用了“所见即所得”的可视化技术建立人机界面，提供了许多仪器面板中的控制对象。如表头、旋钮、开关及坐标平面图等。用户可以通过使用编辑器将控制对象改变为适合自己工作领域的控制对象。Labview提供了多种强有力的工具箱和函数库，并集成了很多仪器硬件库。Labview支持多种操作系统平台，在任何一个平台上开发的Labview应用程序可直接移植到其它平台上。
1.1.2  研究的目的及意义
随着现代测试技术的不断发展[10]，以LABVIEW为软件平台虚拟仪器测量技术正在现代测控领域占据越来越重要的位置。因此如何能将温度测量与LABVIEW 虚拟仪器相结合就成了温度测试领域的一个新课题。本课题就将在美国国家仪器公司(National Instruments)的虚拟仪器开发平台LABVIEW上进行，虚拟仪器是计算机技术和仪器测量技术相结合的产物，它充分利用计算机强大的运算处理功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制。目前，基于PC 的A/D 及D/A 转换，开关量输入/输出，定时计数的硬件模块，在技术指标及可靠性等方面已相当成熟，而且价格低廉。常用传感器及相应的调理模块也趋向模块化、标准化，因而减少了硬件的重复开发，这使得我们可以方便地对其进行硬件维护、功能扩展和软件升级。
1.2  论文的设计任务及拟完成的主要工作
1.2.1  设计任务
本设计要求创建一个虚拟温度测量分析系统。在测量一个实际的物理信号时，必须用一个传感器或转换器把物理信号（如温度、压力等非电量信号）转化为电信号（如电压、电流信号），再通过一个数据采集卡（含信号调理电路）对这些电信号进行处理（如滤波、放大、线性化、A/D等），将模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号，由虚拟仪器进行计算、分析、显示，并存储结果。
1.2.2  论文完成的主要工作
1、简单介绍虚拟温度测量系统研究的背景、目的及意义；
2、虚拟温度测量系统总体方案的设计；
3、选用或自行设计一个符合系统要求的数据采集卡；
4、数据采集卡通道的配置；
5、虚拟温度测量仪器前面版的设计；
6、虚拟温度测量仪器框图程序的设计；
7、系统软件调试,可实现采集数据的存储及波形显示。