摘 要：基于虛擬儀器技術(shù)，利用LabVIEW軟件設(shè)計開發(fā)了溫度測量系統(tǒng)， 詳細闡述了系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計方法。該系統(tǒng)可改善工作條件、降低成本，提高效率。 關(guān)鍵詞：虛擬儀器;LabVIEW;溫度測量 Abstract: By use of LabVIEW software, the temperature measuring system based on virtual instrument technique is designed. The paper introduced the design of software and hardware in detail. It can be improve work condition, lower the cost, and raise the efficacy. Key Words: Virtual Instrument; LabVIEW; temperature measuring 0 引言 　　溫度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實驗中的一個非常重要的參數(shù)，物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫度有關(guān)，許多生產(chǎn)過程都是在一定溫度范圍內(nèi)進行的，需要測量溫度和控制溫度的場合極其廣泛。目前的溫度測量控制系統(tǒng)常采用單片機控制，該技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，但其編程復(fù)雜，控制不穩(wěn)定，系統(tǒng)的精度不高。而利用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)和設(shè)計的溫度測量系統(tǒng)，采用普通PC機為主機，利用圖形化可視測試軟件LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，來監(jiān)測溫度變化情況，采集數(shù)據(jù)并進行處理、存儲、顯示等。設(shè)備成本低，使用方便靈活，適用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和教學(xué)。 1 虛擬儀器技術(shù)與LabVIEW簡介 　　虛擬技術(shù)、計算機通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)三大核心技術(shù)，其中虛擬儀器是虛擬技術(shù)的一個重要組成部分。虛擬儀器（Virtual Instrument,簡稱VI）是突破傳統(tǒng)儀器概念的最新一代測量儀器，它利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件，由用戶自己定義來完成各種測試、測量和控制的應(yīng)用。其本質(zhì)特征是：“軟件就是儀器”。它是基于計算機的軟硬件測試平臺，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等;可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng);可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)具有性能高、擴展性強、開發(fā)時間少和出色的集成四大優(yōu)勢，使其成為現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展趨勢。 　　LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench實驗室虛擬儀器工程平臺）是一個程序開發(fā)環(huán)境。它使用圖形化編程語言G在流程圖中創(chuàng)建源程序，而非使用基于文本的語言來產(chǎn)生源程序代碼。LabVIEW還整合了諸如滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485以及數(shù)據(jù)采集卡等硬件通訊的全部功能。內(nèi)置了便于TCP/IP、Active X等軟件標準的庫函數(shù)。LabVIEW程序被稱為虛擬儀器（VIs），是因為它們的外觀和操作能模仿實際的儀器。即使用戶沒有多少編程經(jīng)驗，同樣也能利用LabVIEW來開發(fā)自己的應(yīng)用程序。 2系統(tǒng)方案設(shè)計 　　虛擬儀器測溫系統(tǒng)是用虛擬儀器技術(shù)改造傳統(tǒng)的測溫儀，使其具有更強大的功能。系統(tǒng)框架如圖1所示，儀器系統(tǒng)通過前端感溫裝置的傳感元件，將被測對象的溫度轉(zhuǎn)換為電壓或電流等模擬信號，經(jīng)信號調(diào)理電路進行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡采集的標準電壓信號。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計算機總線，在PC機內(nèi)利用已經(jīng)安裝的虛擬儀器軟件對采集的數(shù)據(jù)進行所需的各種處理。 [align=center] 圖1 溫度測量系統(tǒng)原理框圖[/align] 　　基于虛擬儀器技術(shù)的測溫系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分構(gòu)成。 　　2.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計 　　硬件系統(tǒng)由前端感溫裝置（溫度傳感器）、數(shù)據(jù)采集卡、PC機系統(tǒng)等組成，主要實現(xiàn)溫度信號采集、轉(zhuǎn)化、處理等功能。 [align=center] 圖2 測溫系統(tǒng)硬件電路原理圖[/align] 　　本系統(tǒng)前端感溫裝置采用熱敏電阻，熱敏電阻RT1與R1串聯(lián)分壓，電路輸出電壓與溫度成正比。傳感器通常輸出的信號較小，必須采用合適的信號調(diào)理電路（如放大），盡量減小量化誤差。當溫度變大時，熱敏電阻RT1電阻變小，在分壓點產(chǎn)生一線性電壓，經(jīng)電壓跟隨器保持后，經(jīng)過LM324進行一級和二級放大，輸出一個正向、與溫度變化大小成正比的線性電壓。測量電路輸出的模擬電壓送入數(shù)據(jù)采集卡，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號再輸入PC機。 　　2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計 　　軟件部分主要是對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理、報警、顯示等功能，具體實現(xiàn)采集卡參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)標定、實時顯示、溫限設(shè)定及報警和人機交互等功能。 　?。?） 傳感器的標定 　　傳感器的標定是通過實驗以建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。標定是儀器儀表在設(shè)計完成后，正式使用前必須要經(jīng)過的一道校驗程序。對于虛擬溫度測量系統(tǒng)而言，標定就是為了獲得電壓和被測物體溫度的函數(shù)關(guān)系，以便通過電壓計算出溫度。 　　熱敏電阻具有靈敏度高、體積小、重量輕、使用壽命長，適于遠距離測量等優(yōu)點，但其非線性誤差較大，穩(wěn)定性稍差，所以必須進行標定。 　　 　　通過曲線擬合法對系統(tǒng)進行標定，即可求出測溫范圍內(nèi)任一電壓對應(yīng)的溫度。 　　（2） 前面板設(shè)計 　　用戶界面（前面板）是虛擬儀器的重要組成部分，儀器參數(shù)的設(shè)置、測試結(jié)果顯示等功能都是通過軟件實現(xiàn)，因此要求軟件界面簡單直接，便于使用。本系統(tǒng)采用LabVIEW8.2軟件設(shè)計了用戶界面如圖3所示。該界面可顯示經(jīng)傳感器檢測、數(shù)據(jù)卡采集并轉(zhuǎn)換得到的電壓波形的變化，同時將標定后得到的溫度值分別用波形、指針和數(shù)值三種方式顯示出來，適應(yīng)不同用戶的需求，通過布爾量開關(guān)設(shè)置超限報警指示。 [align=center] 圖3 系統(tǒng)前面板（用戶界面）[/align] 　　（3） 程序框圖設(shè)計 　　LabVIEW的源程序為框圖式的，且提供了非常豐富的庫函數(shù)，從數(shù)據(jù)采集到儀器控制，從信號產(chǎn)生到信號處理，從數(shù)據(jù)分析到圖形顯示，從文件讀寫到網(wǎng)絡(luò)通信，多種多樣，大大提高了用戶編程的效率，減輕了編程工作量。 　　本系統(tǒng)程序框圖設(shè)計主要包括設(shè)備初始化、AD部件初始化、模擬數(shù)據(jù)讀取、電壓-溫度轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示、超限報警、AD部件釋放、設(shè)備釋放等模塊，其中有些模塊直接調(diào)用LabVIEW中的子模塊（庫函數(shù)），如乘法、減法、比較超限與否、定時器等;還有些如Create/Release ID、AD Int/Read/Close等模塊由用戶自定義設(shè)計實現(xiàn)。 　　具體流程圖和程序框圖見圖4、圖5。 [align=center] 圖4 系統(tǒng)流程圖 圖5 測溫系統(tǒng)程序框圖[/align] 4 結(jié)束語 　　利用LabVIEW軟件實現(xiàn)了虛擬溫度測量系統(tǒng)，改善了工作條件，提高了精度，節(jié)約了時間，降低了成本。該系統(tǒng)的擴展性很強，可進一步擴充其功能，如實現(xiàn)對溫度遠程測控等。該系統(tǒng)構(gòu)建測控系統(tǒng)的方法，可推廣到類似的應(yīng)用中，有著十分重要的現(xiàn)實意義。 　　本文創(chuàng)新點在于：采用虛擬儀器構(gòu)建了溫度測量系統(tǒng)，實現(xiàn)了測溫的智能化，精度高，成本低，通用性和擴展性強。 參考文獻： 　　[1] National Instruments LabVIEW Basic I, National Instruments,汪敏生等譯著，LabVIEW基礎(chǔ)教程，北京，電子工業(yè)出版社，2002年。 　　[2] 秦樹人主編，虛擬儀器，北京，中國計量出版社，2004年。 　　[3] 江偉，袁芳，基于虛擬儀器技術(shù)的振動測試系統(tǒng)的設(shè)計，微計算機信息（測控自動化），2006年第22卷第10-1期，313-314，240。 　　[4] 暴秀超等，基于LabVIEW的發(fā)動機氣缸套動態(tài)溫度測試系統(tǒng)，小型內(nèi)燃機與摩托車，2006年第35卷第6期，43-45。