摘要本論文基于Labview平臺設(shè)計了一個實時溫度采集系統(tǒng)，可以對區(qū)域內(nèi)的多個點進(jìn)行溫度檢測。溫度采集系統(tǒng)的功能主要有溫度數(shù)值顯示、溫度曲線顯示以及歷史溫度數(shù)據(jù)顯示，提供超溫報警功能。該系統(tǒng)的可編程分辨率16位，并且能夠在-55℃至125℃的溫度中進(jìn)行溫度采集工作，實現(xiàn)高精度測量。本文工作內(nèi)容主要包括利用傳感器采集溫度電壓進(jìn)入計算機(jī)虛擬儀器，并輸出到指定位置，對所測量的溫度進(jìn)行判斷從而實現(xiàn)報警功能，并且通過控制外部儀器調(diào)整溫度。本文通過ADAM-41181采集多個數(shù)據(jù)取平均值來提高測量準(zhǔn)確度，并且能夠存儲溫度歷史數(shù)據(jù)和溫度報警歷史數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)可應(yīng)用于各種需要實時溫度監(jiān)測的場合。關(guān)鍵詞：Labview；溫度采集；ADAM-4118；數(shù)據(jù)存儲

ABSTRACTThispaperdesignsareal-timetemperaturecollectionsystembasedontheLabviewplatform,whichcandetecttemperatureatmultiplepointsinthearea.Themainfunctionsofthetemperaturecollectionsystemincludetemperaturevaluedisplay,temperaturecurvedisplay,andhistoricaltemperaturedatadisplay,providingovertemperaturealarmfunction.Theprogrammableresolutionofthissystemis16bits,anditcanperformtemperaturecollectionworkintemperaturesrangingfrom-55℃to125℃,achievinghigh-precisionmeasurement.Themainworkcontentofthisarticleincludesusingsensorstocollecttemperatureandvoltage,enteringacomputervirtualinstrument,andoutputtingittoadesignatedlocationtojudgethemeasuredtemperatureandachievealarmfunction,andadjustingthetemperaturebycontrollingexternalinstruments.ThisarticleusesADAM-41181tocollectmultipledataandaveragethemtoimprovemeasurementaccuracy,andcanstoretemperaturehistorydataandtemperaturealarmhistorydata.Thissystemcanbeappliedtovariousoccasionsthatrequirereal-timetemperaturemonitoring.Keywords:Labview;temperaturecollection;ADAM-4118;datastorage

目錄第1章緒論 第1章緒論1.1前言溫度是日常生活中常見的物理量[1]。由于智能儀器與電腦技術(shù)的發(fā)展，溫度采集技術(shù)作為各項有關(guān)溫度控制的前期工作之一，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。但正因為測控技術(shù)在不斷發(fā)展，不得不面對發(fā)展帶來的一些弊端。在工業(yè)實時檢測和監(jiān)控系統(tǒng)中，溫度是一個非常重要的物理量，因為它直接影響各種物理和化學(xué)過程[2]。隨著產(chǎn)業(yè)的不斷升級，測控所需的資源量不斷增加，這進(jìn)一步導(dǎo)致了系統(tǒng)日益復(fù)雜且規(guī)模越來越龐大。這些挑戰(zhàn)使得測控投資的保護(hù)需求日益提高，其重要性也越來越凸顯。因此，需要采取相應(yīng)的措施來解決這些難題，以確保測控系統(tǒng)的高效運作和持續(xù)發(fā)展。而面對這些難題，通常會選擇在硬件上降低成本，如使用標(biāo)準(zhǔn)化的測試儀器。但是再標(biāo)準(zhǔn)化的儀器終究還是一個成本產(chǎn)生點，在這個基礎(chǔ)上虛擬儀器的出現(xiàn)很好地解決了這個問題，虛擬儀器是對傳統(tǒng)儀器的重大突破[3]。而Labview是一種用于設(shè)計虛擬儀器的圖形程序設(shè)計系統(tǒng)。Labview使用虛擬面板（前面板）和程序框圖（后面板）作為整個用戶界面，這個軟件被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)和實驗室。其在數(shù)據(jù)采集和處理方面，更是能夠通過標(biāo)準(zhǔn)的模塊搭建來輕松完成。通過Labview，用戶可以輕松地對各種物理量進(jìn)行測量、監(jiān)測和控制，幫助用戶快速地完成各種實驗和任務(wù)。1.2研究背景及意義基于Labview的溫度采集是一種新型的測量技術(shù)，在實際應(yīng)用中受到越來越多的關(guān)注[4]。這項技術(shù)具有快速、準(zhǔn)確、可靠、易操作等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)控、生物學(xué)和工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域，其主要目的是通過數(shù)值化記錄數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)不再只是某個瞬間的數(shù)字，而可以提供更多的信息。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速提高和實際需求的不斷變化，深入研究開發(fā)這項技術(shù)的基礎(chǔ)理論并運用至實際方案，有重要的學(xué)術(shù)價值且對實際問題有深遠(yuǎn)的影響在當(dāng)前的社會背景下，溫度測量已經(jīng)成為了各個行業(yè)的必備技術(shù)手段之一。精確地測量和控制溫度對于保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有非常重要的意義。因此，對于基于Labview的溫度采集技術(shù)進(jìn)行研究，可以為各個行業(yè)提供更準(zhǔn)確可靠的溫度控制手段，為生產(chǎn)和實驗提供更好的服務(wù)。物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)溫度有關(guān)，例如通過熱電效應(yīng)來測量溫異、化學(xué)反應(yīng)的吸放熱等。目前，傳統(tǒng)的溫度測量控制系統(tǒng)通常采用硬件實現(xiàn)的傳統(tǒng)儀器。然而，這些傳統(tǒng)儀器在出廠的那一刻就已經(jīng)被定型了，用戶購買使用的是哪一款儀器，只能根據(jù)用戶自身需求，一旦出現(xiàn)需求變化則需要再次購買新的儀器。相比之下，利用虛擬儀器開發(fā)和設(shè)計的溫度測量系統(tǒng)則采用普通的PC機(jī)作為主機(jī)，并以圖形化可視軟件Labview為軟件開發(fā)平臺，從而完美的繞開了傳統(tǒng)儀器不能夠隨意改變功能的缺點，因此在控制領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。虛擬儀器具備靈活性、可擴(kuò)展性好、性價比高以及人機(jī)界面友好等優(yōu)點。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀溫度采集系統(tǒng)在國內(nèi)外都得到了廣泛的研究和應(yīng)用。國內(nèi)的研究主要集中在傳感器的選擇和系統(tǒng)設(shè)計上，而國外研究則更注重于系統(tǒng)的自動化控制和數(shù)據(jù)處理方面。同時，隨著科技的不斷發(fā)展，基于Labview的溫度采集系統(tǒng)也在不斷地更新和完善。因此，深入探究相關(guān)技術(shù)并提出新的解決方案，對于不斷提高溫度測量的精度和效率將具有重要的促進(jìn)作用。在國內(nèi)，隨著Labview軟件在不同行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，該軟件在溫度采集領(lǐng)域也得到了快速發(fā)展。很多學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)開展了大量的研究工作，提出了許多新的方法和技術(shù)，如多通道溫度采集、紅外測溫技術(shù)結(jié)合基于Labview的溫度采集等。在國外，基于Labview的溫度采集研究也取得了一定的進(jìn)展。許多知名大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)都積極探索和研究相關(guān)技術(shù)，提出了很多新的想法和方法。不過，國內(nèi)外的研究在方法和應(yīng)用場景上存在一定的差異。國內(nèi)學(xué)者更多地關(guān)注了溫度采集數(shù)據(jù)的處理方法，如基于小波變換的溫度信號處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的數(shù)據(jù)預(yù)處理等；而國外學(xué)者則注重基于傳感器的溫度測量算法研究，包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和紅外傳感器測量技術(shù)等。此外，目前仍存在許多技術(shù)瓶頸，如精密度、測量精度、抗干擾能力等問題，這意味著需要投入更多的資源和努力來尋找更好的解決方案。綜上所述，國內(nèi)外基于Labview的溫度采集研究已經(jīng)取得一定的進(jìn)展，但仍有待進(jìn)一步深入探討和研究，特別是在理論研究、方法創(chuàng)新和應(yīng)用場景拓展等方面。這將為提高溫度測量精度和效率，促進(jìn)各行業(yè)的技術(shù)發(fā)展和工業(yè)升級。1.4溫度采集技術(shù)的介紹溫度采集是數(shù)據(jù)采集中的一類，它利用傳感器從外部環(huán)境中采集溫度數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的對應(yīng)通道傳輸?shù)絇C端。該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究開發(fā)類和生產(chǎn)現(xiàn)場類兩個場合，如鑄造設(shè)備的模具溫度分布、電機(jī)表面溫度等。被采集的數(shù)據(jù)都是已被轉(zhuǎn)換為電信號的溫度，其形式可以是模擬量或是數(shù)字量。要將采集到的數(shù)字信號采集到計算機(jī)中，還需要有一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DataAcQuisition,DAQ）也就是前面講到的溫度采集系統(tǒng)。它包括：傳感器、變換器、信號調(diào)理設(shè)備、溫度采集儀器、軟件驅(qū)動、PC端、軟件等。不同的傳感器與變換器就能夠得到不同的物理量與不同精度的數(shù)據(jù)。信號調(diào)理設(shè)備能夠?qū)⒔?jīng)由變換器轉(zhuǎn)換的電信號進(jìn)行縮放以配對對應(yīng)的溫度采集儀器。PC通過與溫度采集儀器進(jìn)行連接獲得溫度數(shù)據(jù)。軟件負(fù)責(zé)系統(tǒng)的啟停。本論文中的溫度采集系統(tǒng)基礎(chǔ)構(gòu)成是：傳感器ADAM-4118將傳感器信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換變成模擬信號，再經(jīng)過放大器放大后，被發(fā)送到PCDAQ中。PCDAQ通過ModbusRTU協(xié)議讀取ADAM-4118傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。據(jù)此，能夠畫出溫度采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成圖如圖1.1所示。圖1.1溫度采集系統(tǒng)構(gòu)成圖1.5虛擬儀器1.5.1虛擬儀器的概念在現(xiàn)代儀器系統(tǒng)中，計算機(jī)已經(jīng)與儀器結(jié)合得非常緊密，成為整個系統(tǒng)的核心[5]。虛擬儀器是將儀器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、總線技術(shù)和軟件技術(shù)緊密地融合在一起，它充分利用現(xiàn)有計算機(jī)資源，利用計算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)字處理能力實現(xiàn)儀器的大部分功能，打破了傳統(tǒng)儀器的框架，形成的一種新的儀器模式[6]。虛擬儀器還能夠根據(jù)用戶不同的要求對其進(jìn)行修改和擴(kuò)展，在測量過程中可以方便地改變控制范圍的參數(shù)，增加可調(diào)節(jié)性[7]。與傳統(tǒng)的實體儀器不同，虛擬儀器不需要使用專門的硬件電路，而是通過軟件程序進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)處理。虛擬儀器具有靈活性高、功能強(qiáng)大、易擴(kuò)展、易維護(hù)等特點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于科研、工業(yè)自動化、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保監(jiān)測、教育等領(lǐng)域[8]。常見的虛擬儀器開發(fā)平臺包括Labview、MATLAB等。而當(dāng)前工業(yè)的發(fā)展對測控系統(tǒng)提出的要求越來越高[9]。傳統(tǒng)的溫度測量控制系統(tǒng)不僅成本高，且外圍電路復(fù)雜，測量的溫度準(zhǔn)確度低。因此本設(shè)計使用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器來完成溫度測量，它更多地強(qiáng)調(diào)了軟件在儀器設(shè)計中的作用。1.5.2虛擬儀器的優(yōu)勢在對多類型、多通道信號同時進(jìn)行檢測和控制中，傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)能力有限[10]。相較于傳統(tǒng)儀器的缺點：不同測量需要不同的儀器、儀器無法隨意更改構(gòu)造、使用不方便等。虛擬儀器有著更大的優(yōu)勢：（1）成本低：虛擬儀器只需要一臺計算機(jī)和相應(yīng)的軟件，相較于傳統(tǒng)儀器的成本要低得多。（2）可定制性強(qiáng)：虛擬儀器設(shè)備可以由使用者自己定義，而傳統(tǒng)儀器則需要購買不同類型的儀器來滿足不同的需求[11]。（3）可擴(kuò)展性強(qiáng)：虛擬儀器可以通過軟件升級、添加模塊等方式實現(xiàn)功能的擴(kuò)展，而傳統(tǒng)儀器則需要購買新的儀器來滿足新的需求[12]。（4）可視化更直觀：虛擬儀器具有豐富的圖形顯示功能，能夠?qū)⒏鞣N數(shù)據(jù)以圖形的形式展示出來。（5）實時性更好：虛擬儀器可以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集、處理和顯示，能夠滿足實時控制和監(jiān)測的需求。（6）可移植性強(qiáng)：虛擬儀器不受物理空間限制，可以在不同的工作環(huán)境下使用，增強(qiáng)了工作的靈活性和可移植性。1.5.3虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成包括兩個部分：硬件負(fù)責(zé)采集、處理數(shù)據(jù)，軟件則負(fù)責(zé)實現(xiàn)虛擬儀器的各項功能。硬件部分主要有：（1）傳感器：負(fù)責(zé)實時采集物理量的變化并將其轉(zhuǎn)換成電信號輸出。（2）信號處理芯片：用于對采集到的電信號進(jìn)行處理，如濾波、放大、增益控制等。（3）數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片：將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便于計算機(jī)進(jìn)行處理。（4）數(shù)據(jù)采集卡：接收來自傳感器和信號處理芯片的信號，并將其轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可識別的數(shù)字信號。（5）計算機(jī)：作為虛擬儀器的核心，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、存儲、顯示等功能。軟件部分主要有：（1）操作系統(tǒng)：為虛擬儀器提供基本的軟件環(huán)境。（2）虛擬儀器的應(yīng)用軟件：負(fù)責(zé)實現(xiàn)虛擬儀器的各項功能，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析等。（3）數(shù)據(jù)庫：用于存儲和管理采集到的數(shù)據(jù)。1.6本文結(jié)構(gòu)安排本論文的核心是基于Labview的溫度實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。主要內(nèi)容如下：第1章主要闡述了基于Labview的溫度采集設(shè)計的研究背景與意義、溫度采集技術(shù)的介紹，以及在Labview中搭建的虛擬儀器。第2章總體介紹了溫度采集的總體設(shè)計，包括總體功能需求分析，總體框架與模塊的選擇。第3章總體介紹了程序設(shè)計，詳細(xì)闡述了各個模塊的原理與作用。第4章闡述了實驗?zāi)康?、實驗過程、實驗結(jié)果與分析。

第2章系統(tǒng)總體設(shè)計2.1功能需求分析2.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計需求本設(shè)計是基于Labview的溫度實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在本設(shè)計中需要實現(xiàn)的目標(biāo)有：（1）實時溫度數(shù)據(jù)顯示。當(dāng)使用傳感器采集數(shù)據(jù)時，這些數(shù)據(jù)需要被展示出來才能被觀察到。因此，需要設(shè)計一個模塊，它可以實時地顯示所收集到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分為數(shù)值和圖表兩種方式進(jìn)行展示。（2）數(shù)據(jù)回放。采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，將其轉(zhuǎn)化為可讀取的數(shù)字，并顯示在用戶界面上。同時，為了更好地理解溫度數(shù)據(jù)的變化趨勢，設(shè)計一個圖表回放，這可以將采集到的溫度數(shù)據(jù)顯示出來，并將數(shù)據(jù)制作成相應(yīng)的圖表。在圖表回放過程中，用戶可以通過改變時間軸的方式，自由調(diào)整圖表的時間跨度，以更精細(xì)的觀察數(shù)據(jù)。（3）超溫報警。溫度采集的主要目的是為了能夠及時地監(jiān)測某一區(qū)域內(nèi)的溫度變化情況，以確保在溫度發(fā)生超出限度的變化時能夠做出正確的處理。為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，需要設(shè)置一個報警模塊來提醒使用者是否需要采取措施。這個報警模塊通常會與溫度傳感器或探頭相連，并監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)的變化狀態(tài)。如果溫度數(shù)據(jù)超出了預(yù)設(shè)的閾值范圍，則會觸發(fā)報警，提示使用者可能存在異常情況。（4）數(shù)據(jù)存儲與讀取。在數(shù)據(jù)采集過程中，需要將采集到的數(shù)據(jù)存儲在一個地方，以便在將來需要使用這些數(shù)據(jù)時能夠輕松地找到。（5）多點采集。在一個區(qū)域內(nèi)，由于各種因素的影響，不同位置的溫度可能存在差異。如果需要了解這個區(qū)域的整體溫度情況，則需要進(jìn)行多點采集并求出平均值。具體來說，需要設(shè)計一個能夠進(jìn)行多點溫度采集的系統(tǒng)或設(shè)備，并將其放置在需要監(jiān)測的區(qū)域中，以便同時測量不同位置的溫度值。這個系統(tǒng)或設(shè)備通常會包括多個溫度傳感器或探頭，其中每個傳感器或探頭都可以單獨測量一個位置的溫度。通過將這些測量數(shù)據(jù)收集起來并取其平均值，就可以得到這個區(qū)域的整體溫度情況。（6）高精度采集。在一些科學(xué)研究和工業(yè)制造的場景中，需要對某些物理量進(jìn)行高精度的測量，溫度是其中之一。這些場景包括實驗室中的物理、化學(xué)和材料科學(xué)等研究領(lǐng)域，以及在制造過程中的半導(dǎo)體制造、電子元器件制造等領(lǐng)域。在這些場景下，需要對溫度進(jìn)行高精度測量和控制，以獲得準(zhǔn)確的實驗數(shù)據(jù)和保證產(chǎn)品質(zhì)量。這就要求需要一個有高分辨率的溫度測量模塊，能夠以足夠高的精度捕捉到溫度變化的微小差異。這種模塊通常會具有更高的分辨率、更快的響應(yīng)速度、更好的穩(wěn)定性和更廣泛的溫度范圍等特性，以滿足不同場景下的需求。2.1.2各功能實現(xiàn)思路需要實現(xiàn)的功能主要分為兩個部分：程序部分與硬件部分。程序部分有實時溫度數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)回放、超溫報警、數(shù)據(jù)存儲與讀取，這些功能都需要在Labview中的前面板進(jìn)行虛擬儀器搭建以及在后面板中進(jìn)行虛擬儀器相關(guān)的程序的連接才能實現(xiàn)。如實時溫度數(shù)據(jù)顯示需要在前面板中搭建虛擬儀器的圖表顯示儀器和數(shù)值顯示模塊，以實現(xiàn)直觀的觀測到溫度數(shù)據(jù)的功能。在前面板中搭建虛擬儀器之后還需要在后面板（程序面板）將相關(guān)的面板的程序模塊與數(shù)據(jù)進(jìn)行連接，才能夠讓前面板中的虛擬儀器正常工作。硬件部分有多點采集、高精度采集。多點采集需要設(shè)計中的采集模塊有多個溫度傳感器來進(jìn)行采集。高精度測量則需要采集模塊的數(shù)據(jù)處理分辨率能夠達(dá)到要求。目前有一塊溫度采集模塊符合本設(shè)計要求——ADAM-4118（以下簡稱4118）。考慮實際的使用與實驗設(shè)計或許有一定的環(huán)境差別，硬件部分還需要具有一定的自我保護(hù)能力以保證采集到的數(shù)據(jù)能夠保證穩(wěn)定且準(zhǔn)確。2.2系統(tǒng)總體框架根據(jù)總體設(shè)計要求，硬件部分使用ADAM-4118作為溫度采集模塊。4118的8個采集通道連接上J型熱電偶，通信通道接RS485轉(zhuǎn)USB數(shù)據(jù)線連接PC端，電源口外接12V電源進(jìn)行供電以完成整個硬件部分的連接；程序部分搭建好信號連接采集模塊、數(shù)據(jù)整合處理模塊、超溫報警模塊、數(shù)據(jù)回放模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。2.3系統(tǒng)工作過程操作整個系統(tǒng)前需要將所有部分的連接都做好：12V外接電源、4118與PC端信號連接、采集通道的熱電偶連接等。在確認(rèn)所有部分連接好后，檢查4118的模式狀態(tài)需要處在Normal。切換初始化狀態(tài)的開關(guān)在模塊右側(cè)，撥到INIT為初始化狀態(tài)（配置狀態(tài)），撥到Normal為用戶正常使用狀態(tài)，如圖2.1所示。圖2.1模式切換撥碼切換開關(guān)的操作必須在模塊斷電狀態(tài)下進(jìn)行才有效。切換好4118的模式后通過設(shè)置軟件將4118的波特率、地址、校驗位和停止位設(shè)置到需要的值。上述工作完成后即可在PC端開始運行程序。此時程序內(nèi)的信號連接采集模塊讀取到來自4118內(nèi)的溫度信息后，將溫度信息送至數(shù)據(jù)整合處理模塊。數(shù)據(jù)整理模塊會將收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后整合分別打包給超溫報警模塊、數(shù)據(jù)回放模塊、數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。超溫報警模塊檢測到數(shù)據(jù)中有異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)會進(jìn)行報警工作；數(shù)據(jù)回放模塊能將收集到的數(shù)據(jù)在歷史數(shù)據(jù)中展現(xiàn)出來；數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊能將得到的數(shù)據(jù)制成Excel表格導(dǎo)出至設(shè)置到的文件夾內(nèi)。根據(jù)工作過程得出工作流程圖，如圖2.2所示。圖2.2系統(tǒng)工作流程圖2.4模塊的選擇硬件部分的選擇綜合考慮需要實現(xiàn)的功能與在實習(xí)時接觸的工具后，本設(shè)計選擇ADAM-4118來作為整個溫度采集系統(tǒng)的采集模塊。ADAM-4118作為一款高性能的多路模擬輸入模塊，具有以下優(yōu)點：（1）高精度的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換：ADAM-4118支持高達(dá)16位的分辨率和250k樣本/秒的采樣速率，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。（2）多種保護(hù)功能：ADAM-4118具有多種保護(hù)功能，如過壓保護(hù)、過流保護(hù)和電隔離等，可以保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備免受潛在的電氣干擾和損壞。（3）多種通信接口：ADAM-4118支持RS-485、RS-232和Ethernet通信接口，可以與各種不同的設(shè)備進(jìn)行通信，具有很好的兼容性和可擴(kuò)展性。（4）容易安裝和維護(hù)：ADAM-4118采用緊湊型的設(shè)計，易于安裝和維護(hù)，大大降低了用戶的使用成本和維護(hù)成本。由于4118具有的這些優(yōu)點完美符合本設(shè)計的要求，所以在硬件部分選擇它作為采集模塊。程序部分的選擇主要集中在前面板虛擬儀器的選擇。數(shù)據(jù)整合處理模塊中選擇八個數(shù)值顯示控件和一個波形圖表來顯示八個通道所采集到的溫度數(shù)據(jù)，如圖2.3、圖2.4所示。圖2.3數(shù)值顯示控件圖2.4波形圖表超溫報警模塊中選擇了八個布爾燈分別顯示八個通道的報警，如圖2.5所示。圖2.5布爾燈組圖2.6歷史數(shù)據(jù)回放數(shù)據(jù)回放模塊選擇的是與數(shù)據(jù)顯示一樣的另八個數(shù)值顯示控件與另一個波形圖表。整個歷史數(shù)據(jù)回放都放在選項卡控件的另一個頁面，如圖2.6所示。前面板的虛擬儀器定好后就可以在后面板（程序面板）中進(jìn)行對應(yīng)的程序設(shè)計。

第3章系統(tǒng)程序設(shè)計3.1Labview簡介Labview是一種流程化編程語言和開發(fā)環(huán)境，由國家儀器公司（NationalInstruments）開發(fā)，主要用于控制、測量和測試等領(lǐng)域[13]。Labview具有易學(xué)易用、靈活性強(qiáng)、可視化編程等特點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、儀器儀表、通信、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域。Labview的編程思想是基于數(shù)據(jù)流編程。在數(shù)據(jù)流編程中，程序的執(zhí)行不由if、while之類的控制語句決定，而是由數(shù)據(jù)流的傳輸決定。這種編程方式強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的流動和轉(zhuǎn)換，而不是程序的控制流程。這種編程思想使得程序結(jié)構(gòu)一目了然，方便了后續(xù)接手的工作人員能夠快速看懂程序并按照需求進(jìn)行擴(kuò)展。Labview使用圖形化語言，使用圖形符號代表編程元素，例如加減乘除、邏輯運算、函數(shù)調(diào)用等[14]。G語言的學(xué)習(xí)曲線較為平緩，即使是沒有學(xué)習(xí)過任何匯編語言的新手也能夠快速看懂并進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。除了基本的編程功能外，Labview還提供了許多工具箱和模塊，例如控制設(shè)計與模擬、信號處理、數(shù)據(jù)采集與分析等，可以拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和功能。Labview設(shè)計的程序被稱為虛擬程序，它主要由以下幾個部分組成：（1）前面板（FrontPanel）：是用戶與程序交互的界面，可以包含圖形控件、文本框、數(shù)字顯示器、按鈕等。（2）后臺（BlockDiagram）：是程序的主要邏輯部分，包含了程序的算法、數(shù)據(jù)流和控制流。（3）控制面板（ControlPanel）：用于配置和管理程序的各種輸入和輸出。（4）工具欄（Toolbar）：包含了各種快捷操作按鈕，例如運行、停止、暫停、調(diào)試等。（5）調(diào)試工具（DebuggingTools）：用于調(diào)試程序，例如斷點、單步執(zhí)行、查看變量值等。（6）庫（Libraries）：提供了一些常用的功能模塊和工具，例如數(shù)據(jù)處理、圖像處理、通信等。（7）VI（VirtualInstruments）：是Labview的基本單元，可以包含一個或多個前面板、后臺和控制面板。每個VI都代表一個獨立的程序模塊。（8）資源瀏覽器（ProjectExplorer）：用于管理和組織程序的各種資源，例如VI、文件、目錄等。3.2程序的總體框架設(shè)計思路程序框架設(shè)計是一個軟件開發(fā)項目中重要的部分，它決定了項目的整體結(jié)構(gòu)和代碼架構(gòu)，對于項目的成功實施和后期維護(hù)具有至關(guān)重要的作用。以下是程序總體設(shè)計框架：（1）程序入口程序入口是整個程序的出發(fā)點，也是整個程序的運行起點。在程序入口中，需要完成初始化工作，包括但不限于初始化全局變量、導(dǎo)入必要的庫、設(shè)置運行環(huán)境等。同時，程序入口也應(yīng)該包括程序的退出處理，包括清理資源、關(guān)閉文件、釋放內(nèi)存等。（2）主函數(shù)主函數(shù)是整個程序的核心部分，它可以配合其他各種功能模塊，實現(xiàn)程序的主要邏輯。主函數(shù)應(yīng)該根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)計，可以分為多個子函數(shù)，每個子函數(shù)專門處理某個功能模塊，或是直接在一個函數(shù)中完成所有功能。（3）庫函數(shù)庫函數(shù)是指一些通用的功能模塊，可以被多個模塊調(diào)用，起到了代碼重復(fù)利用的效果。庫函數(shù)應(yīng)該分門別類，按照功能進(jìn)行分類管理，以便于程序的調(diào)用和維護(hù)。但在Labview中基礎(chǔ)的庫函數(shù)已被分類整理好，更高級的函數(shù)也有對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫可下載調(diào)用。（4）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)程序中涉及到的數(shù)據(jù)通常是非常復(fù)雜的，因此需要使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來進(jìn)行管理和操作。例如，鏈表、數(shù)組、隊列等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可以被用于程序中的數(shù)據(jù)管理。（5）異常處理程序開發(fā)過程中難免會遇到各種錯誤和異常情況，如何快速且精準(zhǔn)地處理這些異常情況也是程序開發(fā)的一個重要部分。合理的異常處理能夠減少程序的崩潰和錯誤，保證程序的穩(wěn)定性和可靠性。3.3程序的各個功能模塊3.3.1采集模塊整個程序的開始需要先使用ADAM-4118采集模塊對外部的信息進(jìn)行采集，如圖3.1所示。圖3.1ADAM-4118實物圖其工作過程如下：（1）傳感器連接：使用終端塊連接傳感器，將模擬信號輸入到ADAM-4118的相應(yīng)通道。在本設(shè)計中傳感器使用J型熱電偶。（2）信號采樣與轉(zhuǎn)換：ADAM-4118對8個通道的信號進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。（3）傳輸數(shù)據(jù)：在現(xiàn)場總線普及之前非常多的儀表或者設(shè)備都是通過RS232或者RS485通訊接口來和計算機(jī)進(jìn)行通訊[15]。這里使用的技術(shù)是將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號通過RS-485轉(zhuǎn)USB發(fā)送給PC端以供進(jìn)一步處理。圖3.2連接模塊3.3.2信號連接采集模塊程序面板中需要設(shè)置好波特率9600、ModbusRTU模式、端口序號以及校驗碼與停止位以正常與采集模塊進(jìn)行連接，如圖3.2所示。通過上述設(shè)置完成連接后即可接收到來自經(jīng)過4118轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，并將數(shù)字傳輸至下一模塊。3.3.3數(shù)據(jù)整合處理模塊數(shù)字信號經(jīng)過信號連接采集模塊的傳輸?shù)竭_(dá)數(shù)據(jù)整合處理模塊。根據(jù)Modbus協(xié)議讀到的數(shù)值為16進(jìn)制或10進(jìn)制的整數(shù)，數(shù)值從0-65535，對應(yīng)量程的上下限，在Labview中編寫J型熱電偶對應(yīng)的轉(zhuǎn)換程序，如圖3.3所示。圖3.3數(shù)據(jù)整合處理模塊轉(zhuǎn)換程序是根據(jù)公式（3.1）進(jìn)行編寫的。(3.1)在公式(3.1)中，t表示由4118傳輸來的數(shù)字信號；a表示為J型熱電偶的量程上限760；c表示為Modbus讀取到的10位或16位整數(shù)的上限65535。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)再經(jīng)過整合后才能夠用在顯示、儲存、報警、回放模塊。3.3.4儲存讀取模塊在經(jīng)過數(shù)據(jù)整合處理模塊處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絻Υ孀x取這一步后，通過創(chuàng)建/打開二進(jìn)制文件、寫入文件以及對文件路徑的設(shè)置這三個控件即可完成儲存；通過路徑設(shè)置、打開二進(jìn)制文件以及讀取二進(jìn)制文件即可完成讀取，如圖3.4所示。圖3.4儲存讀取模塊該模塊能夠在指定文件路徑中創(chuàng)建一個數(shù)據(jù)存檔，這個存檔能夠?qū)⒈敬纬绦蜻\行時采集到的所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行收集保存操作，并通過讀取該存檔，將存檔內(nèi)的數(shù)據(jù)制成圖展示在歷史溫度顯示界面。同時在本設(shè)計中為了能夠直觀地看到回放的效果，回放的整個過程將會在程序運行時自動在前面板的歷史溫度顯示界面完整展示。圖3.5報警模塊3.3.5超溫報警模塊經(jīng)過數(shù)據(jù)整合處理模塊處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綀缶K。超溫報警模塊是設(shè)置了溫度的上下限，并將傳輸進(jìn)來的數(shù)據(jù)與上下限進(jìn)行一個比較，若溫度數(shù)據(jù)超過了上下限則會進(jìn)行報警。報警功能則是由八個報警燈組成，八個燈分別對應(yīng)了八個通道，使得中無論哪一個通道采集到的數(shù)據(jù)出現(xiàn)超溫的情況都能夠立刻發(fā)出警報，如圖3.5所示。3.3.6溫度信號的顯示模塊顯示模塊是由虛擬儀器在前面板拼接而成，分為兩個部分：實時溫度顯示以及歷史溫度顯示，如圖3.6，圖3.7所示。實時溫度顯示是將數(shù)據(jù)處理完后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個簇的捆綁，再將捆綁后的簇放進(jìn)波形圖表與數(shù)值顯示控件中顯示，最后將波形圖標(biāo)的顯示曲線數(shù)以及時間軸等元素設(shè)置好后即可正常顯示實時溫度；歷史溫度顯示是將儲存后的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取操作后，將讀取后的數(shù)據(jù)捆綁成簇放進(jìn)波形圖表與數(shù)值顯示控件中，后續(xù)操作與實時溫度顯示一致。同時為了方便觀測，將超溫報警模塊與程序是否正常運行的前面板虛擬儀器也放在了溫度實時顯示界面。圖3.6實時溫度顯示圖3.7歷史溫度顯示圖3.8數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊3.3.7數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊通過數(shù)據(jù)整合處理模塊處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)導(dǎo)出模塊。整個數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊通過兩個while循環(huán)來控制整個數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊的使用。如圖3.8所示，上半的while循環(huán)部分接收由數(shù)據(jù)整合處理模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；下半的while循環(huán)部分主要負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)存入自動新建的Excel表格中。在這個模塊中為了防止數(shù)據(jù)存儲過快導(dǎo)致程序或PC端卡頓，在上半while循環(huán)中設(shè)置了一個定時，令程序1秒存儲一次數(shù)據(jù)。同時為了使數(shù)據(jù)更加具有準(zhǔn)確性，在程序的前面板設(shè)置了一個“保存”鍵，如圖3.9所示。在程序開始運行后除了數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊以外，所有模塊都會開始正常工作。而數(shù)據(jù)保存模塊由于在下半while循環(huán)中放置了一個時間結(jié)構(gòu)的函數(shù)，該模塊只有在前面板中的保存鍵被點擊時才會開始工作。這樣的操作能夠使操作者在需要的時間里開始記錄數(shù)據(jù)，而不必在一堆數(shù)據(jù)中翻找。圖3.9保存按鈕

第4章系統(tǒng)仿真調(diào)試4.1實驗?zāi)康谋菊撐闹荚谠O(shè)計一個基于Labview的實時溫度采集系統(tǒng)，采用多點溫度檢測技術(shù)，能夠檢測較大區(qū)域內(nèi)的溫度變化，并實現(xiàn)以下功能：實時溫度顯示、溫度曲線時間軸的顯示、歷史溫度曲線的顯示以及超限溫度報警。通過實驗，旨在達(dá)到以下目的：（1）掌握利用傳感器采集溫度電壓并輸出到計算機(jī)虛擬儀器程序的方法；（2）利用Labview對所測量到的溫度進(jìn)行判斷并實現(xiàn)超限溫度報警和溫度調(diào)整等功能；（3）了解多點溫度檢測技術(shù)和數(shù)據(jù)采集方法；（4）提高測溫準(zhǔn)確度、實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲和記錄，方便后續(xù)工作分析和處理。4.2實驗結(jié)果實驗環(huán)境和實驗設(shè)置：本次實驗所采用的是ADAM-4118熱電偶輸入模塊、Labview圖形編程軟件、J型熱電偶。J型熱電偶的測量量程是-100—760℃。（1）實時溫度測量結(jié)果：程序開始運行之后，溫度數(shù)據(jù)通過Labview程序?qū)崿F(xiàn)的實時溫度采集結(jié)果，如圖4.1所示。圖4.1實時溫度顯示（2）超限溫度報警效果分析：若在采集數(shù)據(jù)時超溫報警模塊發(fā)現(xiàn)有通道溫度超限，則會進(jìn)行報警，如圖4.2所示。圖4.2報警時的超溫報警模塊（3）多點溫度檢測分析：將八個通道上的熱電偶分布在區(qū)域內(nèi)的八個不同地點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，如圖4.3所示。圖4.3多點溫度采集（4）數(shù)據(jù)存儲與記錄分析：數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出至excel表格中，方便后續(xù)的統(tǒng)計觀察，如圖4.4所示。圖4.4溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)出

結(jié)論本文基于LabVIEW設(shè)計了一個實時溫度采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有多點溫度檢測功能，可對較大區(qū)域內(nèi)的溫度變化進(jìn)行檢測。本設(shè)計實現(xiàn)了以下功能：（1）在-10℃~+85℃范圍內(nèi)，系統(tǒng)的溫度測量精度達(dá)到了±0.5℃，并且可以根據(jù)用戶需要編程分辨率，從而實現(xiàn)高精度測溫。此外，為了提高測量準(zhǔn)確性，采集了多個數(shù)據(jù)并取平均值，有效地降低了測量誤差。（2）在超限溫度報警方面，系統(tǒng)能夠?qū)λ鶞y量到的溫度進(jìn)行判斷，當(dāng)環(huán)境中的溫度超出合理范圍時即時報警，并控制外部儀器如空調(diào)等對溫度進(jìn)行調(diào)整，從而保證生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性和安全性。（3）在數(shù)據(jù)存儲和展示方面，系統(tǒng)具備記錄溫度歷史和溫度報警歷史的能力。用戶可以隨時查詢歷史溫度數(shù)據(jù)以及報警