基于LabVIEW和USB

嘉兴学院毕业设计（论文）开题报告
题目：基于LabVIEW和USB 技术的温室环境监控系统设计
学院名称：机电工程学院专业班级：电信112 学生姓名：周侠杰
1.选题背景和意义
随着虚拟仪器技术在测控系统的广泛使用，测控技术走向软件化、图形化的趋势明显，虚拟仪器“以软代硬”的思想，在大大降低工程中硬件所占比重的同时，也大大降低了工程技术人员使用门槛．但在学习LabVIEW语言时存在的问题是供学习使用的硬件不多。

价格高的硬件是摆在每一位学虚拟仪器数据采集的学习者很难解决的矛盾，对于希望学习LabVIEW的广大工程技术人员而言，开发一种易学易用的成本低廉的智能仪表帮助学习虚拟仪器设计。

是很有意义的。

基于这种思想，在实验室设计了以单片机为下住机，以LabVIEW软件作为上位机的虚拟仪器学习实验平台，该平台价格低．工程技术人员或学生可以通过该平台的学习，很快上手开发实际工程，因而本实验装置具有很强的实用价值[1]。

温度是工农业生产的主要环境参数,对其进行适时准确的测量具有重要意义。

很多生产设备、热工装置及大型仓库等需要进行温度测量，但由于许多工作场合环境恶劣,不宜采取人工测量,因此,设计一种能够进行温度的自动检测系统
具有较为广泛的应用价值。

根据温度传感器的性能特点和测试要求，利用虚拟仪器(Virtual Instruments，简称VI)[2]代替真实的仪器设备,基本不用投入仪器设备及硬件,设计出具有优越性价比的传感器特性测试系统。

本设计在LabVIEW虚拟仪器平台上开发出一个温度采集系统，利用LabVIEW的良好界面对数据采集进行有效控制，在LabVIEW里实时显示数据。

但是LabVIEW开发的虚拟仪器通常都是建立在LabVIEW支持的价格昂贵的数据采集硬件之上的。

以单片机为核心的多点温度采集虽然硬件成本较低，但开发过程复杂，编程工作量大，周期长，效率低[3]。

为提高系统的性价比，本课题以单片机为核心的最小系统作为前端的数据采集系统，通过串口与PC机进行连接，LabVIEW软件自身有串口驱动程序，可以实现串口功能，将采集到的数据传送到PC机主系统，在LabVIEW环境下对数据进行处理与分析。

这样，既充分利用了LabVIEW的强大功能，又发挥了单片机快速及灵活的特点，降低了系统的开发成本，提高了效率[4]。

2.相关研究的最新成果及动态
2.1.基于LabView的人体经络动态阻抗检测与模型辨识
中医对经络的研究历史源远流长,而结合电阻抗检测技术的经络研究又是现代经络研究的热门课题。

电阻抗测量作为非侵入式、无损的测量方法在临床应用上有着不可比拟的优势和临床研究价值。

根据中医理论,经络具有反映人体五脏六腑生理状态的功能,并且作为经络重要门户的原穴点又是经络状态的集中体现。

由此,特设计了基于虚拟仪器LabView的便携式人体经络动态阻抗检测系统,对十二经络的原穴点进行动态跟踪检测,并结合辨识理论,提出经络的阻抗模型并对其进行数据建模与参数辨识[5]。

2.2.基于LabVIEW平台多路并行动态测试虚拟仪器的研究
主要工作就是利用个人计算机为基础硬件平台,针对运行状态下的大型复杂结构动态性能测试研制出多路并行动态测试虚拟仪器.经过分析比较,硬件选用美国国家仪器公司(NI)的PCI-4472数据采集卡,软件选用图形化编程语言LabVIEW,设计了集数据采集、信号分析为一体的动态测试虚拟仪器.论文的具体工作有:(1)采用了多功能、模块化的程序设计方法,设计了包括数据采集、数据分析、数据存取、数据输出等四个模块,其中数据采集模块实现了触发采集数据的功能.(2)设计出的动态测试虚拟仪器可以同时对多个通道进行并行数据采集和分析,并可将测量到的数据进行存盘.(3)为了验证虚拟仪器的测试、分析功能进行了虚拟仪器的测试性能仿真实验,并将用虚拟仪器实验测量分析的结果与HP35670动态信号分析仪分析的结果进行了比较,验证了动态测试虚拟仪器的软硬件性能[6]。

2.3.基于LabVIEW设计了力传感器动态测量仿真系统
在仿真研究的基础上,设计了应用于实际的力传感器动态测量平台。

该平台山应变式力传感器、数据采集模块、系统辨识模块、动态补偿模块和线性插值模块组成,用于测量落锤式冲击力标准装置产生的标准冲击力。

实验证明：该平台拓宽了系统的工作频带,改善了系统的动态性能,减小了动态误差[7]。

2.4.基于LabVIEW的码头管道危险性动态分级研究
为了有效、合理地对码头管道进行分级管理,本文设计了一种在LabVIEW环
境中基于DT法的码头管道危险性动态分级系统。

该系统通过模拟码头管道危险物质泄漏造成的事故后果,计算出11种事故后果伤害参数作为分级指标,并将这11种分级指标代入DT动态分级模型进行计算,可快速得到码头管道的危险性等级。

通过将该系统应用于实际码头管道危险性分级,仿真模拟结果表明:这种在LabVIEW环境中基于DT法的码头管道危险性动态分级系统可以快速、有效、准确地实现码头管道危险性的实时动态分级,可为码头安全管理提供重要的依据,同时LabVIEW的应用也避免了复杂的人工计算[8]。

2.5.基于LabVIEW的砂带磨削力动态监控系统研究
目前砂带的需求量越来越大,砂带的磨削性能是评价砂带优劣的主要因素,而磨削力是评价砂带磨削性能的重要指标。

以SDSYB50砂带磨削试验机为硬件平台,构建砂带磨削力动态监控系统,实现磨削力信号的获取、采集、分析和识别、输出等,并利用LabVIEW软件对砂带的磨削状态进行监控,对砂带的锋利度和耐用度作出评价,为生产和使用砂带的选择提供科学依据[9]。

2.6.基于LabVIEW的局域网动态加密远程监控系统设计
提出了一种基于LabVIEW，利用TCP协议，现有局域网和USB摄像头实现远程监控的方法。

该方法通过LabVIEW2012及其基础软件包、VDM、V AS 实现了监控系统设计。

为确保监控信息安全，设置了动态加密及密码验证环节。

该方法具有成本小，易于实现的特点，拓展了现有校园局域网的应用范围，为校园及相似场所的远程监控、预防盗窃犯罪事件的发生，提供了一种简易实现、效能可靠的新型技术手段[10]。

2.7.基于Labview的固定结合面动态特性参数测量
以振动理论为基础并以虚拟仪器软件Labview为开发平台,用分时快速稳态正弦扫频激振的测量方式建立了一套测试系统.以PC机为硬件载体,Labview软件为软件平台,配合其他相关设备以快速稳态正弦扫频激振的方式对试件进行实验测试,可以测得试件结构的频率响应函数曲线,进而计算出结构的固有频率和阻尼比等动态参数,用于结构动态参数的测量实验当中.通过与有限元理论分析的结果进行对比,证明本系统所测数据准确可靠,具有较高的理论意义和实践价值[11]。

2.8.基于LabVIEW的微机保护出口操作板智能校验装置上位机软件设计
针对微机保护出口操作板智能校验装置高效运行、实时准确处理检验数据的要求,对校验装置上位机软件的登录系统、通信模块、数据库的存储和读取、继电器校验模块、报表生成及打印等方面进行了开发设计,对校验装置的工作原理和组成进行了介绍。

运用图形化的LabVIEW语言和数据库编程技术,实现了校验装置上位机软件各部分功能。

研究成果表明,该软件能够高效完成操作板上各继电器的返回值与动作值的校验工作,拥有多功能的操作界面,并已在装置中得到成功应用[12]。

3.课题的研究内容及拟采取的研究方法（技术路线）、研究
难点及预期达到的目标
3.1.系统硬件设计思路：
该系统以一片STC89C52为核心的最小系统作为前端的数据采集系统，两片DS18B20进行温度测量，通过一片MAX232串口与PC机进行连接，LabVIEW 软件自身有串口驱动程序，可以实现串口功能，将采集到的数据传送到PC机主系统，在LabVIEW环境下对数据进行处理与分析。

3.2.系统软件设计思路：
此温度系统的软件设计主要分为两个部分：下位机单片机软件设计和上位机LabVIEW软件设计。

下位机程序用C语言编写，它主要完成对温度数据的读取以及同上位机的串口通讯。

分为几个程序模块：传感器温度控制程序、数据的读程序和写程序、数据存储及回放程序等[13]。

3.3.预期结果:
该环境温度测试系统设计好后能实现如下功能：
①可实现两路温度实时测量，测量范围：0℃~100℃，测量精度：0.5℃，反应时间≤500ms。

②将温度信号送入STC89C52芯片中，经过数据存储模块进行存储，然后通过MAX232与PC机相连，将信号传送至PC机，对温度信号进行分析处理。

③利用数据存储模块和数据回放模块，可以保存并查阅最近100次的温度存储信息[14]。

4.研究工作详细进度和安排
2014年12月查阅和设计任务相关的资料，进行LabVIEW软件的入门学习和初步系统构架设计
2015年1月确定系统结构，进一步的系统框图设计
2015年1月确立工作方案，开题报告撰写
2015年2月对报告进行修正并完善
2015年2月准备开题答辩
2015年3月系统电路初步设计与仿真，巩固和加深C语言的编程能力2015年3月利用LabVIEW软件进行前面板的设计、串口通信模块的设计、温度测量模块的设计、数据存储模块和数据回放模块的设计
2015年4月系统调试
2015年4月系统整体功能通调
2015年5月毕业论文撰写
2015年5月最终答辩
5.参考文献
[1] 张小燕,樊利军.基于Labview的温度检测报警系统[J].北京工业职业技术学院学报,2012,11(1):47-50.DOI:10.3969/j.issn.1671-6558.2012.01.011.
2] 雷国建,刘登科,石启亮等.基于LabVIEW的远程温度检测控制系统设计与实现[J].2012,35(19):111-113.DOI:10.3969/j.issn.1004-373X.2012.19.034.
[3] 张丽娜,姜新华,李红岩等.基于LabVIEW的多点温度检测及系统控制[J].2010,39(4):385-388,392.DOI:10.3969/j.issn.1001-8735.2010.04.014.
[4] 刘树昌,赵海丽,张旻等.基于虚拟仪器的现代温度检测系统的研究[J].长春理工大学学报,2003,26(2):88-90.DOI:10.3969/j.issn.1672-9870.2003.02.029.
[5] 师玉宝,张翔,刘晓奎等.基于LabVIEW技术的温度检测系统[J].物联网技术,2011,(2):70-72.
[6] 李鑫,叶国文.基于虚拟仪器设计温度检测系统[J].电脑迷,2013,(11):15-15,23.DOI:10.3969/j.issn.1672-528X.2013.11.010.
[7] 张青春.基于LabVIEW和USB接口数据采集器的设计[J].仪表技术与传感器,2012,(12):32-34.DOI:10.3969/j.issn.1002-1841.2012.12.012.
[8] 赖冠仲,胡泽,杨智佳等.基于LabVIEW的计算机温度检测器设计[J].数字技术与应用,2010,(3):24-25.
[9] 冯雪,庞尚珍.基于LabVIEW的温度控制系统设计[J].中国科技纵横,2010,(14):147,154.DOI:10.3969/j.issn.1671-2064.2010.14.133.
[10] 魏延萍.基于LabVIEW的温度检测系统的设计[J].自动化技术与应用,2014,33(5):106-108.
[11] 郭变.基于LabVIEW的孵蛋箱温度控制系统设计[D].陕西科技大学,2010.DOI:10.7666/d.y1799022.
[12]詹建国, 潘翔伟. 基于LabVIEW的温度采集系统的研究与开发[J]. 科技资讯, 2010, (15). DOI:10.3969/j.issn.1672-3791.2010.15.008.
[13]刘江. 基于Labview的温度采集系统[J]. 电子制作, 2013, (22).
[14]陈栋.基于LabVIEW平台多路并行动态测试虚拟仪器的研究[D].南京航空航天大学,2005.DOI:10.7666/d.y696828.
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