LabView水位采集系统USB5935Word文档格式.docx
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4.硬件设计2
4.1PC机2
4.2传感器3
4.3信号调理3
4.4输入信号的类型3
4.4.1数字信号3
4.4.2模拟信号4
4.5输入信号的连接方式5
4.5.1接地型信号5
4.5.2浮动型信号5
4.6USB数据采集卡5
4.6.1产品型号：
USB59355
4.6.2功能描述：
5
4.6.3USB5935数据采集卡6
软件部分7
5.1前面板7
5.2后面板7
5.3储存8
6.总结8
参考文献9
1.课程设计目的
（1）了解常用LabView软件的设计方法、步骤和设计原则。
（2）进行一次工程技术的基本训练。
培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、
工具书的能力，上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技
术文件的能力等，从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。
2.程设计题目描述和要求
基于LabVIEW和USB5935的液位检测系统设计，实现液位的测量、显示、记录、存储等功能。
3.设计内容
3.1原理及内容
Labview（LaboratoryVisualInstrumentEngineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
Labview集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。
它还内置了便于应用TCP/PI、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。
利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。
利用Labview，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32编译器。
像许多通用的软件一样，Labview提供了Windows、UNIX、Linux、MacintoshOS等多种版本。
3.2设计过程
所有的Labview应用程序，即虚拟仪器（VI），它包括前面板（FrontPanel）、流程图（BlockDiagram）以及图标/连结器（Icon/Connector）三部分。
1）前面板：
前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。
但并非画出两个控件后程序就可以运行，在前面板后还有一个与之对应的流程图。
2）流程图：
流程图提供VI的图形化源程序。
在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。
流程图中包括前面板上的控件连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。
如果将VI与传统仪器相比较，那么前面板上的控件对应的就是传统仪器上的按钮、显示屏等控件，而流程图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬件电路。
这种设计思想的优点体现在两方面：
①类似流程图的设计思想，很容易被工程人员接受和掌握，特别是那些没有很多程序设计经验的工程人员。
②设计的思路和运行过程清晰而且直观。
如通过使用数据探针、高亮执行调试等多种方法，程序以较慢的速度运行，使没有执行的代码显示灰色，执行后的代码会高亮显示，同时在线显示数据流线上的数据值，完全跟踪数据流的运行。
这为程序的调试和参数的设定带来诸多的方便。
3）图标/连接设计：
这部分的设计突出体现了虚拟仪器模块化程序设计的思想。
在设计大型自动检测系统时一步完成一个复杂系统的设计是相当有难度的。
而在Labview中提供的图标/连接工具正是为实现模块化设计而准备的。
设计者可把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个都可完成一定的功能。
这样设计的优点体现在如下几方面：
①把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，程序设计思路清晰，给设计者调试程序带来了诸多的方便。
同时也对于将来系统的维护提供了便利。
②一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个子系统都是一个完整的功能模块，这样把测试功能细节化，便于实现软件复用，大大节省软件研发周期，提高系统设计的可靠性。
③便于实现“测试集成”和虚拟仪器库的思想。
同时为实现虚拟仪器设计的灵活性提供了前提。
3.3选题意义
在掌握Labview软件的基础上，通过查阅资料，能够独立进行虚拟仪器的设计或完成Labview软件在某些领域的应用，进一步熟悉Labview的应用，并且能解决一些常见的Labview问题，用Labview制作一些简单、实用的的小程序。
4.硬件设计
4.1PC机
传统仪器很多情况完成某些任务必须借助复杂的硬件电路，而由于计算机数据具备极强的信号处理能力，可以替代这些复杂的硬件电路，这便是虚拟仪器最大的特点。
数据采集系统能够正常运行的前提便是选择一个优良的计算机平台。
由于数据采集功能器件通常工作在工业领域中，往往伴随着强烈的振动，噪声，电源线的干扰和电磁干扰等。
为了保证记录仪正常的运行，设计系统时选定工业计算机。
考虑到计算机平台的可靠运行工业计算机通常采取了抗干扰措施。
另一方面的考虑是工业计算机通常具有很多类型的接口，这样有利于功能进一步的扩展。
4.2传感器
传感器设备能接受到来自测量目标发来的信号，而且把接受到的讯息，通过设定的变换比例将其改变成为电信号亦或其它形式，从而能够完成数据信号的处理、存储、显示、记录和控制等任务。
传感器是系统进行检测与控制的第一步。
4.3信号调理
经过传感器的信号大多是要经过信号调理才可以被数据采集设备所接收，调理设备能够对信号进行放大、隔离、滤波、激励、线性化等处理。
由于不同类型的传感器各有不同的功能，除了考虑一些通用功能之外，还要依据不同传感器的性质和要求来实现特殊的信号调理功能。
信号调理电路的通用功能由如下几个方面：
放大功能为了提高系统的分辨率以及降低噪声干扰，微弱信号必须要进行放大，从而使放大之后信号电压与模数转换的电压范围一致。
信号在经过传感器之后便直接进入信号调理模进行调理，这样就不易受到外部环境的影响，从而使得信噪比进一步的改善。
隔离功能隔离是指为了避免直接的电连接，通过光线、交互电源或变压等方法，使得数据信息在系统之间进行传递。
使用隔离的原因：
一是为了安全考虑；
二是能够保证采集到的数据不会受到其它原因的影响。
滤波滤波是为了保证测量的信号的纯洁性，滤去不需要的信号。
大部分的信号调理模块具有一个低通滤波器是用来过滤噪声。
通常还需要抗混叠滤波器，滤除信号中感兴趣的最高频率以上的所有频率的信号。
激励功能信号调理模块能够为某些传感器提供激励信号，而且很多信号调理模块都提供有电流源和电压源以便给传感器提供激励。
线性化大部分的传感器是测量信号的线性和非线性响应的结合，为了使传感器误差补偿，对输出信号的线性化是必要的。
目前，该数据采集系统可以通过软件解决这个问题。
4.4输入信号的类型
要知道信号采集到的数据集，这是因为信号的要求和系统性能的不同的测量是不同的，只有了解被测信号的性质，才可以准确地选择合适的采集系统。
一个任意的信号在时间上是一个物理量的变化。
在一般情况下，信号携带的信息是非常广泛的，如：
状态，率，水平，形式，频率等。
根据信号运载信息的不同，可以将信号分为数字信号或模拟信号。
其中数字信号包括脉冲信号和开关信号两种类型。
模拟信号包括直流信号、时域信号、频域信号等。
4.4.1数字信号
第一类数字信号为开关量信号，如图4-2所示。
一个开关信号携带信息信号的瞬时状态。
一个开关信号的电压若是处在0到0.8V之间，称其为逻辑低电平，若是2.0V到5.0V之间，称其为逻辑高电平。
图4-2开关信号
第二类数字信号是脉冲信号，如图4-3所示。
脉冲信号是在某一时间，信号状态发生转变。
图4-3脉冲信号
4.4.2模拟信号
模拟直流信号（直流）是一个模拟信号在静止或非常缓慢地发生改变，如图4-4所示。
图4-4模拟直流信号
在一个给定的时间间隔内，直流信号取决于信息幅值。
直流信号常见的有速度，温度，应变，压力等。
只有在足够的精度条件下，采集系统才能准确的采集模拟直流信号。
时域信号携带的信息包括信号的层次和水平随时间的变化，如图4-5。
在做一个模拟信号或波形的测量时，需要把重点放在波形特征上，如峰值，边坡等。
若果要对时域信号进行测量，需要确保在优良的时间序列且时间间隔合适的情况下进行采集。
图4-5模拟时域信号
模拟频域信号与时域信号类似，但从频域信号中提取的信息是信号的频域内容，而不是波形的形状，也不是随时间变化的特性，如图4-6所示。
用于测量一个频域信号的系统必须有必要的分析功能，用于从信号中提取频域信息。
为了实现数字信号处理等，可以使用或专用DSP硬件的应用软件，快速有效地分析信号。
模拟频域信号种类较多，常见的有传输信号、地球物理信号、声音信号等。
图4-6模拟频域信号
现实中的信号往往结合在一起，一个信号将推出各种信息，这样的信号可以使用几种不同的方法来定义和衡量，与不同类型的系统测量同一信号，才能从信号中取出需要的多种信息。
4.5输入信号的连接方式
电压信号大致可以分为接地和浮式两种类型。
这里有一个对两种类型简短的描述。
4.5.1接地型信号
接地型信号就是把信号的一个连线端与系统地连接起来，系统地一般指大地或建筑物的地。
这样信号用的是系统地，便与数据采集卡连成了共地模式。
一个墙的接地端引脚是接地型最常见的例子，如信号发生器和电源等。
4.5.2浮动型信号
一个不与系统地连接的电压信号被称为浮动信号，浮动信号的每一个端口都与系统地相互独立。
变压器、热电偶、电池和隔离放大器等是比较常见的浮动信号的类型。
4.6USB数据采集卡
USB5935
13位AD精度，500ks/s采集频率单端16路/查分8路，模拟量输入AD量程:
±
10v,±
5v,0~10v,程控增益：
1,2,5,10，或1,2,4,8倍，数字量输入，输出各6路，1路24位定时计数器。
4.6.3USB5935数据采集卡
USB5935数据采集卡是一款基于USB总线的多功能信号采集卡，具有16路单端/8路差分模拟信号采集、4路模拟信号输出、16路数字信号输入/输出。
可用于传感器信号数据采集与分析、工业现场监测与控制、高等院校科研与教学等多种领域。
使用USB5935可以将传感器和控制器与计算机结合在一起，利用计算机强大的数据处理能力和灵活的软件编程方式，对信号进行分析、处理、显示与记录。
USB5935可工作在Win9X/Me、Win2000/XP等常用操作系统中，并提供可供VB,
VC,
C++Builder,
Dephi，LabVIEW，Matlab等常用编程语言调用的动态链接库及示例程序，编程函数接口简单易用。
信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。
数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集作为数字信号处理的必不可少的前期工作在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用，其应用已经深入到信号处理的各个领域中。
实时信号处理、数字图像处理等领域对高速度、高精度数据釆集卡的需求越来越大。
ISA总线由于其传输速度的限制而逐渐被淘汰。
USB总线等数据采集卡综合了国内外众多同类产品的优点，以其使用的便捷、稳定的性能、极高的性价比，正在获得多家客户亲睐USB5935
卡是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接插在计算机的USB接口上，构成实验室、产品质量检测中心等各种领域的数据采集、波形分析和处理系统。
也可构成工业生产过程监控系统。
它的主要应用场合为：
电子产品质量检测，信号采集，过程控制，伺服控制.
AD模拟量输入功能：
转换器类型：
ad7321
输入量程（inputrange）：
10v、±
5v、±
2.5v、0～10v
转换精度：
13
位（bit），第
位为符号位
采样速率（frequency）：
ad
芯片转换速率最高为
500khz（2
微秒/点），不提供精确的硬件分频功能
软件通过率：
最高采样速率（2
微秒/点）
物理通道数：
16
路单端，8
路双端
模拟量输入方式：
单端模拟输入和双端模拟输入
采样通道数：
软件可选择，通过设置首通道（firstchannel）和末通道（lastchannel）实现
模拟输入阻抗：
10m
USB5935图
图4.6.3USB5935硬件图
5.软件部分
5.1前面板
液位检测系统前面板图
图5.1液位检测系统前面板图
5.2后面板
液位检测系统后面板图
图5.2液位检测系统后面板图
5.3储存
（1）前面板
（2）后面板
（3）储存位置文本文档
6.总结
LIBVIEW是一个具有革命性的图形化开发环境，内置信号采集，测量，分析，数据显示等功能，优化了传统开发工具的复杂性，提供了强大功能的同时保证了系统的灵活性，作为测量控制软件，在很多领域有广泛的应用，其开发产品应用极广，虚拟仪器技术是仪器发展的重要发展方向。
虚拟仪器以崭新的模式和强大的功能深入人心。
伴随计算机技术和信息技术的发展虚拟仪器必将拓展到各个领域，将引起测控仪器的深层次变革。
参考文献
[1]
武嘉澎，陆劲昆译
LabVIEW图形编程.
北京大学出版社
2002
[2]刘习军，贾启芬，张文德
工程振动与测试技术.
天津大学出版社
1999
[3]刘君华，贾惠芹等
虚拟仪器图形化编程语言
LabVIEW
教程
西安电子科技大学出版社
2001
[4]张凯等著
LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发.北京
国防工业出版社
[5]汪敏生等
LabVIEW基础教程北京
电子工业出版社
2002
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