基于虚拟仪器的汽锅实验测试系统的构建本科毕设论文.docx
《基于虚拟仪器的汽锅实验测试系统的构建本科毕设论文.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于虚拟仪器的汽锅实验测试系统的构建本科毕设论文.docx（33页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
基于虚拟仪器的汽锅实验测试系统的构建本科毕设论文
题目：
（中文）基于虚拟仪器的汽锅实验测试系统的构建
（英文）Boiler testsystem ConstructionbasedonVirtualinstrument
摘 要
【摘要】本文的主题是基于虚拟仪器的汽锅实验测试系统的构建。
不锈钢锅炉的底部通过钎焊和加热盘连接，钎焊的质量影响了加热盘到锅炉的导热性能，本文通过构建锅炉内部的温度变化曲线的测量来间接判断钎焊质量，避免因钎焊质量不好而导致的加热效率低下和空烧。
文中主要阐述了温度测试系统的集成，对汽锅内水温变化测试，以及测试到数据的采集、分析、存储、回放的过程。
测试温度使用的是K线热电偶和ADAM采集卡，是基于labview8.6平台编程设计的。
K线热电偶的采集温度范围是0—1300摄氏度。
同时运用ADAM3039和3210采集卡。
此次课题所要达到的要求是：
通过构建的软硬件系统，对加热的汽锅内水温进行测试，观察水温的变化曲线，通过大量的实验，对水温的变化曲线进行分析，通过得到一个标准来判断汽锅底部加热部分质量的好坏。
并且将实验数据存入数据库中，方便以后的调用。
【关键词】LabVIEW；温度采集；温度变化曲线；数据库
Abstract
【ABSTRACT】Inthispaper,thethemeisVirtualinstrumentbasedonLabVIEWforboilertestsystemConstruction。
Thebottomofthestainlesssteelboilerisconnectedbybrazingandheating plate,brazing quality affectsthe thermalconductivity of the heatingcoil totheboiler, byconstructing the measurement of the temperature curve of the boiler within indirectlyjudge the quality of the brazing toavoid due to brazing qualitygood heating inefficientand airburningMainlydescribedtheintegrationofthetemperaturetestsystem,thewatertemperaturechangeswithintheboilertest,andtestdatacollection,analysis,storage，andplaybackprocess.ThetesttemperatureusingaK-wirethermocoupleandADAMacquisitioncardisdesignedlabview8.6platform-basedprogramming.CollectionofK-wirethermocoupletemperaturerangeof0-1300degreesCelsius.UseADAM3039and3210capturecard.Thetopicstobeachievedrequirementsare:
tobuildhardwareandsoftwaresystems,heatingwatertemperaturewithintheboilertobetestedtoobservechangesinwatertemperaturecurve,alargenumberofexperiments,changesinwatertemperaturecurve,getastandarddeterminetheboilersatthebottomoftheheatingpartofthequalityofgoodorbad.Andexperimentaldataintothedatabase,tofacilitatefuturecall.
【KEYWORDS】LabVIEW；temperatureacquisition；temperaturecurve；database
目 录
1绪论5
1.1选题的背景与意义5
1.2虚拟仪器技术的应用及展望6
1.2.1虚拟仪器技术的应用6
1.2.2虚拟仪器技术的展望7
1.3数据库的应用及发展8
1.3.1数据库的应用8
1.3.2数据库的发展10
1.4本文研究要求和目标13
1.5本文研究内容和方法13
2测试系统的硬件部分简述14
2.1系统硬件组成及工作原理14
2.1.1系统硬件的组成14
2.1.2工作原理14
2.2系统硬件的原理流程图15
3软件开发LabVIEW的简介16
3.1LabVIEW思路与结构16
3.2LabVIEW的优点及缺陷16
3.3软件总体流程17
4主程序的设计及分析19
4.1系统结构及设计19
4.2采集模块驱动程序19
4.3温度采集程序22
4.4产品信息输入控件的设计22
4.5数据库的设计24
4.6数据输出及显示的设计25
4.7数据查询功能的设计26
4.8汽锅实验温度曲线测试28
5总结及展望33
参考文献34
致谢35
1绪论
1.1选题的背景与意义
在日趋成熟的科技研发领域，人们越来越重视产品的出厂检测。
最终产品的测试是通过让使用者或者市场对产品（服务）的使用或者模拟使用之后，正对他们对产品或服务的评价和建议，以检验产品或服务与现实市场需求方面的差距，为产品能够进一步的改进提供了有力的依据。
在被测产品的发展或者生命周期的不同阶段，产品测试的目的和方式也不尽相同。
产品质量的监督检查，是产品作为检查的对象为目的，对产品质量进行质量特征检查、检测、测量、实验，并将最终结果与其不同的标准进行比较，作出此产品的质量是否符合合格的标准，测试具有鉴别产品真伪、检定产品质量、预防产品各种问题、反馈产品质量信息的一系列作用。
温度的测量也是判断某些产品质量好坏的重要标准之一，这些产品依靠对温度的检测才能得出本身的质量如何。
而且先今社会需要进行温度测量和监控的场合日益增多，目前广泛使用的温度测量方法，主要是依靠传统检测，这种方法在技术上十分成熟并且广泛使用，但是有明显的不足之处，系统的精确度不太高，在观测时不太能看清楚，实时性也相对较差，给现场的及时检测与分析处理带来不便。
然而用LabVIEW为核心的系统检测不仅能摆脱传统的硬件测量，还可以实现了以软件测控为中心的测量系统，对温度的测控起到了根本性的变化。
利用虚拟仪器及软件迅速快捷的特点，可以在计算机上准确并实时的实现温度的测量与分析处理，使庞大的计算和测控系统得以简化，方便操作。
要实现温度测量，势必存在诸多的技术和工程问题。
其中，本设计完成的“基于虚拟仪器起过检测系统的构建”就是关键项目之一。
这个系统主要完成温度检测的几项关键性能指标的测试，如通过测试温度上升曲线，并观察温升曲线的斜率，即可判断汽锅底部加热部分质量。
温升曲线的斜率越大，则说明温度上升越快，可以直接说明汽锅底部加热部分的质量是好的。
通过数据的分析之后，将数据存入由access数据库中，并且可以通过操作者、产品型号进行历史数据的查询。
这样为以后的检测工作提供了很大的便利。
1.2虚拟仪器技术的应用及展望
1.2.1虚拟仪器技术的应用
用户在通用计算机平台上根据需要定义设计仪器的测试功能，使使用者在操作时，就像是操作自己设计的测试仪器，就是虚拟仪器。
虚拟仪器硬件的作用：
获取现实生活中的真实被测信号，软件的作用是控制实现数据的采集、分析、处理、显示等功能，并将这些数据集成为命令环境。
不断的提升虚拟仪器的功能是首要目标，如今他可以代替很多应用中的传统仪器，并凸显了很多机器优秀的功能。
图特别是在PC、半导体和软件特性在不断的发展，未来的虚拟仪器在测试系统的将来提供了一个非常优秀的模式，能够很灵活的在测量和控制方面并且十分强大。
可广泛应用于电子测量、振动分析、声学分析、故障诊断、航天航空、军事工程、电力工程、机械工程、建筑工程、铁路交通、地质勘探、生物医疗、教学及科研等诸多方面。
虚拟仪器固然有很多优点，使用者可以随便放弃老旧繁琐的传统测量设备，时代的进步，使他们更青睐新的以电脑为基础的虚拟仪器。
但是计算机的性价比在不断上涨，使虚拟仪器更加便宜，更能让普通使用者接受，使用者不用再被繁琐的传统仪器所羁绊，不用费心昂贵的价格，不用对传统仪器望而却步。
虚拟仪器能进一步降低使用成本，见少系统的开发费用和维护费用，能有更高的性价比。
还有一个方面，虚拟仪器的方便、快捷和强大的功能被新型计算机推到了一个新的高度。
这一切的优点能够加速虚拟仪器的发展，使它能够在各行各业发挥热量，功能也能更加强大。
普遍性和开放性在虚拟仪器上体现得一览无余，能够与现在的设备仪器实时联系，能够实现现在极为流行的远程测试，实现大面积的自动化，在将来的发展中起到了举足轻重的作用。
有些报道预测出中国市场将会有一半以上的仪器是虚拟仪器。
虚拟仪器与传统仪器的比较
虚拟仪器
传统仪器
开放性、灵活、可与计算机技术保持同步发展
封闭性、仪器间相互配合较差
关机是软件，系统性能升级方便，通过网络下载升级程序既可
关键是硬件、升级成本较高，且升级必须上门服务
价格低廉，仪器间资源可重复利用率高
价格昂贵，仪器间一般无法相互利用
用户可定义仪器功能
只有厂家能定义仪器功能
可以与网络及周边设备方便连接
功能单一，只能连接有限的独立设备
开发与维护费用降至最低
开发与维护开销高
技术更新周期短（1~2年）
技术更新周期长（5~10年）
表1-1虚拟仪器与传统仪器的比较
虚拟仪器的功能组成
1.2.2虚拟仪器技术的展望
虚拟仪器技术使得当今的测试技术更加活灵活现、更有效率、功能也更强大；而图像编程使系统的开发和发展更加省时省力，更加快捷；虚拟仪器是非常理想的选择。
不管是测量、测控、测试，或者是工业方面的控制和分析，更有一些广泛的测控领域。
在仪器测量方面，示波器、频谱仪、信号发生器、逻辑分析仪、电压电流表是科技所、企业的实验室、学校所必备的测控设备。
伴随着信息技术在测量方面的广泛应用，传统的仪器设备缺乏相对应的电脑接口，所以使配合数据在现实的采集、分析、处理变得十分困难。
并且传统仪器的体积十分庞大，是虚拟仪器的几十倍，多路数据测量时会感觉到十分困难，无从下手。
很多时候都能看到硬件技师们的研究室或者实验室到处都是复杂的仪器，扭曲在一起的导线和器件使科学家感到厌烦。
然而在集成的虚拟仪器测量方面，我们看到的又是另外一幅场景：
整齐的桌面、分明的仪器、有条理的操作，不但能使技师们从复杂纷乱的仪器堆中解放出来，还可以实现自动测量、自动读取、自动分析、自动处理。
他的方便之处不用多说，这样能使设备的成本可以大幅度的降低。
一套复杂的仪器多多少少都要十几万。
在同等的经费预算和后期功能实现，虚拟仪器的价格至少要低二分之一。
虚拟仪器强大的功能和经济的性能，使他在仪器测控方面崭露头角并有无限的开发前景。
虚拟仪器技术的四大特点：
1.性能高
PC技术为虚拟仪器技术的发展奠定了基础，他几乎完全拥有了现有的PC技术所主导的新新商业技术的优良方面，包括了卓越的处理器和文件I/O，技师可以再迅速导入磁盘的同时进行实时分析。
另外，迅速发展中的Internet和计算计网络使虚拟仪器展现其强大的能量。
2．扩展性能强
虚拟仪器优良的硬件和软件使工程师和科学家们不用在当前的技术中踌躇不前。
由于虚拟仪器软件的灵活性，使用者只要更新个人电脑或测量硬件，就能以最少的投资或几乎不用软件上的升级就能改进整个测试系统。
为了最终能够以最少的经济成本并且能减少上市时间，可以在使用最近最新的技术时，把他们组合到现有的测量仪器上。
3.开发时间少
在驱动和应用两个方面。
虚拟仪器高效的软件结构和硬件与个人电脑、仪器、通讯中的最新最近的科技相结合。
使用户的操作十分方便，使用者可以轻松并快捷的配置、创建、存储、维护和修改性能高、成本低的一些测量和控制就能解决的方案。
4.无缝集成
虚拟仪器技术从根本上来看是一个集成的软件、硬件的概念。
伴随着产品在功能上不断的趋向复杂与繁复，技师们一般都不要集成多个测量设备去完成完整的测试，但是连接还有集成这些不同的软硬件设备需要消耗大量的时间，非常浪费。
虚拟仪器软件的平台为所有的I/O设备提供了标准的接口。
能够帮助使用者迅速将多个测量设备组合成单个的系统，使任务便的更加轻松。
在专门用来测量的设备来看，虚拟仪器的发展空间更加宽广了。
在当今社会中，信息产业发展的如此迅猛，每个行业都向着智能、自动、动态的方向前进，计算机在日常生活中已经极为普遍了，他们为虚拟仪器的推广提供了很好的平台并且打了坚实的基底。
所以，虚拟仪器适用于一切需要电脑存储、管理、传输、分析数据的地方。
早些时期的测量与处理、管理与分析完全风马牛不相及的场景将会大大不同。
代替他的是数据的读取、存储、分析、管理和处理流水线的操作。
既可以十分流畅又非常迅速便捷。
将他们发扬光大，所有的计量系统，只要在技术上允许的都可以用虚拟仪器来代替，从这些方面来看虚拟仪器的前途无量并能迅速发展。
在自动控制的方面来看，虚拟仪器一样举足轻重。
绝大部分的闭环系统需要十分准确的采集数据、实时的数据处理和管理还有数据传输。
虚拟仪器又恰好很符合上述的特点，非常适合测控一体化。
特别是在工业控制方面。
虚拟仪器超强的计算能力和庞大的数据处理分析功能使他在温度控制、实时监控、电子电力仪器、流水线控制等领域中发挥着强大的能力。
随着计算机技术、网络通信技术和仪器技术的完善，虚拟仪器将向以下三个方向发展。
第一个是外挂式虚拟仪器，基于PCI总线的虚拟仪器在进入DAQ的时候需要打开机箱比较麻烦，测试信号又直接进入个人电脑，很多现场的问题例如被测信号和个人电脑之间有电磁扰乱。
外挂式的虚拟仪器是将测量后的信号通过预先处理了，然后转变成需要的数字信号，再由串口线或者是USB线传送到计算机进行处理，这样不仅减少了机箱的拆装麻烦，也节约了个人电脑的系统资源浪费，只要运行软件就能获取需要的结果。
所以外挂式虚拟仪器系统成为后测试系统中的中流砥柱。
第二个是PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统。
在一些测试系统的角度出发，现在比较先进的I/O总线技术分为：
VXI总线和PXI总线。
VXI总的是用来满足高端自动化测试的需求，但是现代的个人电脑不支持这种总线的结构，也不能讲主要的软件程序的一些好处给使用者，例如低成本、高性能。
但是PXI平台是在PCI的基础上的，它有PCI的一些优点，例如：
低成本、持续提高的高性能、为最终使用者提供主流软件模型。
PXI系统高度的可拓展性和比较优秀的兼容性，与VXI系统更高的性价比，是他成为今后大型高精度集成测试系统的主流。
第三个是网络化虚拟仪器，随着网络技术的发展，有些工程师已经开发出通过网页浏览器观测嵌入智能仪器的产品，使用者可以通过网络操作设备。
在虚拟仪器的基础上，我们可以通过他们的特性讲虚拟仪器组成计算机网络。
利用网络技术将在不同位置不同功能作用的分散的测试设备联系在仪器上，使价格过于昂贵的设备在Internet上得以共享。
不仅能让人们能够轻易的得到自己所需要的数据，还有很大的经济效益。
可以想象在不久的将来，医生可以通过网络操作仪器来给病人看病，这样能够更方便更快捷。
随着计算机技术的不断发展，虚拟仪器也正在继续迅速发展，完全有可能代替传统的测量仪器。
虚拟仪器在他的构成和其独特的性能和功能方面性价比能更上一层楼，他的特性能很好的适应当今社会科学技术的迅猛发展还有研究方面的深层次问题，比如在新的测量课题和需求。
众所周知，在当今社会虚拟仪器能够在科学技术等各个方面得到广泛的应用。
1.3数据库的应用及发展
1.3.1数据库的应用
自提出数据模型和数据库理论以来，数据库技术便得到了快速深刻的发展，并且广泛用于各个领域的。
数据库是计算机应用系统中一种专门用来管理数据的系统，他包括的数据有很多形式，比如文字、数字、符号、图像、图形和音频等。
现代生活中很多简单的应用需要处理纷繁杂乱的数据，特别是数字、文字、图像。
在很多领域中的数据的存储非常重要，比如网络、多媒体设备中极为常见。
很多软件也需要利用数据库管理比如在CAD制图软件或一些网站中运用的一系列程序。
关于以上的应用，关系数据库都没办法十分准确的实现对他们的管理及应用，而实际生活中又涌现出很多不同的操作管理问题，慢慢把数据库管理的发展推向了一个新的高度。
数据库即Database，是以一定的数据模型的组合并能够长期储存在电脑内的大量的可共享数据的集合，是按照数据结构来组合、分析、存储、管理数据库的仓库。
里面的数据即是仓库里的存货。
数据库不是独立存在的场所，被包括在他的系统当中。
“仓库”中的“存货”是按照货品清单进行组织、描述和存储的。
具有冗余度小、独立性高和易扩展性的特点，然而数据能为各种信息的使用者所共享。
伴随着信息技术的发展和市场需求量的提高，特别是20世纪90年代之后，数据管理不再只有存储和管理数据，逐渐转化成为用户所需要的各种数据管理的途径。
利用表格来存储那庞大的数据在各行各业都得到了广泛的应用，一般有很多种类的数据库，在接下来的介绍中将会与大家见面，特别是在服务业、航空业、银行业、政府部门、各大专院校等。
数据库中还包括一个数据仓库，它是在数据库的基础上发展起来的，虽然现在的定义还没完全统一，但他是面向主题的、集成的、不可更新的，随着世纪不断变化的数据集合。
数据仓库有以下四个特点：
1.面向主题
数据仓库中的主题是一种数据的集合，是一种逻辑概念，是对分析对象进行较完整的比较和描述。
任何一个主题的数据仓库都由一组相联系的关系来抒发和实现。
然而一个主题又可以被划分为多个表。
主要是指数据仓库中的数据都是围绕一个中心来策划、组织、创建、使用。
2.数据集成
数据仓库中的数据都有一致的数据结构，他们的数据源存在很多相对的问题，然比如同样的名字却有不同的意义，数据类型不一样，单位相对字长的不同。
整合和统一数据是在进入数据仓库之前必要的经过。
3.相对稳定
数据仓库中的数据不容易丢失但写不可更新。
一般情况之下，只能一定时间中添加却不能进行修改。
4.反映历史变化
数据仓库中的数据被放入其中到最后被删除掉的整个时间段是不断在变化的，意思是随着时间改变有新的东西加入。
二是数据仓库的数据储藏的时间相对有限，过期则会自动消除。
三是数据仓库中又很多综合数据，但是他们会沿时间变化路线重新综合
5.支持决策
数据仓库中大部分数据是供决策分析去使用。
2测试系统的硬件部分简述
2.1系统硬件组成及工作原理
此次研究的课题所用到的硬件主要由这几部分组成：
汽锅，温度采集模块，K线热电偶，串口转USB接口。
汽锅主要由底部加热丝、汽锅体、压力表、安全阀、气管、电磁阀组成，在汽锅体内加入水，通过220V的电源对底部加热丝进行加热。
温度采集模块由ADAM3039和ADAM3210组成，将采集到的真实温度转换为数字信号送入计算机内。
K线热电偶的温度采集范围是0到1300摄氏度。
因为我用的是笔记本电脑，没有串口，要将采集模块连接到笔记本，必须要配置串口转USB借口。
通过这些硬件的连接，便可测得人们所需要的数据，具体操作将在以下说明。
2.1.1系统硬件的组成
汽锅的原理图
图2-1汽锅结构图
1、底部加热丝2、汽锅体3、热电偶4、压力表5、安全阀6、气管7、电磁阀
DAM3039和3210模块
图2-2温度采集模块
通过将这两个模块相连，再加上串口转USB接口，即可接入笔记本电脑，然后将K线热电偶接连在3039的IN0到IN6任何一个口上，即可以通过K线热电偶测试汽锅内的温度。
2.1.2系统硬件的工作原理
本课题采用ADAM数据采集模块，构建基于485的网络，实现多通道的数据采集。
我们使用电线将DAM-3000与DAM-3039连接，并通过串口将采集模块与电脑连接起来，就能够把模块采集好的数据输入到电脑中，进行接下来的步骤。
DAM-3000与DAM-3039中的DATA+与（Y）DATA+、DATA-与（G）DATA、（R）+Vs与（R）+Vs、（B）GND与（B）GND相连接。
DAM-3000的另一头有与电脑相同的串口，通过串口线与电脑相连接。
采集卡的接线方式：
供电要求10~30VDC。
+Vs接电源正，GND接地。
复位的操作步骤为：
在断电的情况下，将INIT*与GND短接，通电，指示灯由闪烁变成长亮，则表示模块复位完成。
断电后，将短接的两端断开即可。
DAM-3000系列模块的默认配置为：
地址：
00；波特率：
9600bps；无校验（代码00）。
所有硬件相连后的硬件系统
图2-3硬件整体系统
2.2系统硬件的原理流程图
硬件部分的运行步骤为：
通过对汽锅内的水进行加热，K线用热电偶对水温进行检测，将测量到的数据通过数据采集卡送入计算机。
3软件部分
3.1基本思路与结构
这次课题主要使用的编程软件是LabVIEW。
图形编程在LabVIEW中体现的十分透彻。
其程序被叫做“虚拟仪器”，英文名称叫作“VI”。
程序由前面板（panel）、块状图标（diagram）和图标（icon）这三个方面组成。
前面板的作用是人机交流，也用于测控数据的设定还有输出各种结果的显示。
各式各样与实际的仪器前面板很像的输入端和输出端被我们所应用，来制造出我们所需要的前面板，不需要非常繁复的编程。
每个前面板都有图表可以去定义进出之间的数据流动，即LabVIEW程序执行顺序。
但是LabVIEW图形化编程的强大功能能够用图标来表示这个模块的功能，之间的连线表示每个模块之间的数据传输能力。
所以编程时只需要从库中拿出函数的图标并编排在仪器，然后再用线连一起就可以。
就类似用流程图来完成编程，好像画出源代码一样，使整个程序看上去更加直观、简单，可以避免平常程序语言结构的限制和语法错误；图标代表了虚拟仪器上块状图标中的虚拟仪器，而连线则觉得了流入流出的数据流，避免反复的程序语言。
所以，此次课题使用LabVIEW是非常方便、快捷的。
3.2LabVIEW的优点
归纳起来LabVIEW软件开发软件有以下优点：
（1）图形化的编程方式，编程过程近似人的思维过程，直观易学，编程效率高，设计者无需写任何文本格式的代码，是真正的工程师语言。
（2）继承并发展了结构化和模块化程序设计概念，提供了丰富的数据采集、数据存取、信号分析处理、算术运算和数据通信等功能模块，涵盖了测试的各个环节，开发功能高效，可重用性高。
（3）提供了数百种仪器的源码级驱动程序，包括DAQ、GPIB（IEEE488）、PXI、VXI、RS-232，根据需要还可以在LabVIEW中自行开发各种硬件驱动程序，为了让其功能扩展延伸，也可以用别的一些语言对驱动函数库进行研发。
（4）差错和调试功能强大。
有相对比较传统的调试方法，比如设断点，还有其他的一些测试的工具，有利于设计者观察程序运行细节。
可以在需要侦查的地方加入探针，运行程序时候能够看到准确的数据值。
这样的观察能够准确的找到错误和造成错误的原因，可以降低错误率也能够很大程度上缩短程序员花在调试上的时间。
（5）网络功能强大，支持常用网络协议，如
升级会员 