基于PC的测控系统综
合设计说明书
题 目： 基于NIUSB6008DAQ卡的温度测量系统设计 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 10测控1班 学 号： 1010131113 姓 名： 李栋 指导教师： 何涛 吴庆华
目 录
1.摘要..............................................................3
1.1基本设计内容及要求 ...........................................3
2.硬件设计..........................................................3
2.1原理框图 .....................................................3
2.2各主要部件及电路工作原理 .....................................3
2.2.1温度采集 ................................................3
2.2.2数据采集卡 ..............................................3 2. 2. 3 NI数采卡上提供了三种不同的终端模式......................4
3.软件设计..........................................................6
3.1应用程序框图 .................................................6
3.2前面板及程序图 ...............................................7
3.3标定程序 .....................................................7
3.3.1标定的选定 ..............................................7
3.4报警判断程序 .................................................8
4.设计结果..........................................................9
5.设计中遇到的问题以及体会 ........................................10
6实物连线图 .......................................................10
7参考文献 .........................................................11
2.2.4三种输入模式的优缺点比较................................ 5
1摘要
1.1基本设计内容及要求
系统由PC机、NIUSB6008DAQ卡、温度传感器组成。Lab VIEW软件开发工具编写一个测试软件，实现对温度数据的采集、处理和显示。
要求：（1）人机界面显示采集的电压和对应的温度值，能人工手动设定温度上限和温度下线；（2）检测系统的标定中的斜率和截距能在人机界面中显示并能手动修改；（3）温度正常时，绿灯一直亮；温度不正常；报警红灯闪烁亮。 2硬件设计
2.1总体设计原理框图
2.2各主要电路及部件工作原理
2.2.1温度采集
温度传感器将外界温度变为模拟电流信号，经过变送器将模拟电流信号转变为模拟电压信号，在将模拟电压信号连接NIUSB6008DAQ卡，对电压信号进行采集，将采集的数据输入到PC机中，即可完成对数据的采集。
温度传感器选用的型号是STT-C1，STT-C系列铂电阻温度传感器使用标准连接器，方便现场连接及维护，适用于医疗仪器、便携式仪表等温度的测量使用。C1是圆形连接器。温度范围-50~200℃。
与温读传感器配套使用温度变送器选用的型号是STWB-TR-X100T-R（-50~200℃）-FV2-P2-S0。温度变送器的参数如图
2.2.2数据采集卡DAQ
数据采集卡选用的型号是NI USB-6008。NI USB-6008具有基本的数据采集功能，其应用范围包括简单的数据记录、便携式测量和学术机构的实验室试验。随附一个用于模拟信号的可拆卸式螺栓端子连接器和一
个用于数字信号的可拆卸式螺栓端子连接器。端子连接器可提供16个连
接，使用16 AWG至28 AWG导线。
NI USB-6008的USB连接器附近有一个绿色LED指示灯。如表3所
示，LED指示灯用于显示设备状态。设备连至USB端口时，LED指示灯将
有节奏的闪烁。表明设备正在初始化且USB端口为设备供电。
如LED指示灯未闪烁，表明设备未进行初始化或计算机处于待机模式。设
备连接的计算机应预装NI-DAQmx软件，以确保设备可被识别。设备指示
灯未闪烁的情况下，请确认计算机已安装最新版本的NI-DAQmx，且计算
机未处于待机模式。
下面是NI USB-6008连线图
图1-2 NI USB-6008连线图
2.2.3 NI数采卡上提供了三种不同的终端模式：
• 差分模式：
在一个差分测量系统中，仪表放大器的任何一个输入都不是以系统地作为参考的，AIGND 引
脚以及放大器本身是以系统地作为参考的，但两个输入端均不以地作为参考。
这里需要注意的是，当我们使用差分方式时，对于一个输入信号 需要使用两个模拟输入通
道，于是整个可用通道数就减半了， 对于一个16 通道的数据采集设备，处于差分模式下的时候，只能采集8 路输入信号了，输入信号的配对觃则如图所示， ACH(N)与ACH(N+8) 组成一对差分输入通道。
• 参考单端模式(RSE)：
一个参考单端测量系统以系统地作为参考，信号源的负端是被连接到AIGND 上的，也就是
说它是被连到系统地上。
这种连接的方式使得我们在测量时，对于每个信号只需要使用一个模拟输入通道。所以，一
个16 通道的数据采集设备在使用RSE 模式时，可以测量16 路信号。如果我们想要在
模拟输入通道10 上测量一个信号，那么只需要将信号的正端连接到ACH10，负端连接到AIGND 上。
• 非参考单端模式(NRSE)：
NI 的数据采集板卡上还提供了一种不同于RSE 参考单端的模式，我们称它为NRSE，非参考
单端模式， 在NRSE 模式下，所有的测量同RSE 相类似都参考同一个参考点，但与RSE 模式不同的是 该参考点的电压值可以调整和变化。负端被连接到AISENSE 引脚上，而AISENSE 并不是以地作为参考的。于是AISENSE上的电压是浮地的。
2.2.4 三种输入模式的优缺点比较：
1. 差分模式（Differential）：虽然该模式会使可用通道数减半，但是它具有非常好的共模电压和共模噪声抑制能力，是不错的选择。
2. 其次是参考单端(RSE)，对于接地信号，参考单端是不推荐使用的终端模式，因为 接地环路的电势差会造成测量误差，并将交流噪声以及直流偏移量引入到测量系统 当中。除此之外，当信号源正端不小心接到RSE 测量系统的AIGND 上时，还会造 成信号源短路以至于损坏。
3. 第三是非参考单端(NRSE)，由于测量系统的负端以AISENSE 为参考而不是直接以 地作为参考，对于接地信号，NRSE 模式可以保证最大的可用通道数，然而它无法 像差分模式那样抑制共模信号。
也就是说对于接地信号的情冴，我们只有差分和NRSE 两种模式可选，如果您的剩余 可用通道数足够多的话，首先推荐使用差分模式，如果您想尽可能多地使用模拟输入 通道，那么可以选择NRSE 模式。
图1-3 模拟端子说明
图1-4 数字端子说明
3软件设计
3.1应用程序框图
N
Y
图1-5 应用程序框图
图1-6 前面板
图1-7 报警程序图
图1-8主程序图
在本程序中，数据采集卡将电压信号采集，在前面板上显示采集电压。然后通过标定程序，将电压转换为温度，在前面板上温度计和示波器显示。将转换的温度与温度上限和温度下限比较，若在两者之间，则正常灯亮；反之，则进入报警程序，报警灯将一闪一灭，每报警一次，报警灯闪烁两次。
3.3标定程序
图1-9 标定程序
3.3.1标定的选定
将温度传感器置于冰水混合物中，标定为0摄氏度，记录此时的电压值；在将温度传感器置于沸水中，标定为100摄氏度，记录此时的电压值。记录多组电压值，数据处理后，得出结果，0摄氏度电压值为2.276，100摄氏度电压值5.823.由于温度与电压变化成线性关
系，得出标定斜率K为28.193，标定截距b为-64.167.
通过标定程序，可以将采集到的电压信号转换成温度，显示到前面板上。
3.4报警判断程序
图1-10报警判断程序
将温度与温度上限和温度下限比较，若在其之间，正常灯亮，反之则报警。
报警程序
报警程序如前面图示
4设计结果
图1-11 报警结果
图1-12 正常结果
5设计体会
开始的时候并不知道NIUSB6008DAQ温度测量标定这个设计怎么搞，在老师的悉心指导下完成了驱动及软件的安装，实物接线，遇到最大的问题就是不会labview的程序图设计，后来经过老师的指导和同学的帮助终于完成了设计。在这一个星期，我们小组分工合作、齐心协力，一起完成了课程设计前的准备工作（阅读课程设计相关文档）、小组讨论分工、完成系统开发的各个文档、课程设计总结报告任务。在课程设计的第一天我们便对这次任务进行了规划和分工。在以后的几天中，我们组的成员一起努力，查阅资料、小组讨论、对资料进行分析，并在这段时间里完成了设计，并最后撰写课程设计报告及个人总结。
6实物连线图
图1-13 实物连线图
7参考文献
[1] 乔瑞萍等译. LabVIEW大学使用教程 电子工业出版社。2007
[2] 陈锡辉 张银鸿 编著. 程序设计从入门到精通 清华大学出版社。2000
[3]
[4] NIUSB6008DAQ卡说明书
[5]杨乐平, 李海涛, 杨磊. LabV IEW 程序设计与应用: 第二版[M ] . 北京: 电子工业出版社, 2004
[6]曹玲芝. 现代测试技术与虚拟仪器[M ] . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.
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基于PC的测控系统综
合设计说明书
题 目： 基于NIUSB6008DAQ卡的温度测量系统设计 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 10测控1班 学 号： 1010131113 姓 名： 李栋 指导教师： 何涛 吴庆华
目 录
1.摘要..............................................................3
1.1基本设计内容及要求 ...........................................3
2.硬件设计..........................................................3
2.1原理框图 .....................................................3
2.2各主要部件及电路工作原理 .....................................3
2.2.1温度采集 ................................................3
2.2.2数据采集卡 ..............................................3 2. 2. 3 NI数采卡上提供了三种不同的终端模式......................4
3.软件设计..........................................................6
3.1应用程序框图 .................................................6
3.2前面板及程序图 ...............................................7
3.3标定程序 .....................................................7
3.3.1标定的选定 ..............................................7
3.4报警判断程序 .................................................8
4.设计结果..........................................................9
5.设计中遇到的问题以及体会 ........................................10
6实物连线图 .......................................................10
7参考文献 .........................................................11
2.2.4三种输入模式的优缺点比较................................ 5
1摘要
1.1基本设计内容及要求
系统由PC机、NIUSB6008DAQ卡、温度传感器组成。Lab VIEW软件开发工具编写一个测试软件，实现对温度数据的采集、处理和显示。
要求：（1）人机界面显示采集的电压和对应的温度值，能人工手动设定温度上限和温度下线；（2）检测系统的标定中的斜率和截距能在人机界面中显示并能手动修改；（3）温度正常时，绿灯一直亮；温度不正常；报警红灯闪烁亮。 2硬件设计
2.1总体设计原理框图
2.2各主要电路及部件工作原理
2.2.1温度采集
温度传感器将外界温度变为模拟电流信号，经过变送器将模拟电流信号转变为模拟电压信号，在将模拟电压信号连接NIUSB6008DAQ卡，对电压信号进行采集，将采集的数据输入到PC机中，即可完成对数据的采集。
温度传感器选用的型号是STT-C1，STT-C系列铂电阻温度传感器使用标准连接器，方便现场连接及维护，适用于医疗仪器、便携式仪表等温度的测量使用。C1是圆形连接器。温度范围-50~200℃。
与温读传感器配套使用温度变送器选用的型号是STWB-TR-X100T-R（-50~200℃）-FV2-P2-S0。温度变送器的参数如图
2.2.2数据采集卡DAQ
数据采集卡选用的型号是NI USB-6008。NI USB-6008具有基本的数据采集功能，其应用范围包括简单的数据记录、便携式测量和学术机构的实验室试验。随附一个用于模拟信号的可拆卸式螺栓端子连接器和一
个用于数字信号的可拆卸式螺栓端子连接器。端子连接器可提供16个连
接，使用16 AWG至28 AWG导线。
NI USB-6008的USB连接器附近有一个绿色LED指示灯。如表3所
示，LED指示灯用于显示设备状态。设备连至USB端口时，LED指示灯将
有节奏的闪烁。表明设备正在初始化且USB端口为设备供电。
如LED指示灯未闪烁，表明设备未进行初始化或计算机处于待机模式。设
备连接的计算机应预装NI-DAQmx软件，以确保设备可被识别。设备指示
灯未闪烁的情况下，请确认计算机已安装最新版本的NI-DAQmx，且计算
机未处于待机模式。
下面是NI USB-6008连线图
图1-2 NI USB-6008连线图
2.2.3 NI数采卡上提供了三种不同的终端模式：
• 差分模式：
在一个差分测量系统中，仪表放大器的任何一个输入都不是以系统地作为参考的，AIGND 引
脚以及放大器本身是以系统地作为参考的，但两个输入端均不以地作为参考。
这里需要注意的是，当我们使用差分方式时，对于一个输入信号 需要使用两个模拟输入通
道，于是整个可用通道数就减半了， 对于一个16 通道的数据采集设备，处于差分模式下的时候，只能采集8 路输入信号了，输入信号的配对觃则如图所示， ACH(N)与ACH(N+8) 组成一对差分输入通道。
• 参考单端模式(RSE)：
一个参考单端测量系统以系统地作为参考，信号源的负端是被连接到AIGND 上的，也就是
说它是被连到系统地上。
这种连接的方式使得我们在测量时，对于每个信号只需要使用一个模拟输入通道。所以，一
个16 通道的数据采集设备在使用RSE 模式时，可以测量16 路信号。如果我们想要在
模拟输入通道10 上测量一个信号，那么只需要将信号的正端连接到ACH10，负端连接到AIGND 上。
• 非参考单端模式(NRSE)：
NI 的数据采集板卡上还提供了一种不同于RSE 参考单端的模式，我们称它为NRSE，非参考
单端模式， 在NRSE 模式下，所有的测量同RSE 相类似都参考同一个参考点，但与RSE 模式不同的是 该参考点的电压值可以调整和变化。负端被连接到AISENSE 引脚上，而AISENSE 并不是以地作为参考的。于是AISENSE上的电压是浮地的。
2.2.4 三种输入模式的优缺点比较：
1. 差分模式（Differential）：虽然该模式会使可用通道数减半，但是它具有非常好的共模电压和共模噪声抑制能力，是不错的选择。
2. 其次是参考单端(RSE)，对于接地信号，参考单端是不推荐使用的终端模式，因为 接地环路的电势差会造成测量误差，并将交流噪声以及直流偏移量引入到测量系统 当中。除此之外，当信号源正端不小心接到RSE 测量系统的AIGND 上时，还会造 成信号源短路以至于损坏。
3. 第三是非参考单端(NRSE)，由于测量系统的负端以AISENSE 为参考而不是直接以 地作为参考，对于接地信号，NRSE 模式可以保证最大的可用通道数，然而它无法 像差分模式那样抑制共模信号。
也就是说对于接地信号的情冴，我们只有差分和NRSE 两种模式可选，如果您的剩余 可用通道数足够多的话，首先推荐使用差分模式，如果您想尽可能多地使用模拟输入 通道，那么可以选择NRSE 模式。
图1-3 模拟端子说明
图1-4 数字端子说明
3软件设计
3.1应用程序框图
N
Y
图1-5 应用程序框图
图1-6 前面板
图1-7 报警程序图
图1-8主程序图
在本程序中，数据采集卡将电压信号采集，在前面板上显示采集电压。然后通过标定程序，将电压转换为温度，在前面板上温度计和示波器显示。将转换的温度与温度上限和温度下限比较，若在两者之间，则正常灯亮；反之，则进入报警程序，报警灯将一闪一灭，每报警一次，报警灯闪烁两次。
3.3标定程序
图1-9 标定程序
3.3.1标定的选定
将温度传感器置于冰水混合物中，标定为0摄氏度，记录此时的电压值；在将温度传感器置于沸水中，标定为100摄氏度，记录此时的电压值。记录多组电压值，数据处理后，得出结果，0摄氏度电压值为2.276，100摄氏度电压值5.823.由于温度与电压变化成线性关
系，得出标定斜率K为28.193，标定截距b为-64.167.
通过标定程序，可以将采集到的电压信号转换成温度，显示到前面板上。
3.4报警判断程序
图1-10报警判断程序
将温度与温度上限和温度下限比较，若在其之间，正常灯亮，反之则报警。
报警程序
报警程序如前面图示
4设计结果
图1-11 报警结果
图1-12 正常结果
5设计体会
开始的时候并不知道NIUSB6008DAQ温度测量标定这个设计怎么搞，在老师的悉心指导下完成了驱动及软件的安装，实物接线，遇到最大的问题就是不会labview的程序图设计，后来经过老师的指导和同学的帮助终于完成了设计。在这一个星期，我们小组分工合作、齐心协力，一起完成了课程设计前的准备工作（阅读课程设计相关文档）、小组讨论分工、完成系统开发的各个文档、课程设计总结报告任务。在课程设计的第一天我们便对这次任务进行了规划和分工。在以后的几天中，我们组的成员一起努力，查阅资料、小组讨论、对资料进行分析，并在这段时间里完成了设计，并最后撰写课程设计报告及个人总结。
6实物连线图
图1-13 实物连线图
7参考文献
[1] 乔瑞萍等译. LabVIEW大学使用教程 电子工业出版社。2007
[2] 陈锡辉 张银鸿 编著. 程序设计从入门到精通 清华大学出版社。2000
[3]
[4] NIUSB6008DAQ卡说明书
[5]杨乐平, 李海涛, 杨磊. LabV IEW 程序设计与应用: 第二版[M ] . 北京: 电子工业出版社, 2004
[6]曹玲芝. 现代测试技术与虚拟仪器[M ] . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.
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