实例3 PCI-6023E数据采集卡温度测控

一、设计任务

采用LabVIEW语言编写应用程序实现PC与PCI-6023E数据采集卡温度测控。

任务要求：自动连续读取并显示温度测量值；绘制测量温度实时变化曲线；实现温度上、下限报警指示并能在程序运行中设置报警上、下限值。

二、线路连接

PC与PCI-6023E数据采集卡组成的温度测控线路如图2-24所示。

首先将PCI-6023E数据采集卡通过R6868数据电缆与CB-68LP接线端子板连接，然后将其他输入、输出元器件连接到接线端子板上。

图2-24中，温度传感器 Pt100热电阻检测温度变化，通过温度变送器（测量范围0～200℃）转换为4～20mA 电流信号，经过250Ω电阻转换为1～5V电压信号送入数据采集卡模拟量输入0通道（端口68和67）。检测到的电压值经过换算就可得到温度值。温度与电压的数学关系是：温度=（电压-1）×50。

当检测温度大于等于计算机程序设定的上限值时，计算机输出控制信号，使数据采集卡数字量输出1通道PO.1（端口17）置高电平，晶体管V1导通，继电器KM1常开开关KM11闭合，指示灯L1亮；当检测温度小于等于计算机程序设定的下限值，计算机输出控制信号，使数据采集卡数字量输出2通道PO.2（端口49）置高电平，晶体管V2导通，继电器KM2常开开关KM21闭合，指示灯L2亮。

还需进行 AI 参数设置。运行 Measurement & Automation 软件，在参数设置对话框中的AI 设置项，设置模拟信号输入时的量程为-10.0～+10.0V，输入方式采用 Reference Single Ended（单端有参考地输入）。

注意：在进行LabVIEW编程之前，必须安装NI数据采集卡驱动程序以及DAQ函数。

三、任务实现

1.设计程序前面板

新建VI。切换到LabVIEW的前面板窗口，通过控件选板给程序前面板添加控件。

（1）为了实时显示测量温度实时变化曲线，添加1个波形图表控件：控件→图形→波形图表。标签改为“温度变化曲线”，将Y轴标尺范围改为0～100。

（2）为了显示板卡采集值，添加1个数值显示控件：控件→数值→数值显示控件。标签为“温度值”。

（3）为了设置温度上下限值，添加2个数值输入控件：控件→数值→数值输入控件。标签分别改为“上限值”和“下限值”，将其初始值分别设为“50”和“20”。

（4）为了显示测量温度超限状态，添加2个指示灯控件：控件→布尔→圆形指示灯。将标签分别改为“上限灯”和“下限灯”。

（5）为了关闭程序，添加1个停止按钮控件；控件→布尔→停止按钮。

设计的程序前面板如图2-25所示。

2.框图程序设计

切换到LabVIEW的程序框图窗口，添加节点与连线。

1）温度采集程序设计

（1）添加1个While循环结构：函数→→结构→While循环。

以下在While循环结构框架中添加节点并连线。

（2）添加1个时钟函数：函数→定时→等待下一个整数倍毫秒。

（3）添加1个数值常量：函数→数值→数值常量。值设为“500”。

（4）将数值常量“500”与时钟函数的输入端口相连。

（5）将停止按钮图标移到While循环结构框架中。将停止按钮与循环结构的条件端口相连。

（6）添加1个顺序结构：函数→结构→层叠式顺序结构（LabVIEW2015以后版本结构子选板中没有直接提供层叠式顺序结构，可先添加平铺式顺序结构，右击边框，弹出快捷菜单，选择“替换为层叠式顺序”）。

将其帧设置为2个（序号0～1）。设置方法：右击顺序式结构上边框，在弹出的快捷菜单中执行“在后面添加帧”选项1次。

在顺序结构框架0中添加函数并连线。

（7）添加1个模拟电压输入函数：函数→测量I/O→Data Acquisition→Analog Input→AI Acquire Waveforms .vi，如图2-26所示。

AI Acquire Waveform.vi函数的主要功能是实现单通道数据采集。它有如下几个重要的输入数据端口，分别是device、channel、number of samples以及sample rate。这四个输入数据端口分别用于指定数据采集卡的器件编号、通道编号、采样点数量以及采样速率。其中采样速率不能高于数据采集卡所允许的最高采样速率。AI Acquire Waveform.vi函数的输出数据端口Waveform用于连接Waveform数据类型的控件。

（8）添加6个数值常量：函数→数值→数值常量，将值分别设为1、1000、1000、0、1和50。

（9）添加1个字符串常量：函数→字符串→字符串常量，将值改为“0,1,2,3”。

（10）将数值常量1、1000、1000分别与AI Acquire Waveforms .vi函数的输入端口device、number of samples/ch、scan rate相连。

经过上面的简单设置，程序便可以对任意device number所对应的数据采集硬件的任意一个通道的电压进行数据采集了，采集速率和采集的数据点的个数分别由number of samples和sample rate决定。采集后的数据被实时显示在示波器窗口波形图形上面。

（11）将字符串“0,1,2,3”与AI Acquire Waveforms .vi函数的输入端口“channel（string）”相连。

（12）添加1个索引数组函数：函数→数组→索引数组。

（13）将AI Acquire Waveforms .vi函数的输出端口“waveforms”与索引数组函数的输入端口“数组”相连。

（14）将数值常量“0”与索引数组函数的输入端口“索引”相连。

（15）添加1个减函数：函数→数值→减。

（16）添加1个乘函数：函数→数值→乘。

（17）将索引数组函数的输出端口“元素”与减函数的输入端口“x”相连。

（18）将数值常量“1”与减函数的输入端口“y”相连。

（19）将减函数的输出端口“x-y”与乘函数的输入端口“x”相连。

（20）将数值常量“50”与乘函数的输入端口“y”相连。

（21）将数值显示控件（标签为“温度值”）、波形显示控件（标签为“温度变化曲线”）移到顺序结构框架 0中。

（22）将乘函数的输出端口“x*y”分别与数值显示控件、波形显示控件相连。

其中第（17）～（22）步的作用是将检测的电压值转换为温度值（温度=（电压-1）*50）。

框架0中连接好的框图程序如图2-27所示。

2）超温控制程序设计

以下在顺序结构框架 1中添加节点并连线。

（1）添加2个写数字量函数：函数→测量 I/O→Data Acquisition→Digital I/O→Write to Digital Line.vi。

（2）添加4个数值常量：函数→数值→数值常量。将值分别设为“1”“1”“1”和“2”。

（3）添加2个字符串常量：函数→字符串→字符串常量。将值均设为“0”。

（4）添加1个局部变量：函数→结构→局部变量。

右击局部变量图标，在弹出的快捷菜单中，从“选择项”子菜单为局部变量选择对象“温度值”。单击该局部变量，在弹出菜单中选择“转换为读取”。

（5）添加1个比较函数：函数→比较→“大于等于？”。

（6）添加1个比较函数：函数→比较→“小于等于？”。

（7）将数值输入控件“上限值”和“下限值”以及“上限灯”控件和“下限灯”控件移到顺序结构框架1中。

（8）将2个数值常量“1”（板卡设备号）分别与2个Write to Digital Line.vi函数的输入端口“Device”相连。

（9）将2个字符串常量“0”（通道号）分别与2个Write to Digital Line.vi函数的输入端口“digital channel”相连。

（10）将数值常量“1”和“2”（端口号）分别与2个Write to Digital Line.vi函数的输入端口“Line”相连。

（11）将“温度值”局部变量与“大于等于？”比较函数的输入端口“x”相连。

（12）将“温度值”局部变量与“小于等于？”比较函数的输入端口“x”相连。

（13）将数值输入控件“上限值”与“大于等于？”比较函数的输入端口“y”相连。

（14）将数值输入控件“下限值”与“小于等于？”比较函数的输入端口“y”相连。

（15）将“大于等于？”比较函数的输出端口“x＞=y?”与Write to Digital Line.vi函数（上）的输入端口“Line state”相连。

（16）将“小于等于？”比较函数的输出端口“x＜=y?”与Write to Digital Line.vi函数（下）的输入端口“Line state”相连。

（17）将“大于等于？”比较函数的输出端口“x＞=y?”与“上限灯”控件相连。

（18）将“小于等于？”比较函数的输出端口“x＜=y?”与“下限灯”控件相连。

框架1中连接好的框图程序如图2-28所示。

3.运行程序

单击快捷工具栏“运行”按钮，运行程序。

给Pt100热电阻传感器升温或降温，程序画面显示温度测量值及实时变化曲线。

当测量温度大于等于设定的上限温度值时，数据采集卡数字量输出1通道PO.1（端口17）置高电平，线路中指示灯L1亮，程序画面中上限指示灯改变颜色。

当测量温度小于等于设定的下限温度值时，数据采集卡数字量输出2通道PO.2（端口49）置高电平，线路中指示灯L2亮，程序画面中下限指示灯改变颜色。

可以改变温度报警上限值和下限值：在“上限值”数值输入控件中输入上限报警值，在“下限值”数值输入控件中输入下限报警值。

程序运行界面如图2-29所示。