基于虚拟仪器的光敏电阻阻值测量装置的设计设计.doc

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1、 目录第一章 概述第二章 软件与硬件的结合及应用第三章 程序的设计致谢参考文献 第一章 概述 虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能帮助您创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成，标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。这也正是NI近30年来始终引领测试测量行业发展趋势的原因所在。只有同时拥有高效的软件、模块化I/O硬件和用于集成的软硬件平台这三大组成部分，才能充分发挥虚拟仪器技术性能高、扩展性强、开发时间少，以及出色的集成这四大优势。虚拟仪器是今后仪器仪表、测试控制研究与发展的方向，用NI

2、公司的Labview作为软件开发平台，比常用的面向对象软件编程难度大大降低，使得软件开发效率高，界面友好，功能强大，且扩展性好，对采集到的数据可用于高级分析库进行信号处理，也可以为了使所得测试曲线符合实际情况，进行拟合处理。总之，虚拟仪器有强大的功能，它强调“软件就是仪器”，用软件代替硬件，易开发、易调试，可有效节约资金。基于虚拟仪器的各种优势本课题决定使用Labview平台，设计一个光电检测系统，能够实现光敏电阻在光照强度不同状态下电阻的测量和测量过程的变化曲线。检测系统使用LabView数据采集卡和自制的电路板。 第二章 软件与硬件的结合及应用2.1 使用什么软件进行编程 本题目运用Lab

3、view为软件开发平台，为什么选择它呢？下面我列举了两个理由： （1） 较为完整的测试系统：Labview提供了一种全新的程序编程法，即对虚拟仪器软件对象进行图形化组合操作；全面兼容NI公司的所有数据采集，信号调理和仪器控制等硬件产品，包括：GPIB，PXI，VXI，VME，串口，PLC，CAN以及插入式数据采集板卡；数据类型众多还可以通过网络共享数据库和结构化查询语言（SQL)等方式与其他的数据源相联系；有CIN节点和MATLAB节点用于连接外部代码。 （2）高效的编程率：Labview是一个高效的图形化程序设计环境，他结合了简单易用的图形式开发环境与灵活强大的G语言编程，提供了一个直觉式的

4、环境，并于测量紧密结合，让工程师与科学家迅速开发出有关的数据采集，分析及显示的解决方案。2.1.1 Labview的特点 （1）用于常用测量与自动化应用程序的交互式 Express VI；应用程序模板与设计模式以创建常用应用程序。 （2）内置的编译器可加快执行速度，支持条件断点和自定义探针，自动错误处理。 （3）内置的GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的库函数，利用NI DAQ 7.0 和DAQ Assistant完成数据采集任务与自动代码。 （4）650多种SCPI仪器驱动程序，利用仪器I/O Assistant完成交互式仪器控制与代码生成。 （5）内容丰富的高级分析库，可进行信号处理、

5、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作。 （6）直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格，GUI对象的属性设置页面。 （7）利用ActiveX、DDE以及TCP/IP进行网络连接和进程通讯，缓冲Data Socket，用Email传送VI数。 （8）适用于Windows NT/9x/3.1、Mac OS X、HP-UX、Sun以及Concurrent 实时计算机。 （9）3D图形控件，增加了模块化和可视化的灵活性。 （10）可缩放的前面板，用户可以移植他们的程序而无需手动改变控件的大小。 （11）增强了报告的生成，可以快速地建立和打印格式化报表。 （12）增强图形，包括Smith和极坐标图，可以

6、以定制图形和动画。 （13）基于Web的应用程序开发，便捷连接 .NET Web服务，基于网络的帮助工具及更强的搜索工具。 （14）与MathWorks的MATLAB及NI的HiQ的无缝地集成。 （15）带有声音与振动、信号处理、DSP等附加工具包。 （16）LabVIEW运行于FPGA*上和LabVIEW 运行于Palm OS与Pocket PC PDA上。 （17）对齐网格(Alignment Grid)，子面板(Subpanel)和树形控件，反馈节点和平序结构，自动走线，动态及用户自定义事件。2.1.2 Labview的历史与发展 （1）从20世纪70年代末期：在美国应用研究实验室（Ap

7、pliedResearch Laboratory）产生VI概念的雏形。 （2）1986年：发布Macintosh平台下的LabVIEW1.0 （3） 1988年：发布Macintosh平台下的LabVIEW2.0 （4） 1990年：虚拟仪器面板和结构化数据流图获两项美国专利 （5） 1994年：发布LabVIEW 3.0 带有附加工具包 （6）1996年：发布LabVIEW 4.0 增加自定义界面和Application Builder （7）发布LabVIEW 5.0 支持多线程 （8）2000年：发布LabVIEW 6i集成因特网功能 （9）2001年：发布LabVIEW 6.1实现远程

8、控制和增加事件结构等重要功能 （10）2003年发布LabVIEW7，增加了ExpressVI 。 （11）2004年发布LabVIEW&trade7.1增加了许多全新的功能。 （12） 2005年发布LabVIEW8.0增加了许多全新的功能。 （13）2006年8月发布LabVIEW8.2有了第一个中文版的开发环境。 （14）2007年8月发布LabVIEW8.5。如今Labview是National Instruments（简称NI）公司一个划时代的图形化编程系统（Graphical Language)，应用于数据采集与控制、数据分析，以及数据表达等方面，它提供了一种全新的程序编写方法，其

9、即对称之为虚拟仪器（Virtual Instruments，VIs）的软件对象进行图形化的组合操作，可以利用上千种设备进行数据采集，包括：GPIB、VXI、PXI、串口、PLC以及插入式数据采集板。可以通过网络、SQL等方式与其它的数据源相联。据独立的市场调查分析，Labview是科学家和工程师们进行测试系统及检测仪器应用开发的首选工具。 图1 基于Labview的典型虚拟仪器系统2.2 硬件的介绍2.2.1 光敏电阻的原理及特性光敏电阻器件是光信号转换类传感器,它的敏感波长在可见光波长附近,包括红外线波长和紫外线波长。光敏电阻不只局限于对光的探测,它还可以作为探测元件组成其他传感器,对许多非

10、电量进行检测,只要将这些非电量转换为光信号的变化即可,因而在工业自动控制及智能机器人中得到广泛应用。本课题主要用于光敏电阻的光照特性等的研究。根据光敏电阻的光谱特性，可分为三种光敏电阻器： 紫外光敏电阻器：对紫外线较灵敏，包括硫化镉、硒化镉光敏电阻器等，用于探测紫外线。 红外光敏电阻器：主要有硫化铅、碲化铅、硒化铅。锑化铟等光敏电阻器，广泛用于导弹制导、天文探测、非接触测量、人体病变探测、红外光谱，红外通信等国防、科学研究和工农业生产中。 可见光光敏电阻器：包括硒、硫化镉、硒化镉、碲化镉、砷化镓、硅、锗、硫化锌光敏电阻器等。主要用于各种光电控制系统，如光电自动开关门户，航标灯、路灯和其他照明系

11、统的自动亮灭，自动给水和自动停水装置，机械上的自动保护装置和“位置检测器”，极薄零件的厚度检测器，照相机自动曝光装置，光电计数器，烟雾报警器，光电跟踪系统等方面。 光敏电阻的主要参数是： （1） 光电流、亮电阻。光敏电阻器在一定的外加电压下，当有光照射时，流过的电流称为光电流，外加电压与光电流之比称为亮电阻，常用“100LX”表示。 （2） 暗电流、暗电阻。光敏电阻在一定的外加电压下，当没有光照射的时候，流过的电流称为暗电流。外加电压与暗电流之比称为暗电阻，常用“0LX”表示。 （3） 灵敏度。灵敏度是指光敏电阻不受光照射时的电阻值（暗电阻）与受光照射时的电阻值（亮电阻）的相对变化值。 （4）

12、 光谱响应。光谱响应又称光谱灵敏度，是指光敏电阻在不同波长的单色光照射下的灵敏度。若将不同波长下的灵敏度画成曲线，就可以得到光谱响应的曲线。 （5） 光照特性。光照特性指光敏电阻输出的电信号随光照度而变化的特性。从光敏电阻的光照特性曲线可以看出，随着的光照强度的增加，光敏电阻的阻值开始迅速下降。若进一步增大光照强度，则电阻值变化减小，然后逐渐趋向平缓。在大多数情况下，该特性为非线性。 （6） 伏安特性曲线。伏安特性曲线用来描述光敏电阻的外加电压与光电流的关系，对于光敏器件来说，其光电流随外加电压的增大而增大。 （7） 温度系数。光敏电阻的光电效应受温度影响较大，部分光敏电阻在低温下的光电灵敏较

13、高，而在高温下的灵敏度则较低。 （8） 额定功率。额定功率是指光敏电阻用于某种线路中所允许消耗的功率，当温度升高时，其消耗的功率就降低。 光敏电阻工作原理构成光敏电阻的材料有金属硫化物、硒化物以及蹄化物等半导体。半导体的导电能力取决于自身载流子的多少。当光透过透明窗照射到梳状电极上时，若光子能量hf大于半导体的禁带宽度，则价带中的电子吸收能量后跃迁到导带，成为自由电子，同时产生空穴。电子一空穴对的不断增加，则使半异体的正向电阻迅速变小。光照越强，产生的电子一空穴对越多，其电阻下降越快。入射光消失，电子一空穴对因电极性相反而逐渐复合，电阻随之逐渐恢复原值。 光敏电阻的特性与参数（1）暗电阻 将光

14、敏电阻至于室温，无光照条件下，用精密惠斯登电桥测得的稳定电阻值称为暗电阻，通常大于1M欧姆。光敏电阻受温度影响较大，温度上升，暗电阻及测量灵敏度下降。（2）光电特性 当光敏电阻两电极问施加电压不变时，光照度与电阻及电流问的关系称为光电特性。一般光电特性曲线如图2所示。 图2 光敏电阻的特性曲线 图3光敏电阻工作原理图 图4左为光敏电阻实物图 右为光敏电阻结构图 伏安特性在一定照度下，加在光敏电阻两端的电压与电流之间的关系称为伏安特性。图9中，曲线1、2分别表示照度为零及照度为某值时的伏安特性。由曲线可知，在给定偏压下,光照度较大，光电流也越大。在一定的光照度下，所加的电压越大，光电流越大，而且

15、无饱和现象。但是电压不能无限地增大，因为任何光敏电阻都受额定功率、最高工作电压和额定电流的限制。超过最高工作电压和最大额定电流，可能导致光敏电阻永久性损坏。 图5为光敏电阻伏安特性2.2.2 LED的简介及特性LED英文单词的缩写，主要含义：LED = Light Emitting Diode，发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。 LED（LED = Light Emitting Diode），发光二极管，主要由支架、银胶、晶片、金线、环氧树脂五种物料所组成。 它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点

16、非常明 图6为LED灯泡以及灯具图片显，寿命长、光效高、低辐射与低功耗。白光LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过1501m/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为121m/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效理论上可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。然而，LED灯的工作原理使得在大功率LED照明行业里散热问题变得非常突出，许多

17、LED照明方案不够重视散热，或者是技术水平有限，所以目前量产的大功率LED灯普遍存在实际使用寿命远远不如理论值，性价比低于传统灯具的尴尬情况。为了提高LED灯具的使用寿命，真正做到适合商业化的量产，LED照明行业正在独立或者和专业的导热材料供应商合作加紧研制新型导热材料，比如导热塑料等等。 大功率LED，一般指大于0.65w，这一点不同公司内部也会有不同的标准，因为目前在大功率LED领域还没有形成大家一致认可的行业标准。光强与流明比小功率大，但同样散热也很大，现在大功率大多是单颗应用，加上有效散热面积很大的散热片，也出现了集成在一起的LED灯矩阵，但是散热效果不是很好。小功率一般是0.06W左

18、右的。现在LED手电一般是用小功率用的，光散不散，取决于LED的发光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手电筒一般是用草帽头做的。效果很好。现在就担心有些厂家不重质量，拿的次品LED做电筒，用不了多久就有死灯。 LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的，LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的，那是骗小孩的，如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样，使用寿命略有不同，因为大家用的都是那几家国外的LED芯片。如果是5MM的LED180度角的白光的发光强度只有几百MCD，如果是15度角的光强就要去到一万多两万MCD的

19、了，光强相差好几十倍了，如果是用于照明用的，在户外最好是用大功率的LED了，亮度就更高了，单个功率有1W，3W，5W，还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED，功率去到几百都有。 色温和亮度没关系，而亮度和流明值有关 ，来看几个相关概念： （1）光通量 （lm） 由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的灵敏度，我们不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光能量，必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位-光通量来衡量。光通量用符号表示，单位为流明（lm）。 （2）发光强度 （cd） 光通量是说明某一光源向四周空间发射出的总光能量。不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。发光强度的单位为坎德拉，符

20、号为cd，它表示光源在某单位球面体立体角(该物体表面对点光源形成的角)内发射出的光通量。1cd = 1 lm/1 sr （sr：立体角的球面度单位）。 （3） 亮度 （cd/m2) 亮度是表示眼睛从某一方向所看到物体发射光的强度。单位为坎德拉/平方米cd/m2，符号为L，表明发光体在特定方向单位立体角单位面积内的光通量，它等于1平方米表面上发出1坎德拉的发光强度。 （4） 色温 ( color temperature) 当光源所发出的光的颜色与黑体在某一温度下辐射的颜色相同时，黑体的温度就称为该光源的色温，用绝对温度K（开尔文，开氏度 = 摄氏度 + 273.15 ）表示。 显色性(Color

21、 rendering property) 原则上，人造光线应与自然光线相同，使人的肉眼能正确辨别事物的颜色，当然，这要根据照明的位置和目的而定。 光源对于物体颜色呈现的程度称为显色性。通常叫做显色指数（Ra）。显色性是指事物的真实颜色（其自身的色泽）与某一标准光源下所显示的颜色关系。Ra值的确定，是将DIN6169标准中定义的8种测试颜色在标准光源和被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源颜色的显色性越好。 Ra值为100的光源表示，事物在其灯光下显示出来的颜色与在标准光源下一致.鉴于LED 的自身优势，目前主要应用于以下几大方面： (1) 显示屏、交通讯号显示光源的应用LED 灯具有抗震耐

22、冲击、光响应速度快、省电和寿命长等特点，广泛应用于各种室内、户外显示屏，分为全色、双色和单色显示屏，全国共有100 多个单位在开发生产。交通信号灯主要用超高亮度红、绿、黄色LED, 因为采用LED 信号灯既节能，可靠性又高，所以在全国范围内，交通信号灯正在逐步更新换代，而且推广速度快，市场需求量很大，是个很好的市场机会。 (2) 汽车工业上的应用汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等。汽车用白炽灯不耐震动撞击、易损坏、寿命短，需要经常更换。1987年，我国开始在汽车上安装高位刹车灯。由于LED响应速度快, 可以及早提醒司机刹车，减少汽

23、车追尾事故，在发达国家，使用LED制造的中央后置高位刹车灯已成为汽车的标准件，美国HP公司在1996年 推出的LED汽车尾灯模组可以随意组合成各种汽车尾灯。此外，在汽车仪表板及其他各种照明部分的光源，都可用超高亮度发光灯来担当，所以均在逐步采用LED 显示。我国汽车工业正处于大发展时期，是推广超高亮度LED 的极好时机。近几年内会形成年产10亿元的产值，5 年内会形成每年30 亿元的产值。 (3) LED背光源以高效侧发光的背光源最为引人注目，LED作为LCD背光源应用，具有寿命长、发光效率高、无干扰和性价比高等特点， 已广泛应用于电子手表、手机、BP机、电子计算器和刷卡机上，随着便携电子产品

24、日趋小型化，LED背光源更具优势，因此背光源制作技术将向更薄型、低功耗和均匀一致方面发展。LED是手机关键器件，一部普通手机或小灵通约需使用10 只LED器件，而一部彩屏和带有照相功能的手机则需要使用约20 只LED器件。现阶段手机背光源用量非常大，一年要用35 亿只LED芯片。目前我国手机生产量很大，而且大部分LED背光源还是进口的，对于国产LED产品来说，这是个极好的市场机会。 (4)LED照明光源早期的产品发光效率低，光强一般只能达到几个到几十个mcd，适用在室内场合，在家电、仪器仪表、通讯设备、微机及玩具等方面应用。目前直接目标是LED光源替代白炽灯和荧光灯，这种替代趋势已从局部应用领

25、域开始发展。日本为节约能源，正在计划替代白炽灯的发光二极管项目( 称为 照亮日本) ，头五年的预算为50 亿日元，如果LED替代半数的白炽灯和荧光灯，每年可节约相当于60 亿升原油的能源, 相当于五个1.35 106kW 核电站的发电量，并可减少二氧化碳和其它温室气体的产生，改善人们生活居住的环境。我国也于2004 年投资50 亿大力发展节能环保的半导体照明计划。 (5)其它应用例如一种受到儿童欢迎的闪光鞋，走路时内置的LED会闪烁发光，仅温州地区一年要用5 亿只发光二极管；利用发光二极管作为电动牙刷的电量指示灯，据国内正在投产的制造商介绍, 该公司已有少量保健牙刷上市，预计批量生产时每年需要

26、3 亿只发光灯；正在流行的LED圣诞灯，由于造型新颖、色彩丰富、不易碎破以及低压使用的安全性，近期在香港等东南亚地区销势强劲，受到人们普遍的欢迎，正在威胁和替代现有电泡的圣诞市场。 2.3软件与硬件的结合 数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 为了使本课题所做的电路与计算机Labview联系起来，就要用到数据采集卡，即实现数据采集(DAQ)功能的计算机扩展卡，可以通过USB、PXI、PCI、PCI Expres

27、s、火线(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。2.3.1 数据采集卡的一些参数及性能介绍 （1）通道数：就是板卡可以采集几路的信号，分为单端和差分。常用的有单端32路/差分16路、单端16/差分8路。 (2)采样频率：单位时间采集的数据点数，与AD芯片的转换一个点所需时间有关，例如：AD转换一个点需要T = 10uS，则其采样频率f = 1 / T为100K，即每秒钟AD芯片可以转换100K的数据点数。它用赫兹（Hz），常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等 。(3)缓存的区别及它的作用：主

28、要用来存储AD芯片转换后的数据。有缓存可以设置采样频率，没有则不可以。缓存有RAM和FIFO两种:FIFO应用在数据采集卡上，主要用来存储AD芯片转换后的数据。做数据缓冲，存储量不大，速度快,RAM是随机存取内存的简称。一般用于高速采集卡，存储量大，速度较慢。 (4)分辨率：采样数据最低位所代表的模拟量的值，常有12位、14位、16位等，（12位分辨率，电压5000mV）12位所能表示的数据量为4096（2的12次方），即5000 mV电压量程内可以表示4096个电压值，单位增量为（5000 mV）/ 4096=1.22 mV 。(5)精度：测量值和真实值之间的误差，标称数据采集卡的测量准确程

29、度，一般用满量程(FSR，full scale range)的百分比表示，常见的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如满量程范围为010V，其精度为0.1%FSR，则代表测量所得到的数值和真实值之间的差距在10mv以内。 (6)量程：输入信号的幅度，常用有5V、10V 、05V 、010V ，要求输入信号在量程内进行 。(7)增益：输入信号的放大倍数，分为程控增益和硬件增益，通过数据采集卡的电压放大芯片将AD转换后的数据进行固定倍数的放大。由两种型号PGA202 (1、10、100、1000) 和PGA203 (1、2、4、8)的增益芯片。 (8)触发：可分为内触发和外触发两种，指定启动AD

30、转换方式。2.3.2 常规的PCI数据采集卡及简介 （1）ATS860双通道 8Bit 250MS/s高速PCI数据采集卡（图7）ATS860是目前市场上性价比最好的 250MS/s PCI 数据采集卡。拥有两个同步250MS/s ADCs，全可编程前端和任选的双端口内存，使得ATS860成为一款许多应用理想的数据采集卡，如超声测试、NMR 谱分析和雷达测试应用。 图7（2）Octopus 系列多通道PCI 高速采集卡（图8）Gage Octopus 系列多通道PCI高速采集卡具有单个PCI插槽8通125MHz/12Bit/每通道同时采样,板载内存可达4GB，多块OctopusPCI卡可组成高

31、达64个通道采集系统。 图8（2） AL8100C四通道/100MHz,双通道/200MHz,单通道/400MHz ,8Bit,PCI数据采集卡（图9）图92.3.3 PCI6221介绍 图10为课题所用采集卡PCI6221NI_数据采集卡使用说明： （1）模拟输入的信号类型，一个电压源分为两类：接地信号和浮地信号。三种测量方式：差分（DIFF）；参考单端（RSE）；非参考单端（NRSE）一般的，接地信号的测量，可以用差分或非参考单端方式；浮地信号的测量以上三种都行。信号源必须有参考地AIGND（模拟地），若没有连接电阻，信号源浮地会导致读数不准。信号源阻抗小于或大于100欧时有不同连线方式。

32、 （2）模拟输出，将输出正端接AOx，负端接AOGNDx。这里给出部分采集卡的模拟输出的连接方法。 （3）数字I/O，将输出正端接DIOx，负端接任意一个DGND。这有部分关于数字I/O应用的连接方式。 （4）计数器，测量和产生数字信号，常用于测量信号频率或者信号周期。要明确指定节点执行的先后次序，就必须使用顺序结构来明确执行次序。只要被调用VI程序定义了图标和连接器端口，就可以在任意一个VI程序的框图窗口里作为子程序调用。 （5）数据采集VI程序的调用方法在数据采集子模板下，有六部分：模拟输入、模拟输出、数字I/O、计数器、校准和配置以及信号调理。 （6）模拟输入与输出：在数据采集子模板下的

33、模拟输入子模板程序执行模/数转换操作，模拟输出程序库执行数/模转换或多重转换。 （7）扫描多个模拟输入通道，从多个输入通道以指定的采样率采集指定的采样点数，并将采样结果数据送回到计算机。Channels控制栏制定要采样的多个通道的编号，各个通道号间以逗号隔开；控制栏Numbers of samples/ch是每个通道要采集的采样点数；Scan rate是每个通道没面中的采样点数即采样率。Waveform是一个二维数组，包含模拟输入信号电压数值；Actual scan period是实际采样率的倒数。 （8）连续数据采集：或者二说实时数据采集，是在不中断数据采集过程的情况下不断向计算机返回采集数

34、据。开始数据采集后，DAQ卡不断采集数据并将它们存储在指定的缓冲区中，LabVIEW每隔一段时间将一批数据送入计算机进行处理，如果缓冲区放满了，DAQ卡就会重新从内存起始位置写入新数据，覆盖原来的数据。这种工作方式对于需要把数据存入磁盘或者观察实时数据很有用。这里有一个从串行仪器里面读取测量值的简单讲解。 （9）IEEE 488（GPIB）概述：术语GPIB、HP-IB和IEEE 488都是同义词，现在GPIB已广泛用于计算机与计算机的通讯，以及对扫描仪和图像记录仪的控制。GPIB是一个数字化的24线并行总线，包括8条数据线、5条控制线、3条握手线和8条地线。所有字节都是通过总线顺序传送，传送

35、速度由最慢部分决定，数据一般以ASCII码字符串方式传送。有三种方式来表明传送数据结束：连接线EOI，特定结束符EOS，对已传送数据字节计数（典型的字节数限定值等于或大于需要读取的数据值）。这里有部分讲解GPIB软件包。在LabVIEW-examples-instr-insttmpl.LLB程序库中，有很多VISA仪器驱动程序模板程序。 （10）数字频率=模拟频率/采样频率。数字滤波器：用于改变或消除不需要的波形。给出了较为详细介绍，有一个带通纹波和带阻衰减的定义公式。 （11）常用软件工具箱：应用程序生成器，自动检测工具箱，企业连通工具箱，Internet工具箱，PID工具包，Picture

36、 Control工具箱，大型应用程序的开发和有效性规则。NI的DAQ产品是非常多的，即使其他公司的DAQ产品，在有驱动程序的前提下也可以使用，如研华，研祥等公司的产品。本课题采用了NI的M系列多功能数据采集卡，NI PCI-6221是一款低价位多功能M系列数据采集（DAQ)板卡，经优化系用于需要控制成本的应用。该卡具有2路16为模拟输出（833KS/S);16路（差分8路）16位模拟输入（250KS/S)；双向24路数字I/O线；2路32位计时器/定时器。D-Sub是一种模拟信号接口类型，俗称VGA接口，有公头母头之分。两个16位模拟输出；10个数字I/O线；数字触发；相关DIO（2个时钟线，

37、1MHz）；选择传输速度提高5倍采样速率的高速M系列或4倍高精确度；NI-DAQmx驱动软件和NI LabVIEW 信号表达的交互式数据记录软件。（1）概述：NI PCI6221 DAQ板子通过他的模拟信号接口I/O连接为OEM客户（原始设备制造商）提供一个经济有效的解决方案。D-Sub接头提供与其他标准的D-Sub配件的兼容性，包括低成本的直接安装如NI CB-37F-LP这样的接线端子。对于需要更高速度和更高精度的应用，考虑5倍更快的采样率的高速M系列和4倍更好的高精度的M系列。低成本M系列设备把*NI-STC2系统控制器、NI-PGIA2可编程放大器和NI-MAcl校准技术 *这些先进的

38、功能结合在一起来提高性能和精度。想了解更多的M系列技术，设备规范和推荐的电缆和配件的信息，请参考数据表和规范。（2）驱动软件：M系列设备与多个操作系统一起工作，使用三个驱动软件包括NI-DAQmx，NI-DAQmx基础和测量硬件DDK。浏览资源选项卡信息学习更多有关驱动软件或下载一个驱动。M系列设备不兼容传统NI-DAQ驱动。应用程序软件：每一个M系列数据采集设备包含一个NI LabVIEW SignalExpress软件，使你不需要编程即可能快速获得、分析和表达数据。除了LabVIEW SignalExpress软件，M系列数据采集设备还兼容以下版本的NI应用软件LabVIEW7.x等等。M

39、系列数据采集设备也兼容Visual Studio.NET，C/C+，和Visual Basic 6。 图11为PCI6221的引脚定义图2.3.4 硬件的接线根据题目要求，本课题采用了一个简单的电路图：由一个装有3节干电池的电池盒来作为电源，输出直流4.5V,把光敏电阻及1千欧的串联到电源两端。利用计算机通过数据采集卡模拟输出通道输出电压加载到发光二极管两端，发光二极管与光敏电阻距离应较近。把1千欧电阻两端的电压信号也通过数据采集卡输入计算机。最后经过Labview设计程序显示光敏电阻的一系列数值。 图12为硬件电路板，由发光二极管，光敏电阻，1千欧电阻及电源组成 图13为PCI6221的详细

40、接线图 图14为硬件整体接线发光二极管长脚接22脚，断脚接55脚，1千欧电阻正向接68脚，负接34脚 第三章 程序的设计3.1 程序的概述 根据对课题内容的理解，此程序的设计分为三大部分： （1）实现信号的采集，即把电阻两端的电信号转换为数字信号(A/D转换）。 （2）实现信号的输出，即在发光二极管（LED)两端加上可调的电压，使发光二极管的亮度随时间不断变化（D/A转换）。 （3）数据的显示，把光敏电阻阻值的变化与光的亮度及电流强度在前面板显示出来。3.1.1 A/D转换的实现 （1）设置任务名的通道- 图15 （2）配置采集通道- 图16， DIfferential表示运用差分的方式，-1

41、0与10限定了范围。 （3）采样的设置- 图17 ，Continuous Samples表示的是连续采样，2048是经验数据，1000是采样频率。 （4）通过DAQmx图18 正式开始任务。 （5）通过图19 接收到数据图20 再除以1，即1千欧的电阻得到电流mA。 （6）图21 4.5是总的电压，减去1千欧电阻两端的电压得到光敏电阻两端的电压，再除以干路的电流就得出光敏电阻的阻值。3.1.2 D/A转换的实现（1） 运用同样的方法图22 配置输出模拟电压通道Ao0.（2） 图23 配置1秒递增时间序列，图24乘以10转换成百分比的显示。图25，最大值100除以250等于0.4，1.42是经验

42、数据，加上0.4得到1.82为发光二极管最大电压。 3.1.3显示界面的实现 图26运用这3个显示控件显示得到的数据，用图线表示。 3.2 程序的界面 图27为程序前面板 图28为程序的后面板3.3 数据记录与误差分析 图29为最后测量出的数据 图30为电流随光强（时间）变化的曲线人们对客观世界的认识总是带有一定的局限性，与客观事物的本来面貌存在差异。测量是在一定的物质基础上进行的。因此，人们在进行各种实际测量时，尽管被测量在理论上存在真值，但由于客观实验条件的限制，被测量的真值实际上是测不到的，因而测量结果只能是真值的近似值，这样就不可避免地存在着测量误差。 3.3.1 误差的种类 根据误差

43、出现的规律可分为系统误差、随机误差和粗大误差三种。（1）系统误差在相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持恒定，或在条件改变时，与某一个或几个因素成函数关系的有规律的误差，称为系统误差，简称系差。它产生的主要原因是仪表制造、安装或使用方法不正确，也可能是测量人员一些不良的读数习惯造成的。（2）随机误差服从统计规律的误差称随机误差，简称随差，又称偶然误差。只要测试系统的灵敏度足够高，在相同条件下，重复测量某一量时，每次测量的数据或大或小，或正或负，不能预知。随机误差是由很多复杂因素，如电磁场的微变，零件的摩擦等，对测量值的综合影响所造成的。（3）粗大误差 粗大误差是一种显然与实际值不符

44、的误差。如测错、读错、记错以及实验条件未达到预定的要求而匆忙实验等，都会引起误差。 致谢 在本次论文设计过程中，张卫纲老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！ 最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。参考文献1. 杨乐平等编. LabView程序设计与应用.北京：电子工业出版社，20052陈锡辉等著.LabView8.20程序设计从入门到精通.清华大学出版社，2007.73刘正国等编.光电信息测控技术应用.上海第二工业大学光电信息系，2008.84. 宋文绪主编.自动检测技术.冶金工业出版社，20025. 胡仁喜等著. LabView8.2.1虚拟仪器实例指导教程. 机械工业出版社，20086