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基于LabVIEW与mbed平台的多点数据采集系统设计

摘要：本文介绍了基于 LabVIEW 与 mbed 平台的多点数据采集系统。多点数据采集系统凭借着优良的性能被 运用于各个行业，无论是在实验室，还是在工业生产中数据采集系统都是不可或缺的。正因为有了数据采 集系统的出现，工业生产效率被大大的提高了。它是连接着计算机与外部物理世界的纽带。数据采集反映 了物理世界的状态，使人们能够更加精准的对事物进行控制，所以数据采集系统在工业发展中至关重要。

关键词：LabVIEW，mbed 平台，数据采集，传感器，工业。

 

目录

第一章  序言 1

1.1 研究背景及其目的的意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.3 该课题主要的研究内容 3

第二章 多点数据采集系统的总体设计 4

2.1 多点数据采集系统总体框图 4

2.2 多点数据采集系统软件程序设计方案 4

2.2.1 模块化程序设计的概念 4

2.2.2  多点数据采集系统软件设计流程图 6

第三章  多点数据采集系统的硬件系统 7

3.1MBED 平台 7

3.1.1MBED 平台的介绍 7

3.1.2 MBED 平台开发流程 8

3.2 多点传感器系统的传感器介绍 12

3.2.1 DHT22 温湿度传感器 12

3.2.2  环境光传感器 16

3.2.3  液位传感器传感器 20

第四章  多点数据采集系统的硬件连接电路 23

4.1 多点数据采集系统 MCU 最小系统 23

4.2 DHT22 温湿度传感器的硬件连接图 23

4.3  环境光感传感器硬件连接图 24

4.4  液位传感器传感器硬件连接图 25

第五章  多点数据采集系统的软件系统 26

5.1 虚拟仪器技术 26

5.1.1  虚拟仪器技术的概念及结构 26

5.1.2  虚拟仪器的特点和优势 27

5.2 LABVIEW 28

5.2.1 LABVIEW 的特点 28

5.2.2 LABVIEW 的功能 29

5.3 LABVIEW 的开发流程 29

5.4 基于 LABVIEW 的上位机程序 32

5.4.1 LABVIEW  串口通讯程序 32

5.4.2 LABVIEW 多点采集显示程序 33

第六章 总结与展望 35

小结与致谢 35

参考文献 36

附录一 37

附录二 38

 

第一章  序言

1.1 研究背景及其目的的意义

1950 年左右出现了数据采集系统，1956 年美国率先研制了并运用在军工领 域上的测试系统，为了是不依靠有关指示进行测试，由没有进过专业训练的人员 进行操作，而且由测试装备高速自动控制进行收集数据。因为这种数据采集测试 系统更加有效率、更加的方便快捷可以完成众多传统的人工用仪器采集测量方法 无法完成的测量工作，于是在初期阶段获得了人们以及市场的的认同。大约 1960 年之后，国际的市场上就出现了完整的数据采集装置，那时的数据采集装置和系统大多都运用于某一专门的方面上。

1980 年左右，微型计算机技术的逐渐成长，制造出了一种数据采集系统由 收集器，仪表和微型机构成。因为这类装置的凭借强大功能以及高效率的采集速 度，领先传统的采集系统成为经典。这类设备由于选用积木式的构造特点，在设 备的机箱内装有对应的采集器的接口卡，而后用一台计算机监管控制。第二类系 统大多使用在工业现场。这种系统中，要是变更工作任务，只要将新的测量设备 连接线接上数据采集设备，或在专业的机箱里根据接口卡插入相应的测量设备便 可完成硬件平台的搭建，很显然，相比于传统的采集测量系统这样的系统更加便 捷。20 世纪 80 年代后期，由于工业计算机，单片机和大规模集成电路的迅速发 展，因而有他们组合而成的数据采集系统产生了非常巨大的变化，利用软件管理， 降低系统的成本，体积减小，但功能却成倍增加，大大加强数据处理能力以及效率。

从 20 世纪 90 年代到现在，拥有世界先进技术的国家已经在军事，航空电子， 航空航天和工业领域实现了数据采集系统的使用。由于集成电路制造技术的不断 改进，已经生产出高性能，高可靠性的单芯片数据采集系统（DAS）。当前，少 量的 DAS 产品的精度达到 16 位，并且可以实现 10M/S 乃至更多的数据收集速率。 因此，数据采集技术如今被用作专业技术，并广泛应用于各种产业，军工领域、 航天航空领域。该时期基于相比之前更加出色的模块化结构数据采集系统，可依 据各种采集任务的需要需要增添和删除板块。联系编程系统，可以对系统进行扩 大或删减，以快速构成新的数据采集系统。在这个时期是基于并行总线数据采集系统技术朝快捷，模块化和即插即用的目标迈进的，典范代表有 VXI 总线系统，PCI，PXI 总线系统，数据位能够实现 32 位总线宽度，频率可以实现 100MSps。 因为选用高密度屏障型针孔连接器和卡模块，能够完全确保采集系统的安全性，然而其高昂的价格阻挡了数据采集系统的发展。

串行总线数据采集系统的成长朝着分布式系统构造和智能化前进，以及不断 提升稳定性。该系统的连接选用 RS485 双绞线，电力载波，无线和光纤进行通讯， 不停发展数据采集系统技能使之更加的完善、完美。该系统的使用遍及各种产业 的实时数据收集和掌控等方面。随着局域网技能的快速成长，能够更加有效的连 接工厂管理局域网，车间局域网和底层设备网络，从而能够高效的连接多台数据采集设备，实现在线生产。实时监测和数据采集。

1.2 国内外研究现状

伴随着国外微电子技术，集成电路技术，计算机技术，测控技术和数字通信 系统的迅速发展，目前国外数据采集技术相比于最初的数据采集系统已经有了巨 大的变化。就近年在国际上许多的厂商推出的新型数据采集设备而言，大概体现 在功能多种多样，体积减小和使用方便这些方面。此外，这类技术还表现为以下六个方面的特点：

（1）数据采集器可以一器两用，即可以作为一台数据收集器，又可以作为 一台功能多样的机械状况分析仪，不但有经常使用的时域分析和频域 FFT 分析功能，并且也能够完成倒谱，细化，包络谱和时频域分析等各种工作；

（2）数据采集器也可以一器多用，不仅仅只作为数据收集器也可以作为其 他测试仪器。例如法国迈威公司的 moviloc 数据采集器，即可作为一台动平衡仪来用，又可以做单一平面的动平衡，也可以做六个平面的动平衡；

（3）数据采集器的存储量大，检测范围广从低频到高频都可以检测，能适用于各种机器的检测；

（4）可以进行多种数据的测量，功能多样，十分强大。

（5）数据采集器相匹配的软件系统也非常的强大，可以是适用于多种多样的数据采集系统，兼容性强大。

（6） 目前这类设备大多配备了 LCD 液晶显示屏，芯片高度集成，尽可能的 减少按键的使用，因为集成度高，所以现在的数据采集器体积更小重量更轻，非常的方便快捷，十分有利于各种产业的应用。当前，分散式数据采集器正向着智能化，模块化的发展方向。

1.3 该课题主要的研究内容

我所设计的数据采集系统主要利用 LabVIEW 和 mbed 开发平台进行构建的。 首先使用 LabVIEW 编写上位机系统，实现人机交互的功能。然后使用 mbed 平台 作为多点数据采集系统的主控板，通过它对各种待测物理量（如温湿度、光照强 度、速率、液位等）进行采集，并对采集到的数据进行处理分析，最终通过串口 输入到上位机上进行显示。我之所以选用 mbed 作为主控板的原因是 mbed 是 ARM 公司专门为物联网技术设计的一款低功耗嵌入式操作系统，因此通过 mbed 对嵌 入式设备进行研发非常的方便、快捷。我相信我所设计的这一款数据采集系统具

有多样的功能，非常实用并且拥有投入市场的潜力。

参考文献

［1］ 胡宴如，耿苏燕.模拟电子技术（第五版）[M].高等教育出版社

［2］ 秦益霖，李晴.虚拟仪器应用技术项目教程（第二版）[M].中国铁道出版社

［3］ 张兰勇，孙健，孙晓云，赵国宇.labview 程序设计基础与提高[M].机械工业出版社

［4］蒙博宇.STM32 自学笔记（第二版）[M].北京航空航天大学出版社

［5］范能静.基于 LabVIEW 的游戏设计[C].《互联网论文库》- 2015

［6］多功能数据采集与控制模块设计  [C].  《互联网论文库》-2016

［7］模块化程序设计.《百科》