机电类《自动检测技术及应用》 教材配套多媒体课件统一书号： ISBN 978-7-111-34300-4

配套教学网站： www.liangsen.net 或http://www.sensor-measurement.net

（共 13章，第十三章 上）2012年 7月版

第十三章 传感器在现代检测系统中的综合应用

本章介绍传感器在现代检测系统中的综合应用，以及如何组成测控系统，对现代检测系统、虚拟仪器、 LabVIEW 、 DAQ

等在检测系统中的应用作了介绍。并简单介绍检测系统中常用的硬件。

13.1 现代检测系统的基本结构13.2 基于虚拟仪器的检测系统传感器在汽车中的应用、传感器在数控机床

中的应用、传感器在机器人中的应用、传感器在智能楼宇中的应用： 见十三章（下）

第十三章传感器在现代检测系统中的应用 目 录进入进入

传感器在控制系统中的综合应用举例 一个现代化火力发电厂需要多台计算机联网，来快速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温度、压力、流量、液位、燃烧状况、转速、振动、位移、应力等热工、机械参数，还必须测量发电机的电压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行数字或模拟显示，自动调整运行工况，对某些超限参数进行声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计算机采样、运算和记录。

现代化火力发电厂及其控制系统

火力发电厂控制室

火力发电厂机组 汽轮机发电机

励磁机

第一节 现代检测系统的基本结构 现代检测系统可分为三种基本结构体系（智能仪器、 . 个人仪器、自动测试系统）

1. 智能仪器：将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示屏等，多使用汇编语言，体积小，专用性强。

智能传感器的硬件结构图

智能传感器的特点“Intelligent Sensor” 或“ Smart Sensor” 称为

智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器，具有类似于人工智能的作用。它将微处理器、存储器、接口芯片与传感器融合在一起，组成的检测系统，有专用的小键盘、开关、按键及显示器（如数码管）等，多使用汇编语言，体积小，专用性强，性价比高。

智能仪器的单片机芯片及模块

51 系列单片机芯片

智能仪器的数字信号处理 DSP 芯片

51 系列单片机数据采集模块

各种智能仪器

最低温度

最高温度 手持式频谱仪和示波器

2. 个人仪器 个人仪器又称个人计算机仪器系统。它是以个人计算机（必须符合工控要求）配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统。

组装个人仪器时，将传感器信号传送到相应的接口板（或接口盒）中，再将接口板插到工控机总线扩展槽中，或将接口盒的 USB插头插入计算机相应的插座上，编写相应的软件就可以完成自动检测功能。

个人仪器的硬件结构框图

利用个人计算机本身所具有的完整配置来取代智能仪器中的微处理器、开关、按键、显示数码管、串行口、并行口等，充分利用了个人计算机的软硬件资源，并保留了个人计算机原有的许多功能。传感器信号送到相应的接口板上，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或专用的接口箱中，配以相应的软件就可以完成自动检测功能。开发者的重点在于程序的编写。

一体化工作站

平板式工作站（带触摸屏）军用便携式工作站

一体化工作站（续）

工业计算机（工控机）机箱

工控机的抗电磁干扰能力、防振、防潮、防尘能力均较强，有较多的扩展槽，它的电源系统有较好的抗电磁干扰能力。虽然工控机的价格比个人电脑贵，但可靠性强得多，性能价格比高，适合在工业现场条件较恶劣的场合使用。

工业级底板

底板上的扩展槽用于 插接各种数据采集卡

PCI扩展槽

ISA扩展槽

各种数据采集卡ISA 数据采集卡

ISA 数据采集卡的插脚间隔为 2.54mm （ 0.1英寸）

各种数据 采集卡（续）PCI 数据采集传输卡

ISA槽与 PCI槽的外形区别ISA槽

PCI槽将功能卡插到ISA槽中

功能卡的镀金脚

端子板与功能卡的连接 端子板作为功能卡的扩展附件，用于连接传感器信号

光耦

25 芯排线 数据锁存器

去计算机 ISA槽传感器信号线接线端子

端子板与功能卡的连接

37 芯排线端子板

PCI 数据采集、控制卡传感器信号线接线端子

输出信号接线端子 去计算机 PCI槽

其他端子扩展板

34 芯排线插座37 芯排线插座

USB 数据采集系统卡（盒）

USB数据采集电缆

数据接线端子

数据采集便携式工控整机

笔记本电脑数据采集整机 信号从 USB 端口输入

笔记本电脑数据采集

USB 接口盒及信号电缆

利用 USB扩展分线器可配接多个接口盒

信号输入

USB 接口卡及 USB 电缆

嵌入式计算机数据采集系统传感器信号采集卡可多层叠合，插入到嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。

各种嵌入式计算机数据采集卡

自动测试系统 自动测试系统是以工控机为核心，以标准接口总线为基础，以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以作为服务器工作站加入到 Intern网络中，成为网络化测试子系统，从而实现远程监测、远程控制、远程实时调试等。

自动测试系统的原理框图

以工控机为核心 ,以标准总线接口为基础 ,以可程控的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。在现代检测系统中，往往要安装上百个传感器，都通过各自的通用接口总线 ,与上位机连接。上位机利用测试软件 ,对每一台智能仪器进行参数设置、数据读写，控制整个系统的运行。许多自动测试系统还可以作为服务器工作站 ,加入到互联网络中 ,实现远程监测、远程控制、远程实时调试 .

网络化仪表示意图

工业总线

网络化仪表

工业总线

局域网

钢厂自动化监控系统实例

粮食温湿度测控系统实例上位机 ( 内插 CAN通信卡 )

温度分线器

CAN总线

通风机械测湿探头测温电缆

智能分机 通风控制器湿度分线器

测温电缆测温电缆多采用数字式温度传感器，还包括导线、抗拉钢丝绳及护套组成的。测温电缆内包含一组温度传感器，有些能监测到整个被测区域最高的温度。不论包含多少个温度传感器芯片，内芯线只需 2~3条总线。在传感器位置，有突出的保护节，间隔几米，计算机能确定温度异变的区域。测温电缆可以实现计算机远程监测定多地点、大范围温度群，可以应用于各类仓储业、农业、矿业、隧道、供电电缆等。

带计算机的检测系统简介 一、带计算机的检测系统的 特点及功能

1. 性能价格比高；2.设计灵活性高；3.操作方便；4. 有强大的运算功能；5. 具有记忆功能；6. 有自校准功能；7. 能进行自动故障诊断。

二、带计算机的检测系统的工作流程 巡回检测概念 : 计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码器写入准备采样的传感器地址，由译码器接通该地址对应的采样开关，所要采样的信号被连接到放大器，放大后的信号经 A/D 转换器转换成数字量，计算机通过数据总线接受该数字信号。 一个采样点采样结束后，计算机转而发送第二个采样地址，对第二个传感器采样，直至全部被测点均被采样完毕为止。计算机不可能在同一时刻读取所有传感器来的信号，而是分时但快速地轮流读取所有的被测量，这种采样方式称为“巡回检测”。

8通道巡回检测数据采集器

8 个传感器信号 输入端口

信号噪声的滤波电路许多检测系统都用于慢速变化的非电量测量，例对如温度和压力传感器的模拟数据进行采样。在许多情况下，传感器噪声会使原本缓慢波动的数据跳动不止。为了降低高频噪声，经常会在传感器和采样模 / 数转换器级之间接一个模拟 RC 低通滤波器。但是，要获得分钟级的时间常数，就需要非常大的 R、 C值，而不易做到。

简易数字滤波技术在工业中经常采用如下软件抗干扰技术：对存在干扰和随机误差的信号进行等准确度快

速多次采样，然后先舍去不稳定的第一个采样值，再舍去若干个最大值和最小值，将余下的几个中间值求算术平均值，该算术平均值可以认为是排除了干扰后的较正确的结果，这种方法有时也被称为简易数字滤波。

三、检测系统中的几种重要部件 1. 采样开关 1 ）干簧继电器：干簧继电器主要由驱动线圈和干簧管组成，驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。它的耐压较高，额定电流较大，导通电阻接近零。耗电较大、速度较慢是干簧继电器的主要缺点。

干簧管 干簧继电器

(2) CMOS 模拟采样开关 模拟采样开关切换对象是多路模拟信号。它的控制端处于“有效”状态时，内部的 P沟道MOS 管或 N沟道MOS 管导通，模拟开关处于导通状态，导通电阻约几欧至几百欧（视型号而定）。当控制端处于“无效”状态时开关截止，截止电阻大于 108Ω 。 其优点是集成度高，动作快（小于 1s）、耗电省等。缺点是有一定的导通电阻、各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损坏等。

2. 放大器 从传感器来的信号有许多是毫伏级的微弱信号，须经放大才能进行 A/D 转换。系统对放大器的主要要求是：准确度高、温漂小、共模抑制比高、频带宽至直流。目前常用的放大器有以下几种型式：一种是

高准确度、低漂移的双极型放大器；另一种为隔离放大器，它带有光电隔离或变压器隔离的低漂移信号放大器，以及一个高隔离度的 DC/DC 电源。

精密隔离放大器举例 线性误差：小于 0.01%输入阻抗： 1MΩ  隔离度： 2500V/50Hz/1min 工作温度： -10℃～ +60℃

隔离电源精密隔离放大器电路框图

精密隔离放大器举例（续）

导轨安装式

隔离放大器用的隔离电源 典型技术指标：封装： SIP 、 DIP （符合 UL94-V0标准） ；电压准确度： ±1%；工作温度： -40～ +85 ℃ ；效 率： 80% Min （满载 )；隔离电压： 1500VDC ；80mVp-p Max ；输出纹波 /噪声（ 20MHz 带宽 )；功率： 0.1W～ 2W （可选）

3. A/D 转换器（ ADC ） 放大器放大后的模拟信号必须进行 A/D 转换才能由计算机进行运算处理。目前采用较多的 A/D 转换器有两大类：一类是并行 A/D转换器，另一类是串行 A/D 转换器。 在并行 A/D 转换器中，又有逐位比较型和双积分型之分。前者转换速度较快，有 8 位、

12 位、 16 位等规格。位数越高，准确度也越高，但价格也相应提高；后者转换速度较慢（每秒 10次左右），不太适合巡回检测系统，常见的有 3 位半、 4 位半等规格。

A/D 转换器的光耦合接口电路

4. D/A 转换器（ DAC ）与接口电路 计算机运算处理后的数字信号经常必须转换

为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。它的输入是计算机给出的数字量，它的输出是与数字量相对应的电压或电流。如果在计算机与 D/A之间插入多路光耦合器就能较好地防止工业控制设备干扰计算机的工作。如果使用多路采样保持器，只要使用一只 D/A即可进行多路 D/A 转换。

D/A 转换器的光耦接口电路

4~20mA

可编程序控制器中的传感器接口板 传感器与 PLC 的联系主要是输入接口。不同的“ I

/O 模板”与各种不同的传感器配套： 模拟量输入模板、开关量输入模板、 温度输入控制模板等。用户只须按照说明书选购不同功能的模板即可构成完整的自动检测控制系统。

三菱系列可编程控制器

西门子系列 可编程控制器

PLC 的模拟量输入模板接线举例

热敏电阻与模拟输入模块的四线连接图

可编程序控制器中的光耦接口电路

PLC 的开关量输入电路 1— 现场开关盒 2— 传输线 3— 电源 4— 光耦合器

请分析工作过程：当现场开关 S （例如行程开关）闭合时，反相器 IC2 的输出是高电平还是低电平？ LED亮还是暗？

PLC 中的开关量传感器接口电路

PLC 的低电平有效无源输入电路

PLC 中的开关量传感器接口电路（续）

PLC 的高电平有效有源输入电路

五、带计算机的检测技术应用实例 1. 陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统 该系统涉及热工参数的测量，它采用工控机。该系统将巡回数据采集电路及控制电路装在独立的接口箱中，接口箱中有定时器、计数器、并行输入／输出接口等，接口箱与主机之间通过并行接口插卡与计算机通信。

隧道窑外形

隧道窑计算机检测控制系统框图

2. 智能化流量积算仪 使用计算机技术，将一次仪表送来的瞬时流量 q对时

间 t作积分，求出流量累积总量 q 总：

也可将短暂时段 ti与该时段的瞬时流量 qi的平均值相乘，并对乘积进行累加，从而得到累积流量：

0( )d

tq q t t总

1

( ) n

i ii

q q t

总

智能化流量积算仪原理智能化流量积算仪采用差压法测量瞬时流速，因此必须首先测出差压⊿ p。由于温度和压力会引起流体的密度的变化，有时还需要进行温度补偿和压力补偿，所以必须测出流体的温度和压力。如果使用热电偶， 还必须测量热电偶的冷端（室温） 温度。

上述四种信号先由标准的一次仪表转换为 4~20mA 的电流信号，经信号传输线传送到本积算仪的输入端，再用取样电阻（ 250.０Ω ）转换成４个低内阻的 1~5V 电压信号： U⊿p、 Up、 Ut、 Uto 。上述四个电压信号按顺序轮流通过采样继电器 K1~K2 传送至模 / 数转换器的输入端，再经光耦，由单片机计算出累积流量。

1 22 V

p pq a A

智能化流量积算仪原理框图

智能化流量积算仪的设计要点 单片机必须将瞬时流量对时间作积分运算，本项目中，单片机在标准的时间段（例如 1s ）内，对 V/F转换器输出的脉冲数进行累加计数，就可以达到近似于积分的目的。为了显示累计结果，一般必须设置 6 位或更多的数码管。为了选择显示吨、或千克、或立方米等不同的单位，也为了选择显示瞬时流量还是累计流量，积算仪面板上还必须设置选择按键，由单片机读取不同的选择方式，并在数码管的右边显示出相应的单位。使用多只光耦，能将左边的传感器回路及继电器与右边易受干扰的单片机回路隔离开来。

3. 传感器在模糊控制洗衣机中的应用 所谓模糊控制系统是模拟人智能的一种控制系统。它将人的经验、知识和判断力作为控制规则，根据诸多复杂的因素和条件作出逻辑推理去影响控制对像。 模糊洗衣机能自动判断衣物的数量（重量）、布料质地（粗糙、软硬）、肮脏程度来决定水位的高低、洗涤时间、搅拌与水流方式、脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。不但使洗衣机省电、省水、省洗涤剂，又能减少衣物磨损。

模糊洗衣机的模糊推理

模糊控制洗衣机中的传感器 1－脱水缸（内缸）2－外缸 3－外壳 4 －悬吊弹簧 ( 共 4根 )5－水位传感器6－布量传感器7－变速电动机 8－带轮 9－减速、离合、 刹车装置 10 －排水阀 11－光电传感器

第二节 基于虚拟仪器的检测系统虚拟仪器的概念是美国国家仪器公司（ NI ）于 1986

年提出的。它引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以进入仪器领域，从而开创了“软件就是仪器”（ The Software is the Instrument ）的先河。

虚拟仪器（ VI ）是指：在以通用计算机为核心的硬件平台上，用途由用户自己定义的、测试功能由测试软件实现的、具有虚拟面板的一种计算机仪器系统。虚拟仪器可以代替传统的测量仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、频谱分析仪等 。

回目录

虚拟仪器的特点 1 ）突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，增强了传统仪器的功能。2 ）实现了部分仪器硬件的软件化，增加了系统的灵活性；可实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，实现了界面友好、人机交互。 3 ）基于计算机总线，硬件实现了模块化、系列化，大大缩小了系统尺寸。 4 ）基于计算机网络技术和接口技术，广泛支持诸如

CAN 、 FieldBus 、 PROFIBUS 等各种工业总线标准，可方便地构建自动测试系统，实现测量、控制过程的网络化。

虚拟仪器用 PC 机＋仪器板卡 → 代替传统仪器用计算机软件 →代替硬件分析电路

虚拟仪器与传统仪器的性能比较 传统仪器 虚拟仪器

功能由仪器生产厂家定义 功能由用户定义与其他设备连接受限 可方便地连接到网络及其他外围设备图形界面小，信息量小 全汉化图形界面，信息量大信号电缆和开关多，操作复杂 采用虚拟旋钮，故障率低，有操作保护系统封闭，功能固定，扩张性低 系统开放、灵活，可构成多种仪器测试系统开发时间长 测试系统开发时间短数据无法编辑 数据可编辑、存储、打印硬件是关键，必须由专业厂家升级 软件是关键，升级方便仪器间一般无法通用，昂贵 仪器之间利用率高，整体价格相对便宜技术更新慢（周期为 5～ 10 年） 软件技术更新快（周期为 1～ 2 年）开发和维护费用高 基于软件体系的开发和升级，费用较低

虚拟仪器结构框图

传统仪器由信号采集、信号处理、结果表达以及仪器控制等 4部分组成，大多是用电子线路来实现的。在虚拟仪器中，信号采集和 A/D 、 D/A 转换仍由硬件实现，而信号处理和结果表达用软件实现。虚拟仪器通常由三大功能块组成：模块化数据采集硬件、计算机硬件平台和用于数据分析、过程通信及图形用户界面的软件组成。

虚拟仪器体系结构图

LabVIEW 简介 LabVIEW 是基于 C 语言的、革命性的图形化开发

语言，用来进行数据采集和控制、数据分析和表达。它的目标是简化程序的开发工作，让工程师和科学家能充分利用 PC 的功能，快速、简便地完成自己的工作。二十余年的不断充实，使 LabVIEW 成为丰富、强大的实用工具软件包。它的内部配有 GPIB 、 VXI 、串口和插入式 DAQ板的库函数，以及全球数百家厂商的仪器驱动程序。围绕这些核心软件还陆续开发出多种附件。使用 LabVIEW 编程时，主要是“绘制”程序流程图。

LabVIEW 在虚拟仪器中的应用在 LabVIEW 中开发的程序称为 VI ，其扩展名为“ .

vi” 。 VI包括三个部分：前面板（ Front Panel ）、程序框图（ Block diagram ）和图标 /连接器（ Icon and connector pane ）。程序框图是定义 VI 功能的程序源代码。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用 LabVIEW图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由“端口”、“节点”、“图框”和连线构成。其中端口用来完成程序前面板的控制以及显示、传递数据。节点用来实现函数和功能调用，图框用来实现结构化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流，从而定义框图内的数据流动方向。

虚拟仪器的软件开发平台 虚拟仪器应用软件的编写大致可分为两种方式： 1 ）用通用编程软件进行编写。主要有 Microsoft公司的虚拟仪器 Visual Basic 和虚拟仪器 Visual C++ 、 Borland公司的 Delphi 和Sybase公司的 Power Builder 等； 2 ）用专业图形化编程软件进行开发。如HP公司的 VEE 、 NI公司的 LabVIEW 和 Lab windows/CVI 等。

LabVIEW 与其他系统的结合使用

用 LabVIEW 编写的虚拟仪器面板 传统仪器只有一块仪器面板；虚拟仪器的“面板”可根据用户自己定义。 仪器的操作是通过鼠标选中不同的按键和旋钮来完成的。

程序前面板用于设置输入数值和观察输出量，用于模拟真实仪表的前面板。输入量称为控制器，输出量称为显示器。控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上，如旋钮、开关、按钮、图表、图形等，这使得前面板直观易懂。

LabVIEW程序在 LabVIEW 中开发的程序都被称为 VI 。 VI包括三个部分：

1.前面板（ Front Panel ）；2.程序框图（ Block Diagram ）；3. 图标 /连接器（ Icon and Connector Pane ）

程序框图程序框图是定义 VI 功能的程序源代码。每一个程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用 LabVIEW 图形编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由“端口”、“节点”、“图框”和连线构成。

心电信息系统的虚拟仪器面板

声级计的虚拟面板

声级计的虚拟面板（续）

声级计的测试效果 1

声级计的虚拟面板（续）

声级计的测试效果2

虚拟仪器的面板（续）

单踪频域谱阵

便携式和台式虚拟仪器外形

虚拟仪器软件总线体系结构

DAQ 系统的组成 DAQ （数据采集）系统从真实世界捕捉并传输物理量，从传感器等设备收集和测量被测信号，并将它们送到计算机进行处理。

DAQ 系统的基本组成部分和功能（ 1 ）首先由传感器、变换器将被测量转变为可测量的电信号。（ 2 ）信号是 DAQ 系统中的传感器、变换器的产物。（ 3 ）信号调理的功能：减小噪声、使信号适合于测量。常用的信号调理有放大、线性化、隔离和滤波等。（ 4 ）计算机平台用于获取、测量和分析数据的硬件设备。（ 5 ）软件完成测量和控制应用程序的设计和编程。

DAQ 系统的特点DAQ 系统是指基于 PC标准总线的数据采集功能模块，也称为数据采集卡。有各种性能和功能的系列 DAQ 功能模块可供用户选择使用。在

PC 上挂接 DAQ 功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台虚拟仪器。市场上的数据采集卡都有专门配套的驱动程序，甚至有的驱动程序可以在不同的高级语言中被调用，可以实现数据采集卡的识别与数据传输，这就在使用上大大减少了使用的难度以及复杂性。

DAQ 系统的功能和分类（ 1 ）功能 ①将传感器、变送器等被测量 , 如光、温度、压力或振动等转变为可测量的电信号的装置；②信号调理：信号调理是指连接到 DAQ 系统的硬件 , 可控增益放大或衰减 ,信号经滤波、隔离、整形等，使其适合于处理。（ 2）数据采集卡的品种：①按采集对象，可分为：模拟量输入输出、数字量输入输出、定时 / 计数等三种；②按接入的总线，可分为：USB 、 PXI 、 PCI 、 PCI Express 、 PCMCIA 、 ISA 、Compact Flash 、 485 、 232 、以太网、各种无线网络等；③按隔离方式，可分为：隔离和非隔离；④按采集速度，可分为：采样速度可分成高速和低速；⑤按分辨力，可分为： 12 位、 16 位、 24 位等；⑥按通道数 , 可分为 :8 、 16 、 32 、 64 、 128通道等。

虚拟仪器的 DAQ板卡

基于 PC 的 WE7000 模块式接口 DAQ 系统

DAQ 系统的组成

DAQ 的 I/O 接线盒

使用 100针连接器，将 I/O 信号连接到插入式 DAQ上。

4 路 24 位热电偶输入通道 DAQ

与 J 、 K 、 R 、 S 、 T 、 N 、 E 和 B 热电偶兼容，即插即用的 USB连接。驱动软件支持 Mac OS X 和 Linux 系统

基于 PC-DAQ 的数据采集系统的结构图

系统软件部分主要由数据采集模块、数据分析模块和数据显示模块三部分构成。前端预处理电路包括增益控制电路、低通滤波电路等。低通滤波电路起抑制高频噪声及对信号预处理功能。

五、虚拟仪器技术的应用实例 ——东风 135高速柴油机的台架试验

柴油机台架试验软硬件结构框图

1. 数据采集卡的选择可以采用 NI公司生产的 NI USB-6009型数据采集卡。它是一块基于 14 位 USB总线的多功能采集卡， 8通道的 14 位模拟输入、两个模拟输出、 12根数字 I/O线，以及一个 32 位定时器。模拟量输入范围是 -10~10V ，采样速率为 48KS/s ，支持 USB2.0即插即用。本课题可以用 LabVIEW内部的 DAQ库直接对端口进行操作。可以从数据采集卡的安装目录中找到内置驱动文件，复制所需的接口，将其粘贴到系统开发环境中。

NI-USB-6009型数据采集卡

柴油机测试系统的 DAQ 系统示意图

柴油机测试系统的 DAQ 系统框图

2. 软件系统的设计软件系统主要包括参数设置、数据采集与存储、软件操作面板、试验结果显示与打印、试验过程演示等几大部分。（ 1 ）参数设置部分：由于发动机台架试验一般要做负荷特性、速度特性等几种试验。在进入测试系统后，可以根据用户要求，选择所要做的实验项目。为了保护试验设备和人员安全，还可以根据不同的发动机型号，设置转速、机油温度、冷却水温度以及排气温度的报警值。如果测得的试验数据超过了所设置的报警值，系统命令发动机停机。

台架试验虚拟仪器面板

柴油机台架试验参数设置面板

机架试验的设计（续）（ 2 ）数据采集与存储 ：利用数据采集助手DAQ Assistant 模块进行数据采集、任务分配，并通过对该采集卡参数的设置，确定各路信号所对应的“端口号”。在操作面板的 Chart 图上，实时地显示出采集到的各路数据，并用不同的颜色来加以区分。（ 3 ）软件操作面板的设计： VPP 系统软面板由前面板和程序这两种类别的面板组成。程序面板是前面板调用的面板。（ 4 ）软面板设计方法：应保证软面板是可移植的。软面板上的控制器和指示器都必须有标签，每个标签都应当恰当地表示它所代表的动作，意义明确。

实验结果的显示与打印测试完毕后，执行函数 Read LabVIEW Measurment File ，将测试数据从数据文件中读入内存。运用曲线拟合的最小二乘法，对数据进行曲线拟合，并将运算的结果显示在操作面板的 Graph 图上。打印可以采用两种方式：如果只要打印发动机的特性曲线图，可以采用隐式调用 EXCEL 数据表的方法，打开与数据库的连接，然后打开 Print打印操作面板上的 Graph 图；如果要做试验报表，既要出图又要出数据，可以采用显式调用 EXCEL 数据表的方法，在操作系统中直接激活数据文件。

3．实验过程再现和演示为了查找实验过程中出现异常现象原因，希望能够在计算机上再现实验过程。有必要在系统采集数据的同时，自动记录采集所用的总时间以及每组数据所对应的采集时刻，将这些信息与数据组一起写入数据库中。需要再次观察测量试验过程时，可以调出数据组，调用函数 Tick Count ，按照每组数据采集的先后顺序，以一定的间隔时间（例如 0.5s ）在虚拟仪表上显示数据，同时在

Chart 图上显示曲线的变化。

135柴油机台架试验的负荷特性再现

油压与曲轴转角的关系

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