基于LabVIEW數據采集的項目教學設計案例研究

閆亞紅

摘 要：信息技術發展到今天，已經逐步走向完善。人們對這一新興學科的認知也越來越充分，也逐步發現信息技術在管理方面的作用，認識到高效的管理能力對發展的重要性。依托LabVIEW，文章對數據采集及項目教學設計進行了分析，并結合室內家居環境控制系統的項目教學設計案例進行了深入分析與研究。

關鍵詞：LabVIEW;數據采集;項目教學

LabVIEW數據采集運用于新的技術領域，能夠在性能上實現快速、安全、穩定、高兼容性運行，在操作管理上也擁有極大優勢。在數據采集類的設計中，LabVIEW的應用非常廣泛。項目教學設計著重在設計案例中的應用，本文結合室內家居環境控制系統中存在的數據采集，在平臺的支持下形成案例參考。在數據采集中，圍繞家居環境數據形成相應的采集情況，并通過數據背景形成目標依據。本文以室內環境設計的案例為基礎，結合教學設計的情況進行延伸。

一、基于LabVIEW數據采集的項目教學設計的現狀及約束

（一）基于LabVIEW數據采集的項目教學設計現狀

對逐漸發展的項目教學平臺，LabVIEW數據采集通過其交互性的教學方式，使得項目教學設計生動性凸顯，較為合理地表現出一定的應用價值。在項目教學中，LabVIEW通過功能構建，優化學生的學習過程和教師的教學過程。LabVIEW數據采集的實現，可以對學生的學習進程進行動態刺激。通過改變學生的學習過程，來提高學生學習及教師教學的能動性。其中，教師可在LabVIEW上重點描述關鍵模塊，提高項目教學的效率。LabVIEW數據采集的引入將使得學生擁有更多的學習要點，并從中把握項目教學精華，從而促進項目教學效率的提高，極大地提高學生的學習興趣。一直以來，教師在開展教學過程中過多地采用普通教學方式，使學生感覺愈發乏味。將LabVIEW技術應用于項目教學中，學生可通過圖像、聲音，利用多感官加深記憶。而教師可更好地引導學生進行學習，進而提高其學習興趣。

（二）基于LabVIEW數據采集的項目教學約束

LabVIEW數據采集選擇的是免費教學版的開發工具，這樣在費用上就不會有太大的顧慮，且這些工具都可以滿足使用要求。不同于其他的開發軟件，LabVIEW數據采集項目教學設計案例由編者自主開發，在普通的電腦上即可運行，對硬件要求不高。所以無論從時間、精力，還是金錢方面考慮，都是合理可行的。

二、基于LabVIEW數據采集的項目教學設計的案例分析

（一）系統任務與設計

以LabVIEW為主，對數據采集進行初步的探討，并通過系統設計的基礎找到系統設計的方向：

（1）總體任務：通過硬件電路搭建室內家居環境控制系統，采用四種傳感器將檢測到的模擬量送入控制器，可通過手動、自動模式控制對應的設備，也可通過LabVIEW進行室內家居環境控制電路的控制、調試及數據記錄。

（2）具體內容：①根據室內家居環境控制系統設計電路，確定各個元器件的類型參數，實現對溫度、空氣質量、煙霧、聲音的檢測;②通過YL-NI DAQ實現硬件電路與系統軟件的連接，完成溫度、空氣質量、煙霧、聲音的轉化。③使用LabVIEW編寫數據采集與控制軟件系統，實現系統運行狀態的實時監控及系統加熱、排風、噴淋、燈控的自由控制。

（二）系統設計原理及實施方案

1.系統結構

系統通過LM35模塊將溫度轉換為電壓傳遞給控制器;系統通過QS-01模塊將空氣質量轉換為電壓傳遞給控制器;系統通過QM-N5模塊將煙霧判斷結果傳遞給控制器;系統通過MIC放大整形電路將噪聲電壓傳遞給控制器;控制器通過各個傳感信號的采集綜合判斷，可通過自動、手動、虛擬儀器程控等方式實現加熱、排風、噴淋、燈控。其系統結構如圖1所示。

2.系統實施方案

（1）信號的檢測、放大、采集和轉換。

本系統溫度檢測采用LM35模塊，單電源供電模式。其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，溫度與電信號轉換公式為：。

空氣質量檢測采用日本神榮QS-01二氧化錫半導體氣體傳感器，其對各種空氣污染源靈敏度高，響應時間快，其傳感器電阻和各種氣體濃度之間呈線性關系。

煙霧檢測采用QM-N5氣敏元件，其主體材料為金屬氧化物SnO2，當元件接觸還原性可燃氣體時，其電導率隨氣體濃度的增加而迅速升高。系統判斷比較當前檢測結果，若出現偏離則通過拉低控制器引腳的方式通知控制器可燃氣體異常。

噪聲檢測采用駐極體麥克風放大電路，通過硬件比較器檢測噪聲是否超標，若超標則通過拉低控制器引腳的方式通知控制器噪聲超標。

（2）系統控制及工作模式的設計。

1）四種傳感器測量室內的 4種環境質量。

溫度：測量室內溫度值，當溫度高于設置的上限時，制冷繼電器開啟;當溫度低于設置的下限時，加熱繼電器開啟。

空氣質量傳感器：檢測室內空氣質量，當空氣質量“較差（很）”時，自動開啟風機排風換氣。

煙霧傳感器：檢測到室內煙霧“異常 ”時，自動打開電機（噴淋）。

聲音：當有聲音感應時，電燈狀態變化一次（熄滅 →點亮 或點亮→熄滅）。

2）工作模式。

將四種傳感器檢測到的 4種模擬量送入單片機，并通過液晶顯示其狀態或參數控制。電路設置手動和自動兩種工作模式，按 F1按鍵可切換工作模式。

手動：通過按鍵控制設備。

自動：根據傳感器檢測得到數據自動控制設備。

（3）LabVIEW監控程序的編寫與調試。

硬件連接方案：

利用YL-NI DAQ內置的+15V、15V、 5V電源為室內家居環境控制系統運行提供電源;

利用YL-NI DAQ的DIO數據通道，將8路通道配置為數字輸出模式，用于控制圖XX 中的開關;（F2—關機 ?OK—確定SET—設置F1—手動自動切換—向上—向下—向左—向右）

利用YL-NI DAQ模擬輸入通道，將Ai0配置模擬輸入采樣，連接LM35溫度傳感電路;

利用YL-NI DAQ模擬輸入通道，將Ai1配置模擬輸入采樣，連接空氣質量傳感電路。

軟件編程方案：

【1】開關

在LabVIEW前面板放置一個布爾控件數組，并設置8個布爾控件元素，再使用DAQ物理通道配置8個數字輸出口，并將上述布爾控件數組連到DAQ數據端，即可輸出8個開關信號。

【2】波形圖

在LabVIEW前面板放置波形圖表控件，再將配置好的DAQ物理通道Ai0連接到波形圖表控件數據端，并設置波形圖表的X軸、Y軸標尺等一系列參數，即可顯示Ai0波形。

【3】實時溫度

在LabVIEW前面板放置溫度計控件，將DAQ物理通道Ai0采集電壓帶入公式計算出溫度（攝氏度），將計算結果連接到溫度計控件的數據端，即可顯示溫度。

【4】制冷/制熱指示燈

在LabVIEW前面板放置制冷、制熱2個布爾控件，對計算的實時溫度數據進行判斷，當溫度處于30℃～35℃時，指示燈的顏色均為深綠色;當溫度低于30℃時，制熱指示燈顏色變為紅色;當溫度高于35℃時，制冷指示燈顏色變為藍色，判斷結果連接到布爾控件數據端。

（三）取得的良好效果

LabVIEW的自身其實就是數據采集。所有的用戶無一不關心的就是這個LabVIEW能否有效地解決問題，用戶對軟件功能的理解基本都在數據采集上體現出來。 所以在LabVIEW界面的使用過程當中，筆者列出了幾個重要點和要素以及滿足各個要素的要求。

用戶體驗的友好性：指的是用戶在使用LabVIEW的過程中能夠通過數據采集很好地交互。

用戶需求：指的是用戶對所使用的LabVIEW提出的各種要求，它能很好地反映出用戶對LabVIEW的期望程度。而用戶的需求應該包含功能需求和使用需求兩個大方面。所以在使用LabVIEW之前，必須考慮到用戶使用LabVIEW時生理、心理以及外界環境所產生的影響，如主機的配置、顯示器的尺寸等，以讓用戶舒舒服服地使用LabVIEW完成他們的任務。

在室內家居的數據采集過程中，LabVIEW為項目設計提供了一個新的方向，這無疑能從空間、時間的維度上減輕他們的負擔，更便于維護整個LabVIEW的運行，節省人力資源和開銷。為了研究出更具有安全性、創新性和便捷性等功能的數據采集系統，LabVIEW作出了一定的貢獻。

參考文獻：

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