測控系統綜合設計設計任務書(六)題目：基于虛擬儀器技術的光采集系統設計一、設計任務本課題所要求設計的基于虛擬儀器技術的光采集系統的工作原理為：利用NI ELVIS II的函數發生器（FGEN）功能，向光源LED提供頻率可調、幅值可調的電壓信號，光敏電阻的光電流隨著光通量的不同而變化，光強越強，光電流越大利用壓力應變片，將所受的壓力轉換成電信號。首先，應設計硬件電路對該信號進行初步的調理，然后由NI ELVIS II數據采集平臺提供的模擬輸入通道送至計算機中，利用虛擬儀器軟件開發平臺LabVIEW來開發系統軟件，以實現對光信號的采集、分析、處理與報表生成等，并利用LabVIEW編寫的軟件系統對信號進行處理。具體指標與要求如下：(一)硬件設計要求1、理解光敏電阻測量的電路原理及基本的信號處理的方法；了解光敏電阻的電阻變化與光強的關系。要求對光敏電阻進行選型，對光信號調理電路進行設計，說明其工作原理。2、理解NI ELVIS II數據采集平臺的工作原理，通過NI ELVIS II數據采集平臺對光信號及其調理電路出來的電壓信號進行采集、分析與處理。(二)軟件設計要求要求采用狀態機的軟件設計結構來設計光采集系統軟件。系統軟件具有“系統初始化”、“系統等待”、“數據采集”、“報表生成”“打開報表”、“退出”等功能。具體要求如下：1、系統初始化光采集系統軟件運行后，首先進入系統初始化狀態。系統初始化狀態主要可以對NI ELVIS II數據采集平臺，所用的數據采集通道及軟件界面上的所有控件進行初始化。系統初始化結束后，軟件進行等待狀態中，等待其他功能的選中與運行。2、系統等待在系統等待狀態下，用戶可選擇其他功能并運行。要求系統等待狀態采用事件驅動結構來實現。3、數據采集要求系統可以對光信號進行連續的實時采集、分析與顯示。可對采樣參數進行設置包括對所用NI ELVIS II數據采集平臺物理通道、采樣速率、每通道采樣點數、電壓最大值與最小值等參數的設置。可對光源信號參數進行設定包括對波形類型、直流偏壓(V)、幅度(V)、頻率(Hz)等參數的設置。將采集到的時域波形等參數進行實時顯示，對信號進行頻譜分析并顯示其頻譜波形。4、報表生成報表生成功能可以實現對光信號連續采集與分析過程中的相關參數包括所用NI ELVIS II數據采集平臺物理通道，電壓最大值、最小值、采樣速率、每通道采樣點數、時域波形、頻譜波形等參數或波形作為報表的內容進行保存。5、打開報表打開報表功能可以對保存的報表進行打開以便進行離線進行分析和處理。6、退出按下“退出”鍵，將退出系統軟件。要求系統軟件界面設計友好，方便操作。在系統軟件界面即前面板上必須有狀態顯示欄，以顯示軟件當前運行的狀態。二、設計目的通過本次設計使學生具備：(1) 初步了解測控系統的設計步驟，掌握系統設計方法，加深對專業理論知識的理解，能夠綜合運用所學的傳感器原理與檢測技術、虛擬儀器技術、測控電路、測控系統原理與設計等專業知識設計測控系統各個單元，并組成系統。(2) 通過制定測控系統設計方案，合理選擇傳感器及其他元件，正確計算、選擇各電路和元件參數，確定尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮制造工藝、使用和維護等要求，達到了解和掌握測控系統綜合設計過程和方法的目的。(3) 進行設計基本技能的訓練。如：計算、繪圖、熟悉和運用設計資料（手冊、圖冊、標準和規范等）以及使用經驗數據、進行經驗估算和數據處理及計算機應用的能力。 (4)了解現代儀器科學與技術的發展前沿，學習和掌握基于虛擬儀器技術的測控系統組成和工作原理；進一步掌握虛擬儀器LabVIEW圖形化軟件設計方法與調試技巧。(5)培養學生查閱資料的能力和運用知識的能力；提高學生的論文撰寫和表述能力；培養學生正確的設計思想、嚴謹的科學作風；培養學生的創新能力和運用知識的能力。三、設計要求1、了解和掌握整個以虛擬儀器技術平臺構建的測控系統組成、工作原理、各單元功能和應用背景。2、根據設計任務進行文獻資料的檢索，根據測控系統的功能和工作原理，確定測控系統的功能，制定設計方案和設計虛擬儀器面板。3、合理選擇傳感器的種類與型號，設計信號調理電路；利用虛擬儀器技術軟件開發平臺LabVIEW來編寫與調試系統軟件。4、按學校課程設計的撰寫規范撰寫且提交一份完整的設計報告。四、設計內容1、基于虛擬儀器技術的光采集系統硬件設計。2、基于虛擬儀器技術的光采集系統軟件設計。具體設計內容詳見前面的設計任務。五、設計報告要求報告中提供如下內容：1、 目錄2、正文(1)設計任務書(只需要打印指導教師提供的設計任務書，不要對任務書的內容進行任何的修改)；(2)總體設計方案(包括對現代測控系統發展的概述，構建一個測控系統的總體結構圖，對光敏電阻測量的電路原理及基本的信號處理的方法的發展與概述等、光敏電阻的電阻變化與光強的關系的概述等，光信號調理電路的設計，并根據任務書要求，選擇合適的技術參數和技術方案，對多種設計方案進行分析比較，系統總體結構圖概述等)；(3)系統硬件設計，包括傳感器的選擇(測量原理分析，傳感器的量程、測量精度與結構、型號的確定)、信號調理電路的選擇、設計及計算(根據測量要求、傳感器的類型及特點，選擇或設計合適的信號調理電路，并繪制電氣系統原理圖。)；(4)系統軟件設計，包括系統軟件程序流程圖、前面板與框圖程序的設計及功能實現方法等；(5)系統總體調試、運行及其結果；要求有程序和運行結果等。3、收獲、總結與體會4、參考文獻(不低于20篇)六、設計進度安排本課程設計共需2周時間，其具體安排見下表:時 間上午下午第一周星期一設計動員、布置設計任務查找與消化相關資料星期二查找與消化相關資料總體方案設計星期三總體方案設計系統硬件設計星期四系統硬件設計系統硬件設計星期五系統硬件調試系統硬件調試第二周星期一系統軟件設計系統軟件設計星期二系統