基于LabVIEW数据采集的项目教学设计案例研究

闫亚红

摘 要：信息技术发展到今天，已经逐步走向完善。人们对这一新兴学科的认知也越来越充分，也逐步发现信息技术在管理方面的作用，认识到高效的管理能力对发展的重要性。依托LabVIEW，文章对数据采集及项目教学设计进行了分析，并结合室内家居环境控制系统的项目教学设计案例进行了深入分析与研究。

关键词：LabVIEW;数据采集;项目教学

LabVIEW数据采集运用于新的技术领域，能够在性能上实现快速、安全、稳定、高兼容性运行，在操作管理上也拥有极大优势。在数据采集类的设计中，LabVIEW的应用非常广泛。项目教学设计着重在设计案例中的应用，本文结合室内家居环境控制系统中存在的数据采集，在平台的支持下形成案例参考。在数据采集中，围绕家居环境数据形成相应的采集情况，并通过数据背景形成目标依据。本文以室内环境设计的案例为基础，结合教学设计的情况进行延伸。

一、基于LabVIEW数据采集的项目教学设计的现状及约束

（一）基于LabVIEW数据采集的项目教学设计现状

对逐渐发展的项目教学平台，LabVIEW数据采集通过其交互性的教学方式，使得项目教学设计生动性凸显，较为合理地表现出一定的应用价值。在项目教学中，LabVIEW通过功能构建，优化学生的学习过程和教师的教学过程。LabVIEW数据采集的实现，可以对学生的学习进程进行动态刺激。通过改变学生的学习过程，来提高学生学习及教师教学的能动性。其中，教师可在LabVIEW上重点描述关键模块，提高项目教学的效率。LabVIEW数据采集的引入将使得学生拥有更多的学习要点，并从中把握项目教学精华，从而促进项目教学效率的提高，极大地提高学生的学习兴趣。一直以来，教师在开展教学过程中过多地采用普通教学方式，使学生感觉愈发乏味。将LabVIEW技术应用于项目教学中，学生可通过图像、声音，利用多感官加深记忆。而教师可更好地引导学生进行学习，进而提高其学习兴趣。

（二）基于LabVIEW数据采集的项目教学约束

LabVIEW数据采集选择的是免费教学版的开发工具，这样在费用上就不会有太大的顾虑，且这些工具都可以满足使用要求。不同于其他的开发软件，LabVIEW数据采集项目教学设计案例由编者自主开发，在普通的电脑上即可运行，对硬件要求不高。所以无论从时间、精力，还是金钱方面考虑，都是合理可行的。

二、基于LabVIEW数据采集的项目教学设计的案例分析

（一）系统任务与设计

以LabVIEW为主，对数据采集进行初步的探讨，并通过系统设计的基础找到系统设计的方向：

（1）总体任务：通过硬件电路搭建室内家居环境控制系统，采用四种传感器将检测到的模拟量送入控制器，可通过手动、自动模式控制对应的设备，也可通过LabVIEW进行室内家居环境控制电路的控制、调试及数据记录。

（2）具体内容：①根据室内家居环境控制系统设计电路，确定各个元器件的类型参数，实现对温度、空气质量、烟雾、声音的檢测;②通过YL-NI DAQ实现硬件电路与系统软件的连接，完成温度、空气质量、烟雾、声音的转化。③使用LabVIEW编写数据采集与控制软件系统，实现系统运行状态的实时监控及系统加热、排风、喷淋、灯控的自由控制。

（二）系统设计原理及实施方案

1.系统结构

系统通过LM35模块将温度转换为电压传递给控制器;系统通过QS-01模块将空气质量转换为电压传递给控制器;系统通过QM-N5模块将烟雾判断结果传递给控制器;系统通过MIC放大整形电路将噪声电压传递给控制器;控制器通过各个传感信号的采集综合判断，可通过自动、手动、虚拟仪器程控等方式实现加热、排风、喷淋、灯控。其系统结构如图1所示。

2.系统实施方案

（1）信号的检测、放大、采集和转换。

本系统温度检测采用LM35模块，单电源供电模式。其输出电压与摄氏温标呈线性关系，温度与电信号转换公式为：。

空气质量检测采用日本神荣QS-01二氧化锡半导体气体传感器，其对各种空气污染源灵敏度高，响应时间快，其传感器电阻和各种气体浓度之间呈线性关系。

烟雾检测采用QM-N5气敏元件，其主体材料为金属氧化物SnO2，当元件接触还原性可燃气体时，其电导率随气体浓度的增加而迅速升高。系统判断比较当前检测结果，若出现偏离则通过拉低控制器引脚的方式通知控制器可燃气体异常。

噪声检测采用驻极体麦克风放大电路，通过硬件比较器检测噪声是否超标，若超标则通过拉低控制器引脚的方式通知控制器噪声超标。

（2）系统控制及工作模式的设计。

1）四种传感器测量室内的 4种环境质量。

温度：测量室内温度值，当温度高于设置的上限时，制冷继电器开启;当温度低于设置的下限时，加热继电器开启。

空气质量传感器：检测室内空气质量，当空气质量“较差（很）”时，自动开启风机排风换气。

烟雾传感器：检测到室内烟雾“异常 ”时，自动打开电机（喷淋）。

声音：当有声音感应时，电灯状态变化一次（熄灭 →点亮 或点亮→熄灭）。

2）工作模式。

将四种传感器检测到的 4种模拟量送入单片机，并通过液晶显示其状态或参数控制。电路设置手动和自动两种工作模式，按 F1按键可切换工作模式。

手动：通过按键控制设备。

自动：根据传感器检测得到数据自动控制设备。

（3）LabVIEW监控程序的编写与调试。

硬件连接方案：

利用YL-NI DAQ内置的+15V、15V、 5V电源为室内家居环境控制系统运行提供电源;

利用YL-NI DAQ的DIO数据通道，将8路通道配置为数字输出模式，用于控制图XX 中的开关;（F2—关机  OK—确定SET—设置F1—手动自动切换—向上—向下—向左—向右）

利用YL-NI DAQ模拟输入通道，将Ai0配置模拟输入采样，连接LM35温度传感电路;

利用YL-NI DAQ模拟输入通道，将Ai1配置模拟输入采样，连接空气质量传感电路。

软件编程方案：

【1】开关

在LabVIEW前面板放置一个布尔控件数组，并设置8个布尔控件元素，再使用DAQ物理通道配置8个数字輸出口，并将上述布尔控件数组连到DAQ数据端，即可输出8个开关信号。

【2】波形图

在LabVIEW前面板放置波形图表控件，再将配置好的DAQ物理通道Ai0连接到波形图表控件数据端，并设置波形图表的X轴、Y轴标尺等一系列参数，即可显示Ai0波形。

【3】实时温度

在LabVIEW前面板放置温度计控件，将DAQ物理通道Ai0采集电压带入公式计算出温度（摄氏度），将计算结果连接到温度计控件的数据端，即可显示温度。

【4】制冷/制热指示灯

在LabVIEW前面板放置制冷、制热2个布尔控件，对计算的实时温度数据进行判断，当温度处于30℃～35℃时，指示灯的颜色均为深绿色;当温度低于30℃时，制热指示灯颜色变为红色;当温度高于35℃时，制冷指示灯颜色变为蓝色，判断结果连接到布尔控件数据端。

（三）取得的良好效果

LabVIEW的自身其实就是数据采集。所有的用户无一不关心的就是这个LabVIEW能否有效地解决问题，用户对软件功能的理解基本都在数据采集上体现出来。 所以在LabVIEW界面的使用过程当中，笔者列出了几个重要点和要素以及满足各个要素的要求。

用户体验的友好性：指的是用户在使用LabVIEW的过程中能够通过数据采集很好地交互。

用户需求：指的是用户对所使用的LabVIEW提出的各种要求，它能很好地反映出用户对LabVIEW的期望程度。而用户的需求应该包含功能需求和使用需求两个大方面。所以在使用LabVIEW之前，必须考虑到用户使用LabVIEW时生理、心理以及外界环境所产生的影响，如主机的配置、显示器的尺寸等，以让用户舒舒服服地使用LabVIEW完成他们的任务。

在室内家居的数据采集过程中，LabVIEW为项目设计提供了一个新的方向，这无疑能从空间、时间的维度上减轻他们的负担，更便于维护整个LabVIEW的运行，节省人力资源和开销。为了研究出更具有安全性、创新性和便捷性等功能的数据采集系统，LabVIEW作出了一定的贡献。

参考文献：

[1]辛继胜，刘泽华，李 昊.课堂教学大数据采集与分析平台架构及关键技术研究[J].广东轻工职业技术学院学报，2020，19（1）：11-17.

[2]周 丹，韦雪娇，钟 娟，等.高校教学基本状态数据采集机制下的实验室档案建设与管理——以贵州师范学院为例[J].贵州师范学院学报，2019，35（9）：70-74.