虚拟仪器与智能测量实验指导书
实验十一 红外数据传输系统设计
一、实验目的
1．掌握数据采集卡的数字IO功能。 2．了解红外传输原理及工作过程。 二、实验原理
红外遥控有发送和接收两部分组成。发送端采用 CD4060和晶振电路，产生38KHz脉冲串信号TP2，TP1由数据采集卡IO口产生，作为控制信号，通过与门调制，将TTL信号乘以频率为38KHz的脉冲信号得到间断脉冲串，即是调制后用于红外发射二极管发送的信号。
红外接收电路一体化的红外接收装置将遥控信号的接收、放大、检波、整形集于一身，并且输出TTL 信号，这样大大简化了接收电路的复杂程度和电路的设计工作，方便使用。在本系统中采用红外一体化接收头HS0038。HS0038采用黑色环氧树脂封装，不受日光、荧光灯等光源干扰，内附磁屏蔽，功耗低，灵敏度高。在用小功率发射管发射信号情况下，其接收距离可达35m，能与TTL、COMS 电路兼容。HS0038为直立侧面收光型，它接收红外信号频率为38 KHz，周期约26 μs，同时能对信号进行放大、检波、整形，得到TTL 电平的编码信号。三个管脚分别是地、+5 V 电源、解调信号输出端。
特别强调：编码与解码是一对逆过程，不仅在原理上是一对逆过程，在码的发收过程也是互反的，即以前发射端原始信号是高电平，那接收头输出的就是低电平，反之亦然。因此为了保证解码过程简单方便，在编码时应该直接换算成其反码。
HS0038型的红外一体接收头集成度高，成本低。红外线接收管需要接收38KHz左右带宽的脉冲波形，接收发射管只能接收间歇发射的红外线，发射红外线过于密集，接收管无法导通，需要予以注意。红外线发射管发出38KHz载波，将红外线接收管导通。该波形频率为1KHz，周期内高电平时间720μs，低电平时间280μs。当有物体遮挡红外线对射管时，发射源被遮挡，红外线接收管无法导通，输出高电平。由此可以判断是否有物体从红外线对射管中间通过。
LabVIEW程序输出信号给采集卡，控制采集卡DO口输出数字信号驱动红外发光二极管工作，实现DO控制。
发出的红外光由HS0038红外光传感器门电路接收，转换成TTL电平信号传输给采集卡DI口，采集卡将采集到的数字信号进一步传输给计算机，计算机通过LabVIEW程序判断和处理接收的信号，实现DI采集。
三、实验步骤
1. 将数据采集卡连接计算机与实验箱。
2. 将红外数据传输与控制电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。
3. 将模块上DI9端（或TP7）用导线连接至采集卡P1.2端，CON_IN端（或TP1）连接
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至采集卡P1.7，GND端连接至采集卡DGND端。
4. 接通电源，编写“红外数据传输系统.vi”程序。
5. 在程序中，通过一个条件语句完成输入类型的选择，可以直接输入数字控制，也可通过数组控制；其次自动检测出数组的大小来控制While循环，在循环中通过顺序语句分别实现IO采集与输出功能。最后将结果分别以数字和数组显示在前面板上。
6. 在“发送”控件内输入任意0-255范围内数值，观察结果。
7. 单击“输入类型”控件，改变“传输数组”控件值，观察结果。 8. 仿照实验程序自行编写程序，并连接仪器测试程序的运行状况。
四、实验报告要求
1．了解数据采集的基本原理。
2．掌握数字IO输入输出通道的设计方法。
3．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。
4．心得体会及其它。
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实验十二 湿度测量计设计
一、实验目的
1．初步掌握采集卡计数器功能。
2．学会利用采集卡计数器检测脉冲信号频率。 二、实验原理
湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。它有以下几个显著的特点：
（1）全互换性，在标准环境下不需校正 （2）长时间饱和下快速脱湿
（3）可以自动化焊接，包括波峰或水浸 （4）高可靠性与长时间稳定性 （5）专利的固态聚合物结构
（6）可用于线性电压或频率输出回路 （7）快速反应时间
HS1101电容传感器，其容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转为计算机易于接受的信号，常有两种方法：一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。
此电路为典型的555非稳态电路。HS1101作为电容变量接在555的TRIG与THRES两引脚上，引脚7用作电阻R2的短路。等量电容HS1101通过R1与R2充电到门限电压（约0.67Vcc），通过R1放电到触发电平（约0.33Vcc），然后R2通过引脚7短路到地。传感器由不同的电阻R2与R1充放电，其工作循环可以描述如下：
Thigh=C@%RH*(R1+R2)*ln2 Tlow=C@%RH*R1*ln2
F=1/(Thigh+Tlow)=1/(C@%RH*(R2+2*R1)*ln2) 输出循环周期=Thigh*F=R1/(R2+2*R1)
为了使循环时间降低50%，则与R1相比，R2应该非常小，但是不要低于最小值。电阻R3是为了短路保护，555必须为CMOS。
555电路的非平衡电阻R1是做内部温度补
偿，目的是为了引入温度效应，使它与HS1101的温度效应相匹配。
当外界湿度变化时，HS1101 两端电容值发生改变，从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率，并根据湿度与输出频率的关系，即可求得环境的湿度。
实验中设定0RH频率为7000Hz，100RH频率为3000Hz。通过算法求得湿度%RH与频率的关系：%RH?
100?(f测?f0RH) （式1）
f100RH?f0RH35
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湿度传感器感应的湿度信号通过电路转化为脉冲信号，再将脉冲信号然后利用NI PCI-6221采集卡计数器功能采集输入计算机，最后通过LabVIEW编程运算和显示采集到的信号。
三、实验步骤
1. 将采集卡连接计算机与实验箱。
2. 将湿度传感器与调理电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。
3. 将模块上HUM_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡CTR0 SRC端，模块上GND端连接至采集卡DGND端。
4. 用LabVIEW设计程序，利用数据局采集卡的计数器，实现频率的测量，然后通过式（1）的算法转换实现湿度的测量与显示。
5. 接通电源，运行程序，稳定后，对着传感器吹一口气，观察信号变化；待湿气耗散后，再观察信号变化。 四、实验报告要求
1．掌握采集卡计数器功能，学会利用采集卡计数器检测脉冲信号频率。
2．利用数据采集卡的计数器输出一个频率为100Hz的连续脉冲信号，然后对该脉冲信号的频率进行测量。
3．调试编辑以上VI，按顺序打印以上VI的前面板与程序框图后，贴在实验报告上；实验报告中要求详细说明设计步骤要点。
4．心得体会及其它。
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实验十三 电子秤设计
一、实验目的
1．熟练掌握采集卡AD采集功能。
2．学会利用软件修正采集卡采集到的数据，即定标。 二、实验原理
通过力敏传感器将压力信号转化为电压信号，再将电压信号通过电路处理成NI PCI-6221采集卡准确采集范围内的电压，然后利用NI PCI-6221采集卡采集输入计算机，最后通过LabVIEW编程运算和显示采集到的信号。信号调理电路如图13-1所示。
图13-1 电子称信号调理电路
三、实验步骤
1. 将采集卡连接计算机与实验箱。
2. 用导线将采集卡AI8连接至实验箱XT2座CH2脚（“CH2”标于XT1座上方），采集卡AI GND连接至实验箱XT2AGND脚。
3. 编写程序，完成电子称前面板和程序框图设计。数据采集采用1通道1采样模拟输入，输入通道采用ai8，每50毫秒采集一次信号。为测量准确，首先进行校准，假设不加砝码时测量值为x1，加20g砝码时测量值为x2，根据y=kx+b，即kx1+b=0，kx2+b=20，得到k=20/(x2-x1)，b=-kx1。然后通过y=kx+b就可以测出某物体的质量了。其中x为测量20次的平均值。
图13-2 电子称前面板
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