PCI6211采集卡实验说明书

北京君合泰科技有限公司 LabVIEW虚拟仪器教学实验系统

前言

本实验系统是为本科生、研究生开设的《测控技术与虚拟仪器》课程提供的实验设备。它提供验证性、设计性、创新性的各种典型实验。通过实验了解和掌握常用的物理量如位移、速度、力、温度、浓度、湿度等检测方法，并能初步分析典型测控系统中传感器的工作原理及其在检测与控制中的作用于地位：认识到传感器技术在信息技术应用的重要性。训练具有根据被测对象及测量要求合理选用传感器及相应测量电路的能力。并能构建相应的测控系统。了解仪器接口的规范和技术，懂得如何建立特定测试目的的自动化测量系统。懂得编写仪器控制软件，了解虚拟仪器技术的概念，体验虚拟仪器环境的实验研究。了解LabVIEW软件及相应的虚拟仪器技术，了解传感器技术与计算机技术、通信技术及微电子技术等相关技术结合的现状与发展趋势，从而提高学生们毕业后独立设计自动化检测系统和智能化仪器仪表的能力。

实验箱底板功能说明

一. 本系统所用NI PCI-6221数据采集卡资源如是，24路双向数字I/O，16路模拟输入、2路模拟输出，2路定时计数器，底板上68针插座接口为采集卡68-pin VHDCI母头接口。采集卡用法详见NI-DAQmx帮助。 二．《步进电机控制与霍尔元件位置检测》实验模块集成在实验箱板底上。

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目录

第一部分 传感器模块实验

实验一 双向磁场场强计设计 ................................................................................ 3 实验二 人体感应报警系统设计.............................................................................. 5 实验三 电子秤设计.................................................................................................. 7 实验四 可燃气体检测系统设计.............................................................................. 9 实验五 湿度测量计设计........................................................................................ 11 实验六 光强检测与控制系统设计........................................................................ 13 实验七 红外数据传输系统设计............................................................................ 15 实验八 步进电机控制与霍尔元件位置检测系统设计........................................ 17 实验九 温度测量与温度控制PID系统设计 ....................................................... 21 实验十 电机调速与测速开环系统设计................................................................ 23 实验十一 电机调速与测速闭环PID系统设计 ..................................................... 25 实验十二 模拟电梯超重报警系统设计.................................................................... 27 实验十三 遥控电风扇系统设计................................................................................ 30 实验十四 自动控制窗帘系统设计............................................................................ 32 实验十五 模拟小车遇障系统设计............................................................................ 35

第二部分信号处理实验

实验一 典型信号的频谱分析实验 .................................... 38 实验二 典型信号的概率密度分析实验................................. 40 实验三 典型信号的相关分析实验..................................... 42 实验四 信号的采样与恢复实验....................................... 44 实验五 数字FIR滤波器实验......................................... 46 实验六 数字IIR滤波器实验......................................... 48 实验七 信号的调制（调幅）实验..................................... 50 实验八 信号的调制（调频）实验..................................... 52 实验九 信号的调制（调相）实验..................................... 54 实验十 信号的合成与分解实验....................................... 56

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第一部分 传感器模块实验

实验一 双向磁场场强计设计

一、实验目的

1.初步认识采集卡，了解采集卡AD采集功能。

2.学会读取、运算数据，并使用各种控件显示采集卡采集到的数据。

二、实验内容

1.利用“双向磁场场强计”采集磁场信号。

2.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。

三、实验仪器、设备及器材

虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、磁场强度传感器与调理电路模块一块、导线若干、磁性螺丝刀一把。

四、实验原理

美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现，当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。这个电势差也被叫做霍尔电势差。利用此特性即可检测场强。本实验利用Allegro MicroSystems公司推出A1301线性感应器作为敏感元件，A1301是连续的时间，比例，线性霍尔效应传感器，能够提供准确的与磁场强度成正比的电压输出，最高灵敏度为2.5mV/G。

A1301感应产生的信号通过放大电路处理转化为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。

电路原理图如下图：

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五、实验步骤

1.将采集卡连接计算机与实验箱。

2.将磁场强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MAG_OUT端（或TP4）用导线连接至采集卡AI15端(实际接线以程序中设置的通道为准，以后不再说明），模块上GND端连接至采集卡AI GND端。

4.接通电源，打开“双向磁场场强计.vi”程序，运行。 5.用带磁性的螺丝刀靠近模块上A1302霍尔传感器元件，改变方位，观察采集到的信号。 6.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。

六、实验截图

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实验二 人体感应报警系统设计

一、实验目的

1.进一步认识采集卡，了解采集卡AD采集功能。

2.学会读取、运算数据，并使用各种控件显示采集卡采集到的数据，同时学会利用采集的数据做其他处理。

二、实验内容

1.利用“人体感应报警系统系统”采集人体热源信号。

2.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。

三、实验仪器、设备及器材

虚拟仪器测控实验实训平台实验箱一台、NI PCI-6221采集卡一块、68针配套屏蔽线一根、热释电人体感应系统电路模块一块、导线若干。

四、实验原理

当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷，这种由于热变化产生的电极化现象，被称为热释电效应。通常，晶体自发极化所产生的束缚电荷被来自空气中附着在晶体表面的自由电子所中和，其自发极化电矩不能表现出来。当温度变化时，晶体结构中的正负电荷重心相对移位，自发极化发生变化，晶体表面就会产生电荷耗尽，电荷耗尽的状况正比于极化程度，下图表示了热释电效应形成的原理。热释电效应的晶体称之为热释电体或热释电元件，其常用的材料有单晶(LiTaO3 等)、压电陶瓷（PZT等）及高分子薄膜（PVFZ等）。

热释电元件感应产生的信号通过放大电路处理转化为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编程运算处理和显示采集到的信号，进而判断人（热源）的靠近和远离。

电路原理图如下图：

五、实验步骤

1.将采集卡连接计算机与实验箱。

2.将热释电电路模块装上实验箱，拧上彩色螺母固定。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/r7nv.html