引子-cpu溫度
你的電腦藍屏過嗎？
cpu溫度過高，電腦系統是如何監測？
對於cpu而言，什麼樣的溫度範圍才算是正常的？
大家幾乎每天都會接觸的電腦，你關注過它的工作溫度嗎？cpu散熱效能，是一台電腦***壞的重要的參考因素。cpu的正常溫度，期望值是保證溫度變化在20到30度的範圍內。
如，cpu的耐受溫度為60度，按夏天最高35度來計算，cpu溫度應該為55度，不能超過65度。按此類推，若環境溫度是20度，cpu溫度最好不要超過50度。不管超頻到什麼程度，都不要使cpu高過環境溫度30度以上。
因為cpu長時間工作在高溫度下，容易縮短使用時間，而且可能導致cpu損害。
日常生活中，常使用的測溫儀器是溫度計，目測檢視溫度值。若裝置具有過溫保護功能，必然需要將溫度變為電訊號傳送至電腦中，並作進一步的分析和響應。如何將溫度訊號轉換為電訊號傳送至電腦呢？
這個過程需要什麼樣的感測器、什麼樣的裝置？在實驗室中，如何實現溫度測量、顯示和記錄？
專案目標
1. 了解常用溫度感測器
2. 了解labview中的資料採集程式設計方式
3. 了解乙個資料採集系統的完整組成
4. 了解實驗平台nextboard、nextpad
5. 學習使用labview做資料採集的程式編寫
任務要求
測試當前溫度，根據設定的溫度上限值及下限值，判定當前有無警報：高溫警報/無警報/低溫警報。每種警報，都有文字提示，有不同顏色的警報燈顯示（如高溫為紅色，低溫為藍色，正常為綠色。
）當前溫度數值用多種方式顯示，如數值形式、波形圖、溫度計。
實踐環境
硬體：pc機、nextboard實驗平台、ni pci-6221資料採集卡、nextsense_01 （熱電偶模組）
說明：ni pci-6221資料採集卡已經安裝在電腦主機箱中，並且與nextboard實驗平台連線。使用時，只需要把選定的模組安置在nextboard平台模相應的槽位上即可。
注意：模組處於nextboard的槽位不同，所使用到的硬體通道是有差別的。nextpad中會自動識別當前模組所在槽位，並判別小模組使用的通道名。
可以將nextpad中的通道名稱複製拷貝至labview程式中做為通道名稱設定。
軟體平台：labview（2011以上版本）
操作步驟
1、把熱電偶模組上的10kω電用導線連線到r2、r4上，此時增益gain=r2/r1=200 。選擇乙個j型熱電偶連線到a、b兩個接線柱上。
2、將nextsense_01模組安置在nextboard平台模擬訊號3槽位上,如圖2-1所示。此時的測點溫度通道號為dev1/ai6、冷端溫度通道號為dev1/ai7。
4、根據任務要求，應用labview編寫vi，實現測量溫度的功能。
5、把通道號，填寫到自己的vi道號中，執行除錯vi。
6、進行測試，記錄資料、擷取**；
7、資料分析整理、完成專案報告。
圖2-1 熱電偶模組位置
溫度感測器（temperature transducer）是指能夠感受溫度並能將其轉換為可用輸出訊號的感測器。溫度感測器是溫度測量儀表的核心部分，品種繁多。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類，按照感測器材料及電子元件特性分為熱電阻和熱電偶兩類。
1、熱電偶
熱電偶（thermocouple）是溫度測量中最常用的溫度感測器。優點是寬溫度範圍和適應各種大氣環境,且結實、價低，無需供電。熱電偶由在一端連線的兩條不同金屬線(金屬a和金屬b)構成，當熱電偶一端受熱時，熱電偶電路中就有電勢差。
可用測量的電勢差來計算溫度。
不過，所測電壓和溫度間是非線性關係，因此需要為參考溫度(tref)作第二次測量，並利用測試裝置軟體或硬體在儀器內部處理電壓-溫度變換，以最終獲得熱偶溫度(tx)。
常見的熱電偶種類有：t型、e型、j型、k型、n型、b型、r型和s型
2、熱電阻
熱電阻（thermal resistor）是中低溫區最常用的一種溫度檢測器。熱電阻測溫是基於金屬導體的電阻值隨溫度的增加而增加這一特性來進行溫度測量的。其主要特點是測量精度高，效能穩定。
其中鉑電阻的測量精確度是最高的，它不僅廣泛應用於工業測溫，而且被製成標準的基準儀。熱電阻大都由純金屬材料製成，目前應用最多的是鉑和銅，此外，現在已開始採用鎳、錳和銠等材料製造熱電阻。金屬熱電阻常用的感溫材料種類較多，最常用的是鉑絲。
工業測量用金屬熱電阻材料除鉑絲外，還有銅、鎳、鐵、鐵—鎳等。
本實驗中，使用的是j型、k型兩種熱電偶。使用時，請注意不同阻值的熱電阻使用不一樣的備選電阻搭建電路。
3、紅外溫度感測器
在自然界中,當物體的溫度高於絕對零度時，由於它內部熱運動的存在,就會不斷地向四周輻射電磁波，其中就包含了波段位於0.75～100μm 的紅外線，紅外溫度感測器就是利用這一原理製作而成的。
熱感測器是利用輻射熱效應，使探測器件接收輻射能後引起溫度公升高，進而使感測器中一欄與溫度的效能發生變化。檢測其中某一效能的變化，便可探測出輻射。多數情況下是通過賽貝克效應來探測輻射的，當器件接收輻射後，引起一非電量的物理變化，也可通過適當變化變為電量後進行測量。
資料採集（daq）是使用計算機測量電壓、電流、溫度、壓力或聲音等電子、物理現象的過程。乙個資料採集系統由感測器、資料採集測量硬體和帶有可程式設計軟體的計算機組成。與傳統的測量系統相比，基於pc的資料採集系統利用行業標準計算機的處理、生產、顯示和連通能力，提供更強大、靈活且具有成本效益的測量解決方案。
感測器將自然界中的物理量轉換為可測量的電訊號；資料採集裝置中的模數轉換器adc將模擬訊號轉換為計算機可接受處理的數碼訊號（模擬訊號數位化）；計算機處理、顯示、儲存所得到的訊號資料。
資料採集裝置用於測量訊號的三個主要組成部分：訊號調理電路、模數轉換器 (adc)與計算機匯流排。很多資料採集裝置還擁有實現測量系統和過程自動化的其他功能。
例如，數模轉換器(dac)輸出模擬訊號，數字i/o線輸入和輸出數碼訊號，計數器/定時器計量並生成數字脈衝。
取樣定律
取樣是用指定取樣率量化模擬訊號以得到的一系列離散點。取樣越快，取樣訊號越接近實際訊號。
時域取樣定理：頻帶為f的連續訊號 f(t)可用一系列離散的取樣值f(t1)，f(t1±δt)，f(t1±2δt)，...來表示，只要這些取樣點的時間間隔δt≤1/2f，便可根據各取樣值完全恢復原來的訊號f(t)。
換一種說法來解釋上述理論，在做訊號採集時，設定的取樣率的頻率最小值為待採訊號頻率的兩倍。通常，推薦設定的取樣率大小為待採訊號頻率的10倍左右。如果取樣不夠快，恢復取樣訊號將會產生混疊問題。
在訊號頻譜上可稱作疊頻；在影像上可稱作疊影，主要來自於對連續時間訊號作取樣以數位化時，取樣頻率低於兩倍奈奎斯特頻率。更多資訊可以檢視書籍或網路資訊）。
本教程中，程式開發都是基於labview軟體開發環境，（包括大家使用的nextpad平台，也是基於labview軟體平台開發的。）後續教程中，不再重複提及labview軟體，編寫程式，即指labview程式編寫。
labview軟體是ni公司的明星產品，ni公司的硬體產品，都提供基於labview的軟體驅動。nextboard硬體平台即提供專用的labview驅動，也可以直接使用資料採集驅動daqmx來程式設計。在前面的基礎實驗中，程式設計全部基於daqmx驅動。
綜合實驗中，會講解如何使用nextboard的驅動編寫程式。（學習中要重點掌握daqmx的程式設計方式，在未來的科研或是工作中，daqmx的程式設計模式更加通用，nextboard驅動也是基於daqmx驅動完成的。）本實驗系統中使用資料採集裝置採集模擬訊號。
故重點描述模擬訊號採集執行緒。
1、訊號採集函式選板（daqmx）
如下圖所示，為訊號採集函式選板。左下角為daq助手，該助手可以非常便捷的配置資料採集程式，對於初學者而言，可以迅速搭建實驗軟體平台。若編寫系統或是大型專案，不推薦使用該vi。
推薦使用選板上面兩排vi做程式編寫。可以有效提供程式的執行效率。（vi全稱virtual instrument，在labview軟體環境中，特指使用labview編寫的程式，乙個程式稱為乙個vi。
）圖 2-2訊號採集函式選板中的daq助手
2、模擬訊號採集執行緒
labview中編寫訊號採集執行緒，主要有如下幾大部分：配置資源 – 時鐘設定 - 開始採集 - 讀/寫操作 - 關閉資源。
如下圖所示，包含了上述五個步驟，若是連續訊號採集，則將「讀/寫操作」這個步驟放置於while迴圈結構中。
圖 2-3 模擬訊號連續採集
在配置硬體資源時，需要設定硬體連線訊號的物理通道是哪乙個ai通道，需要設定採集訊號的訊號電壓範圍（電壓最大值和最小值。最大值應小於等於＋10v，最小值應大於等於－10v），需要設定訊號的取樣模式，本系統中使用的是差分模式。選用該模式，是因為nextboard上的實驗模組，硬體資源已經內部路由好，使用的採集模式為差分方式（differential）。
使用差分模式，每路訊號用兩個ai通道做訊號連線，訊號正負兩端分別和ai（n）和ai（n+8）相連線。例如使用ai0通道做訊號連線，實際的使用埠為：ai0(訊號正端)和ai8（訊號負端）。
使用差分模式可以抑制共模電壓和共模雜訊。
時鐘設定vi（sample clock），用來設定取樣率和取樣方式（連續取樣）。
取樣方式設定為連續取樣後，需要將讀寫函式放置於while迴圈中。讀操作的vi為多型vi，其下拉選項中有多種選項可以配置。如單通道單取樣，多通道n取樣，等等。
可更加實際的應用需求，設定讀寫的通道數和每通道的讀寫點數。
釋放資源，這是優質執行緒不可或缺的部分，在讀寫操作完成後，將執行緒中使用到的硬體資源全部釋放。便於資源的重複利用，提高效率。
3、while迴圈
在程式框圖中，右擊空白處，函式選板-結構-while迴圈。在程式框圖上拖放出所需的面積大小。乙個while迴圈包含：
外框、計數接線端（i）、條件接線端（右下角）。計數端（i）從0開始計數，即第一次迴圈結束，i=0，依次累加。條件端，當接入布林量為真，迴圈停止。
如下圖（左）所示。while迴圈的執行次數是不確定的，其何時停止操作，有條件接線端接受的布林量是否為真決定。
圖2-4 while迴圈及隧道
可以看到，while迴圈是可以有資料的輸入和輸出的。資料連線在while迴圈上留有隧道，通過隧道將資料傳遞出去。
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