【正文】 繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設(shè)計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 摘 要 虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)在計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。 本課題主要內(nèi)容是研制以 Lab VIEW 為主控制平臺，以單片機為控制的智能實時液位檢測處理系統(tǒng)。 關(guān)鍵字： 虛擬儀器， 液位控制， Lab VIEW Abstract Vrtual instrument technology is now the puter system and instrumentation system bining the product of today39。因此，為了保證生產(chǎn)的效益和產(chǎn)品質(zhì)量，必須要有合適的控制器自動調(diào)節(jié)儲液池內(nèi)液體的流量，從而使液位保持在正常水平。 測控技術(shù)與儀器實驗室有 5 套液位控制實驗裝置，但這些控制裝置目前都是用傳統(tǒng)模擬儀表進行控制。在這些控制中，最重要的參數(shù)是液位，因此有必要對液位控制進行自動的、 實時的監(jiān)控。所以 , 本畢業(yè)設(shè)計要設(shè)計一套實時、自動的液位控制監(jiān)控系統(tǒng)，并充分引入虛擬儀器的概念 , 使所設(shè)計的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、概念簡單。 近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試 系統(tǒng)，并編制測試軟件。 當今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的 RS232 串行總線、 GPIB 通用接口總線、 VXI 總線，以及已經(jīng)被 PC 機廣泛采用的 USB 串行總線和 IEEE1394總線（即 Fire wire，也叫做火線）。這種虛擬儀器模塊化主流平臺 PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達到100Mb/s。 我國 VXI 總線技術(shù)是反映我國目前虛擬儀器水平的一個方面，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使數(shù)據(jù)共享進入新階段，加速了虛擬儀器的新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠程計算機技術(shù)的發(fā)展，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)儀器不可能實現(xiàn)的，虛擬儀器很好的利用了互聯(lián)網(wǎng)的功能，因此可以把來自測量和設(shè)計的數(shù)據(jù)直接發(fā)布到網(wǎng)上。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計思想，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”將 8臺儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。此外，國內(nèi)已有幾家企業(yè)在研制 PC 虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達到一定的批量。隨著微型計算機的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。 模 擬 儀 器 虛 擬 儀 器智 能 儀 器數(shù) 字 儀 器電 子 儀 器1 9 世 紀 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀五 十 年 代 圖 1. 1 測量技術(shù)的發(fā)展 從十九世紀初到二十世紀末，測量儀器經(jīng)歷了模擬儀器、電子儀器、數(shù)字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。七十年代初第一片微處理器問世，微型計算機技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進步。隨著電子技術(shù)、微計算機技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。 1982年美國西北儀器公司總裁德插卡總線機箱與 PC 機間的通信，可 利用 RS23 GPIB 接口總線或以太網(wǎng)電纜等進行。 1997 年美國 NI 公司推出了一種新的儀器總線標 準 PXI 總線標準。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實際需求。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領(lǐng)域擴充，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 Labview 采用圖形 化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件。 Labview 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。 Labview 具有一系列無與倫 比的優(yōu)點：首先， Labview 作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運用的設(shè)備圖標與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時， Labview 提供了豐富的 VI庫和儀器面板素材庫，近 600 種設(shè)備的驅(qū)動程序 (可擴充 )如 GPIB設(shè)備控制、 VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲；并且Labview 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點，調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調(diào)試。 基于 Labview 平臺的虛擬儀器程序設(shè)計 所有的 Labview 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標 /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。在流程圖中對 VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 ② 設(shè)計的思路和運行過程清晰而且直觀。在設(shè)計大型自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復(fù) 雜系統(tǒng)的設(shè)計是相當有難度的。同時也對于將來系統(tǒng)的維護提供了便利。 本設(shè)計所做的工作 本課題研究的主要內(nèi)容是研制以 Lab VIEW 為主控制平臺，以單片機為控制的智能實時液位檢測處理系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容有： 第一， 單片機系統(tǒng)開發(fā)及智能檢測儀表的研制。 第二， 在 Lab VIEW 平臺下編制程序，實現(xiàn)對液位的實時監(jiān)測監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 在計算機廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。數(shù)據(jù)采集時，有一些基本原理要注意，還有更多的實際的問題要解決。t＝ 0，△ t， 2△ t， 3△ t??等等， x(t)的數(shù)值就被稱為采樣值。 圖 2. 1 模擬信號采樣圖 如果對信號 x(t)采集 N 個采樣點，那么 x(t)就可以用下面這個數(shù)列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，?， x[N－ l]} 這個數(shù)列被稱為信號 x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。這種信號畸變叫做混疊。 本章首先介紹了本控制系統(tǒng)中的核心器件單片機和 AD 采集芯片，然后給出了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計和總體框圖，最后詳細地給出了各個模塊的具 體硬件實現(xiàn)。市場上的芯片種類繁多，功能特性各異，選擇芯片的原則是針對自己所設(shè)計系統(tǒng)的功能需求對芯片的價格，封裝，性能，型號等等因素做綜合考慮。本設(shè)計系統(tǒng)中，需要采集的通道數(shù)不超過 8 路，精度要求不是很高，這兩個條件 ADC08038 芯片完全合適，而且該芯片內(nèi)部集成了多路開關(guān)，所以我們選擇了 ADC08038 作為本系統(tǒng)的 AD 采集芯片。因此， AT89S52 是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便地應(yīng)用于各種 控制領(lǐng)域。 4． RST：復(fù)位輸入端。 6． PSEN ：程序存儲允許 (麗 )輸出信號是外部程序存儲器的讀選通信號。在 Flash 存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 Vpp(如果選用 12V 編程 )。在Flash 編程時， PO 端口接收指令字節(jié)；而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。對端口寫高電平 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動 (吸收或輸出電流方式 )4ITTL 輸入。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口引腳上的電平在整個訪問周期中不改變。對端口寫高電平 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 14． P3． 2／ INT0：外部中斷 0。 18． P1． 1／ T2EX：定時／計數(shù)器 2 的外部輸入。 22． P1． 6／ MIS0： ISP 的 “主入從出 ”。該芯片具有 8 路可選的通道，通過寫 DI 腳的數(shù)來決定是否開通哪個通道進行采集。 3． TTL／ cMoS 輸入輸出兼容。 2． VCC：電源供電端。REFO39。 7． CS：芯片使能端。它們之間的關(guān)系如下圖所示： 熱 敏 電阻 ， 溫度 互 感器 及 調(diào)節(jié) 電 路M C UA T 8 9 S 5 2A D 采 集模 塊鍵 盤 模 塊振 蕩 電路 模 塊顯 示 及 驅(qū) 動模 塊溫 度 信 號電 流 信 號控 制 IG B T 開 通和 關(guān) 斷指 示 燈 模 塊蜂 鳴 器 及 驅(qū) 動 模 塊風(fēng) 扇 及 驅(qū) 動 模 塊圖 43 控制系統(tǒng)的總體模塊圖 控制系統(tǒng)的各個模塊功能及作用 下面分別對各個模塊進行簡要的說明： 1．熱敏電阻、電流互感器及調(diào)理電路：相當于系統(tǒng)的 “眼睛 ”，即系統(tǒng)的測量工具，通過它可以將溫度信號和電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以測量的小電流信號或電壓信號，然后送入處理系統(tǒng)進行分析。此外還包括一些組合鍵。 8．風(fēng)扇及其驅(qū)動電路模塊：本模塊是控制溫度的主要手 段，當散熱板溫度，空氣溫度等超過規(guī)定值時開啟風(fēng)扇，用于降低溫度以及對溫度的精確控制，防止因溫度過高而損壞器件。 NTC 熱敏電阻器由高純度過渡金屬錳 (Mn)、鈷 (Co)，鎳 (Ni)和銅 (Cu)等金屬氧化物經(jīng)共沉淀制粉、等靜壓成型后 1200～ 1400C 高溫燒結(jié)而成的。 NTC 熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。下圖 4—4 是其中一個溫度測試的電路圖。 本課題中有 3 個熱敏電阻電路，分別用來測試散熱板溫度，爐盤溫度和空氣溫度。被測回路相當于變壓器的原邊，變換后的相當于副邊，線圈匝數(shù)比為 1： N。 2 表示副邊線圈的電流，即轉(zhuǎn)化后的小電流信號。該信號經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟娏餍盘?。所以按照電流的比例可以?R83 上的電流及電壓，將此電壓經(jīng)過限流電阻 R85 接入 AD 采集端即可。其作用分別為：／ CS 為使能信號線， CLK 為時鐘信號線，DATA 為數(shù)據(jù)線。 本課題中的功率控制采用頻率調(diào)制 (PFM)的方法，即通過輸出不同的控制頻率，來開通和關(guān)斷功率管 IGBT，以此來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的功率。所以，通過給 P2 口輸出一個 8 位二進制數(shù)可以控制 8 路信號的開通與關(guān)斷，而這些信號通路的不同組合決定 TRT 值的大小的不同，進而調(diào)節(jié)振蕩電路的頻率。這樣單片機就可以完成按鍵的監(jiān)控。通過發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。共陽極連接圖 4—11 如下： 圖 4． 11 共陽極發(fā)光二極管的連接圖圖 提供給 LED 顯示的字型代碼恰好為一個字節(jié)，各代碼對應(yīng)如下： 4I 代碼位對應(yīng)的顯示段 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dP g f e d c b a 顯示字母及數(shù)字的代碼表如下： 表 42 字型所對應(yīng)的代碼表 自行 共陽極代碼 共陰極代碼 字型 共陽極代碼 共陰極代碼 0 0xC0 0x3F A 0x88 0x77 1 0xF9 0x06 b 0x83 0x7C 2 0xA4 0x5B C 0xC6 0x39 3 0xB0 0x4F d 0xA1 0x5E 4 0x99 0x66 E 0x86 0x79 5 0x92 0x6D F 0x8E 0x71 6 0x82 0x7D 全亮 0x00 0xFF 7 0xF8 0x07 全滅 0xFF 0x00 8 0x80 0x7F 9 0x90 0x6F 2．驅(qū)動芯片 4094 的原理 4094 是一個具有三態(tài)輸出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行數(shù)據(jù)的芯片。 圖 4． 13 4094 引腳圖 風(fēng)扇和蜂鳴器控制模塊的設(shè)計 為了控制系統(tǒng)的溫度，使全橋整流器、 IGBT、單片機和 AD 芯片等核心器件免受因溫度過高而燒毀的嚴重后果，本課題中利用風(fēng)扇來降低系統(tǒng)的溫度，從而實現(xiàn)溫度的精確控制。根據(jù)單片機 I／ 0H輸出高低電平時的電流，可以推算出三極管的放大倍數(shù)， 從而合理選擇三極管的型號，及電阻的大小。 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。 程序模塊化設(shè)計概述 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設(shè)計目標之后，應(yīng)該采用好的程序開發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評價標準等等。在求精過程的 每一步，抽象概念 (語句或數(shù)據(jù) )都被精細化。只要某模塊中含有依賴于某種 判定操作，則該模塊就處于該判定的作用范圍之內(nèi)