【正文】 繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計(jì)）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(jì)）不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的研究成果。對(duì)本論文（設(shè)計(jì)）的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說(shuō)明并表示謝意。保密的論文（設(shè)計(jì)）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(zhǔn)用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)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(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試領(lǐng)域的一項(xiàng)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(tái)，以單片機(jī)為控制的智能實(shí)時(shí)液位檢測(cè)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(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)液池內(nèi)液體的流量，從而使液位保持在正常水平。 測(cè)控技術(shù)與儀器實(shí)驗(yàn)室有 5 套液位控制實(shí)驗(yàn)裝置，但這些控制裝置目前都是用傳統(tǒng)模擬儀表進(jìn)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(duì)液位控制進(jìn)行自動(dòng)的、 實(shí)時(shí)的監(jiān)控。所以 , 本畢業(yè)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)、自動(dòng)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(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、概念簡(jiǎn)單。 近年來(lái)，世界各國(guó)的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件，以便使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測(cè)試 系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。 當(dāng)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(jī)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(tái) PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達(dá)到100Mb/s。 我國(guó) VXI 總線技術(shù)是反映我國(guó)目前虛擬儀器水平的一個(gè)方面，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)使數(shù)據(jù)共享進(jìn)入新階段，加速了虛擬儀器的新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，而這些技術(shù)是傳統(tǒng)儀器不可能實(shí)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(lái)自測(cè)量和設(shè)計(jì)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(jì)思想，研制了“航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀”將 8臺(tái)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(guó)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(zé)任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達(dá)到一定的批量。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測(cè)試儀器而成為測(cè)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(jì) 九 十 年 代七 十 年 代2 0 世 紀(jì)五 十 年 代 圖 1. 1 測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 從十九世紀(jì)初到二十世紀(jì)末，測(cè)量?jī)x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(wèn)世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。 1982年美國(guó)西北儀器公司總裁德插卡總線機(jī)箱與 PC 機(jī)間的通信，可 利用 RS23 GPIB 接口總線或以太網(wǎng)電纜等進(jìn)行。 1997 年美國(guó) NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo) 準(zhǔn) PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)。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(jì)儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實(shí)際需求。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢(shì)和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領(lǐng)域擴(kuò)充，對(duì)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(shí)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(wú)與倫 比的優(yōu)點(diǎn)：首先， Labview 作為圖形化語(yǔ)言編程，采用流程圖式的編程，運(yùn)用的設(shè)備圖標(biāo)與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標(biāo)基本一致，這使得編程過(guò)程和思維過(guò)程非常相似；同時(shí)， Labview 提供了豐富的 VI庫(kù)和儀器面板素材庫(kù)，近 600 種設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序 (可擴(kuò)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(chǔ)；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(diǎn)，調(diào)試過(guò)程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序來(lái)觀察數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程，更加便于程序的調(diào)試。 基于 Labview 平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì) 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(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。在流程圖中對(duì) 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(jì)的思路和運(yùn)行過(guò)程清晰而且直觀。在設(shè)計(jì)大型自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)時(shí)一步完成一個(gè)復(fù) 雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是相當(dāng)有難度的。同時(shí)也對(duì)于將來(lái)系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利。 本設(shè)計(jì)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(tái)，以單片機(jī)為控制的智能實(shí)時(shí)液位檢測(cè)處理系統(tǒng)，主要研究?jī)?nèi)容有： 第一， 單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)及智能檢測(cè)儀表的研制。 第二， 在 Lab VIEW 平臺(tái)下編制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 在計(jì)算機(jī)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(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問(wèn)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(hào)采樣圖 如果對(duì)信號(hào) x(t)采集 N 個(gè)采樣點(diǎn)，那么 x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，?， x[N－ l]} 這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào) x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)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(hào)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(jī)和 AD 采集芯片，然后給出了控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和總體框圖，最后詳細(xì)地給出了各個(gè)模塊的具 體硬件實(shí)現(xiàn)。市場(chǎng)上的芯片種類繁多，功能特性各異，選擇芯片的原則是針對(duì)自己所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能需求對(duì)芯片的價(jià)格，封裝，性能，型號(hào)等等因素做綜合考慮。本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，需要采集的通道數(shù)不超過(guò) 8 路，精度要求不是很高，這兩個(gè)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(qiáng)，靈活性高且價(jià)格合理的單片機(jī)，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(chǔ)允許 (麗 )輸出信號(hào)是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。在 Flash 存儲(chǔ)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(shí)， PO 端口接收指令字節(jié)；而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。對(duì)端口寫高電平 “1” 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4ITTL 輸入。在訪問(wèn) 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P2 口引腳上的電平在整個(gè)訪問(wèn)周期中不改變。對(duì)端口寫高電平 “1” 時(shí)，通過(guò)內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。 14． P3． 2／ INT0：外部中斷 0。 18． P1． 1／ T2EX：定時(shí)／計(jì)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(guò)寫 DI 腳的數(shù)來(lái)決定是否開通哪個(gè)通道進(jìn)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(dòng)模 塊溫 度 信 號(hào)電 流 信 號(hào)控 制 IG B T 開 通和 關(guān) 斷指 示 燈 模 塊蜂 鳴 器 及 驅(qū) 動(dòng) 模 塊風(fēng) 扇 及 驅(qū) 動(dòng) 模 塊圖 43 控制系統(tǒng)的總體模塊圖 控制系統(tǒng)的各個(gè)模塊功能及作用 下面分別對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明： 1．熱敏電阻、電流互感器及調(diào)理電路：相當(dāng)于系統(tǒng)的 “眼睛 ”，即系統(tǒng)的測(cè)量工具，通過(guò)它可以將溫度信號(hào)和電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)可以測(cè)量的小電流信號(hào)或電壓信號(hào)，然后送入處理系統(tǒng)進(jìn)行分析。此外還包括一些組合鍵。 8．風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)電路模塊：本模塊是控制溫度的主要手 段，當(dāng)散熱板溫度，空氣溫度等超過(guò)規(guī)定值時(shí)開啟風(fēng)扇，用于降低溫度以及對(duì)溫度的精確控制，防止因溫度過(guò)高而損壞器件。 NTC 熱敏電阻器由高純度過(guò)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?zé)Y(jié)而成的。 NTC 熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測(cè)量、溫度補(bǔ)償、抑制浪涌電流等場(chǎng)合。下圖 4—4 是其中一個(gè)溫度測(cè)試的電路圖。 本課題中有 3 個(gè)熱敏電阻電路，分別用來(lái)測(cè)試散熱板溫度，爐盤溫度和空氣溫度。被測(cè)回路相當(dāng)于變壓器的原邊，變換后的相當(dāng)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(hào)。該信號(hào)經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟娏餍盘?hào)。所以按照電流的比例可以算 R83 上的電流及電壓，將此電壓經(jīng)過(guò)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(hào)線， CLK 為時(shí)鐘信號(hào)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(guò)輸出不同的控制頻率，來(lái)開通和關(guān)斷功率管 IGBT，以此來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的功率。所以，通過(guò)給 P2 口輸出一個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)可以控制 8 路信號(hào)的開通與關(guān)斷，而這些信號(hào)通路的不同組合決定 TRT 值的大小的不同，進(jìn)而調(diào)節(jié)振蕩電路的頻率。這樣單片機(jī)就可以完成按鍵的監(jiān)控。通過(guò)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(hào)。共陽(yáng)極連接圖 4—11 如下： 圖 4． 11 共陽(yáng)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(gè)字節(jié)，各代碼對(duì)應(yīng)如下： 4I 代碼位對(duì)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(duì)應(yīng)的代碼表 自行 共陽(yáng)極代碼 共陰極代碼 字型 共陽(yáng)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(dòng)芯片 4094 的原理 4094 是一個(gè)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(jì) 為了控制系統(tǒng)的溫度，使全橋整流器、 IGBT、單片機(jī)和 AD 芯片等核心器件免受因溫度過(guò)高而燒毀的嚴(yán)重后果，本課題中利用風(fēng)扇來(lái)降低系統(tǒng)的溫度，從而實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。根據(jù)單片機(jī) I／ 0H輸出高低電平時(shí)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(hào)，及電阻的大小。 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。 程序模塊化設(shè)計(jì)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(jì)目標(biāo)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(jì)方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等。在求精過(guò)程的 每一步，抽象概念 (語(yǔ)句或數(shù)據(jù) )都被精細(xì)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)