【正文】 1 1 1 15522115 ( ) ( )5 ( )i i i i ii i i iiiiix y x x yaxx= = = =====邋邋邋 5 5 51 1 155221155 ( )ii i i ii i iiiix y x ybxx= = ====邋 ?邋= 北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 30 這條直線一定通過點 （ x ， y ） ，再令 x取任意一值如 x取 500 時 y=，所以通過點 （ 234， ） 和點（ 500,）這兩點就能夠畫出擬合的直線。再通過擬合的直線反求出對應照度。最重要的是感受到了設計一個真正實用化的系統(tǒng)原來是那么雜，編寫完成它又是那么困難。 通過這次畢業(yè)設計，從中明白了許多道理，學到了很多新東西，為今后的工作打下了基礎。 首先，感謝我的學校。對基礎課的學習為我在以后的學習打下了良好的基 礎 ,通過學習英語知識，我基本掌握了外文閱讀和翻譯的能力；通過學習計算機知識，我能夠熟練使用多種基本軟件和專業(yè)軟件的使用方法；通過專業(yè)課程的學習是我自身的能力得到了提高，對日后的發(fā)展打下了堅實的基礎。 最 后 ， 再次感謝所有幫助過我的老師和同學。在盛 老師的悉心指導下，我對畢業(yè)設計的認識從一團糟到有了初步的認識最后到明確了任務目標，再到基本工作的組織和完成以及對工作任務的檢查和整理。而這些應該歸功于我的學校，因為正是我的學校給我提供了這樣一個優(yōu)良的環(huán)境。 由于本人第一次完整的 獨立設計 ，加之水平有限，設計中難免有不當之處，還請各位老師給予批評、指正。曾學習過虛擬儀器 這門課程，當時任課老師 介紹過設計、編寫、完成一個軟件系統(tǒng)復雜性、困難性，也詳細介紹過在軟件系統(tǒng)設計過程中時間的分配情況，但自己對老師講的總是半信半疑，沒有真正用心去體會其中的含義。在整個設計 過程中，先后經歷了幾個階段：查找資料階段、總體設計階段、詳細設計階段、編程實現(xiàn)階段，最終完成了 基于 ELVIS 的光電池照度計 設計。光電池最后的照度表達式為式（ 58） xay b= （ 58） y —— 光電池的照度； x —— 光電池的電壓輸出； a —— 擬合直線的截距； b —— 擬合直線的斜率； 帶入最后數值得： ?? xy （ 59） 運用 公式（ 59）就可以通過測得的電壓值求出任意時刻對應的光照度值，從而實現(xiàn)實時的光電池照度計設計。453700 5 21 ii y= =229。 由式（ 56）、式（ 57） 的具體計算，通常是通過列表進行 ，計算見表 52 和表53，由此可得式（ 51）方程為 0 .0 0 5 2 8 x + 0 .0 1 8 8 8y = 表 52 計算表 1 序號 x y 2x 2y xy 1 2 3 4 5 10 60 200 400 500 100 3600 40000 160000 250000 229。桫邋邋 229。 247。231。 247。 247。邋 55211155 522111 115 ( ) 5iiiiiiiiixxCAxx x==== =驏 247。231。 247。231。231。231。=?231。247。247。247。247。231。231。231。231。 標定數據的處理 標定的照度和電壓數據如表 51： 表 51 標定數據表 名稱 1 組 2 組 3 組 4 組 5 組 標定照度 10 60 200 400 500 標定電壓 根據標定的數據 擬合 出的 直線 為 [12]： y bx a=+ 式中 x —— 傳感器的輸入量，即被測量 y —— 傳感器的理論輸出 北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 28 a ， b —— 直線方程的截距和斜率，由校準數據的最小二乘直線擬合求出。標準照度計 的讀數器和亮度可調的白熾燈的調節(jié)旋鈕置于盒子外面。 本章小結 本章主要是程序前面板和后面板的設計過程以及程序的調試方法，通過設計過程我們可以很好的學習 LabVIEW 軟件。節(jié)點上的斷點用紅框表示 ，而連線上的斷點用紅點表示。在 任何時候通過釋放暫停按鈕可返回到正常執(zhí)行。 單步執(zhí)行用于觀察 VI 運行時的每一個動作。 加亮執(zhí)行 當單擊框圖窗 口工具條上的加亮執(zhí)行按鈕，即可以打開執(zhí)行加亮功能。 圖標 功能 圖標 功能 列出錯誤 連續(xù)運行 終止執(zhí)行 暫停執(zhí)行 高亮執(zhí)行 保存連線值 單步進入 單步跳過 單步跳出 表 41 VI 調試按鈕的圖標和功能 北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 25 錯誤信息 程序錯誤一般分為兩種：一種是程序編輯錯誤或編輯結果不符合語法，程序無法正常運行； 一種是錯誤為語 義和邏輯上的錯誤，或者是程序運行時某種外部條件得不到滿足引起的運行錯誤，這中錯誤很難排除。 從函數選板里選擇：編程→結構→平鋪式順序結構 /For 循環(huán) /事件結構 → For循環(huán)的循環(huán)次數設為 5/事件結構編輯事件為“標定按鈕”鍵按下；編程 →定時 → 等待（ ms）→等待時間設為 500。從控件選板里面選擇：新式→數組、矩陣與簇→數組，再從控制選板里選擇：新式→ 數值 → 數值輸入控件，創(chuàng)建北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 21 標定電壓和標定照度兩個數組，如 圖 42： 圖 42 前面板視圖 2 數據標定的時候還需要一個數據標定按鈕和停止按鈕，從控件選板里選擇：新式→布爾→翹板開關 /停止按鈕，創(chuàng)建一個標定按鈕和一 個停止按鈕，如圖 43。 前面板的設計 前面板用于設置數據標定和觀察照度及電壓的輸出，模擬真實照度計的前面板。 北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 20 第 4 章 系統(tǒng)設計 設計的要求 要求前面板顯示照度的值和照度表盤，以及對應的電壓值及電壓表盤。 M 系列數據采集設備與下列 NI 應用軟件版本（或更高版本）兼容—— LabVIEW 、 LabWindows?/CVI 、或 Measurement Studio ； LabVIEW SignalExpress ；或帶 LabVIEW 實時模塊 的 LabVIEW。 了解更多關于 M 系列的技術、設備規(guī)范、推薦使用的電纜及附件，請查看數據表和規(guī)格。 高速率 M 系列 PCI6251 NI PCI6251 是一款高速 M 系列多功能 DAQ 板卡，在高采樣率下也能保持高精度。 使用插件板提升擴展性 NI ELVIS 平臺可用于各類應用及學科，并采用 NI ELVIS 插入板及第三方課件（如 Emona Instruments、 Freescale Semiconductors、及三方課件（如Emona Instruments、 Freescale Semiconductors、及 Quanser）來教授無線電通信、微控制器、及控制概念，擴展了實驗室功能。這些儀器基于工業(yè)領先的 LabVIEW 圖形化系統(tǒng)設計軟件，提供基于虛擬儀器技術的靈活性及自定義應用的能力，并且是開源、可自定義的 。Kensington 安全電纜通過連接端口將 ELVIS 鎖在工作站上，確保了安全性。 NI ELVIS 可實現(xiàn)各類應用，從而幫助各學科中不同學習進度的學生。現(xiàn)在也不必擔心需要購買各種不同儀器，從而顧慮他們的 協(xié)同工作能力。作為基于 NI LabVIEW 圖形化系統(tǒng)設計軟件， NI ELVIS 能夠發(fā)揮虛擬儀器技術 的靈活性及自北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 17 定義功能。 2）采樣理論要求在取得全部采樣值后才能求得被采樣函數，而實際上在某一采樣時刻，計算機只取得本次采樣值和以前各次采樣值，而必須在以后的采樣 值尚未取得的情況下進行計算分析。 數據采集原理 將連續(xù)的模擬信號轉換成計算機可以接受的離散數字信號，需要兩個環(huán)節(jié)：首先是采樣，由連續(xù)模擬信號得到離散信號；然后再通過 A/D轉換，變?yōu)閿底中盘枴? （ 4）動態(tài)范圍 是指每個物理量的變化范圍。這里還應注意系統(tǒng)精度與系統(tǒng)分辨率的區(qū)別，系統(tǒng)精度是系統(tǒng)的實際輸出值與理論輸出值之差，它是系統(tǒng)各項誤差的總和，通常表示為滿度值的百分數。通常用最低有效位（ LSB） 占系統(tǒng)滿度信號的百分比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實際電壓數值來表示，有時也用滿度信號可以分的級數來表示。 采樣 /保持器輸出的信號送至模數轉換器，模數轉換器是模擬輸入通道的關鍵電路。 本設計采用的是一 階有源低通濾波器 [8]。此外，某些傳感器內阻比較大，輸出功率較小，這樣放大器還起到了阻抗變換器的北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 14 作用來緩沖輸入信號。模擬信號由模擬類的傳感器輸出的信號經調理后等到，數字信號則由數字類傳感器輸出的數字信號或開關信號得到 [10]。通過它的光電特性可以很好的利用它的特性來設計照度計。為了提高頻響，光電池可在光電導模式下使用。 由表中看出：①要得到短的響應時間，必 須選用小的負載電阻 RL；北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 12 ②光電池的面積越大則響應 時間越大，因為光電池面積越大則結電容越大，在給負載時，時間常數 jL CR??? 就越大，故要求短的響應時間，必須選用小面積光電池。 圖 24 硅光電池的 ocU 、 scI 與照度的關系 光譜特性 [8] 一般硅光電池的光譜響應特性表示在入射光能量保持一定的條件下，光電池所產生的短路電流與入射光波長之間的關系。 圖 22 光電池的工作原理示意圖 硅光電池的特性參數 光照特性 [8] 光電池的光照特性主要有伏安特性、照度 —— 電流電壓特性和照度 —— 負載特性。 2CR 型光電池則是以 n型硅作基底（在本征型硅材料中摻入五價元素磷、砷等），然后在基底上擴散磷而形成 p 型并作為受光面。 [5] 太陽能光電池主要用于做向負載提供電源，對它的主要要求是轉換效率高、成本低，由于它具有體積小、重量輕、可靠性高、壽命長等特點，因而不僅成為航天工業(yè)上的重要電源，還被廣泛用于供電 困難的場所和人們的日常便攜電器中。 程序調試：單擊前面板編輯窗口或方框圖編輯窗口工具條中的運行按鈕，執(zhí)行 VI 程序；同時可利用 LabVIEW 工具模板中的斷點工具和探針工具調試縮編程序。 用 LabVIEW 設計虛擬儀器的步驟 LabVIEW 編程一般要經過以下幾個步驟。 LabVIEW 集成了很多儀器硬件庫 ,如 GPIB/VXI/PXI/基于計算機的儀器、RS232/485 協(xié)議、插入式數據采集、模擬 /數字 /計數器 Ｉ /Ｏ、 信號調理、分布式數據采集、圖像獲取和 機器視覺、運動控制、 PLC/數據日志等。 前面板是一個傳統(tǒng)的儀器概念 ,而軟件前面板其實是自動化的拓展 ,因為它們保持了傳統(tǒng)直觀的視覺和感覺效果。無論哪種 VI 系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺式 PC或工作站等各種計算機平臺加上應用軟件而構成的。因 此，基于虛擬儀器技術創(chuàng)建個性化的儀器是完全可能和具有廣闊生命力的。人們通過鼠標或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關、按鍵等選用儀器功能，設置各種北方民族大學學士學位論文 基于 ELVIS 光電池照度計設計 第 頁 6 參數，啟動或停止一臺儀器的工作。發(fā)展到這一階段，人們也認識到了虛擬儀器軟件框架才是數據采集和儀器控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化的關鍵。這些新的技術使儀器的構成得以開放，消除了第一階