【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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 30 這條直線一定通過點(diǎn) （ x ， y ） ，再令 x取任意一值如 x取 500 時(shí) y=，所以通過點(diǎn) （ 234， ） 和點(diǎn)（ 500,）這兩點(diǎn)就能夠畫出擬合的直線。再通過擬合的直線反求出對(duì)應(yīng)照度。最重要的是感受到了設(shè)計(jì)一個(gè)真正實(shí)用化的系統(tǒng)原來(lái)是那么雜，編寫完成它又是那么困難。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，從中明白了許多道理，學(xué)到了很多新東西，為今后的工作打下了基礎(chǔ)。 首先，感謝我的學(xué)校。對(duì)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)為我在以后的學(xué)習(xí)打下了良好的基 礎(chǔ) ,通過學(xué)習(xí)英語(yǔ)知識(shí)，我基本掌握了外文閱讀和翻譯的能力；通過學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)知識(shí)，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(xué)習(xí)是我自身的能力得到了提高，對(duì)日后的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 最 后 ， 再次感謝所有幫助過我的老師和同學(xué)。在盛 老師的悉心指導(dǎo)下，我對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)從一團(tuán)糟到有了初步的認(rèn)識(shí)最后到明確了任務(wù)目標(biāo)，再到基本工作的組織和完成以及對(duì)工作任務(wù)的檢查和整理。而這些應(yīng)該歸功于我的學(xué)校，因?yàn)檎俏业膶W(xué)校給我提供了這樣一個(gè)優(yōu)良的環(huán)境。 由于本人第一次完整的 獨(dú)立設(shè)計(jì) ，加之水平有限，設(shè)計(jì)中難免有不當(dāng)之處，還請(qǐng)各位老師給予批評(píng)、指正。曾學(xué)習(xí)過虛擬儀器 這門課程，當(dāng)時(shí)任課老師 介紹過設(shè)計(jì)、編寫、完成一個(gè)軟件系統(tǒng)復(fù)雜性、困難性，也詳細(xì)介紹過在軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中時(shí)間的分配情況，但自己對(duì)老師講的總是半信半疑，沒有真正用心去體會(huì)其中的含義。在整個(gè)設(shè)計(jì) 過程中，先后經(jīng)歷了幾個(gè)階段：查找資料階段、總體設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段、編程實(shí)現(xiàn)階段，最終完成了 基于 ELVIS 的光電池照度計(jì) 設(shè)計(jì)。光電池最后的照度表達(dá)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(shù)值得： ?? xy （ 59） 運(yùn)用 公式（ 59）就可以通過測(cè)得的電壓值求出任意時(shí)刻對(duì)應(yīng)的光照度值，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的光電池照度計(jì)設(shè)計(jì)。453700 5 21 ii y= =229。 由式（ 56）、式（ 57） 的具體計(jì)算，通常是通過列表進(jìn)行 ，計(jì)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(jì)算表 1 序號(hào) 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(biāo)定數(shù)據(jù)的處理 標(biāo)定的照度和電壓數(shù)據(jù)如表 51： 表 51 標(biāo)定數(shù)據(jù)表 名稱 1 組 2 組 3 組 4 組 5 組 標(biāo)定照度 10 60 200 400 500 標(biāo)定電壓 根據(jù)標(biāo)定的數(shù)據(jù) 擬合 出的 直線 為 [12]： y bx a=+ 式中 x —— 傳感器的輸入量，即被測(cè)量 y —— 傳感器的理論輸出 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 28 a ， b —— 直線方程的截距和斜率，由校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的最小二乘直線擬合求出。標(biāo)準(zhǔn)照度計(jì) 的讀數(shù)器和亮度可調(diào)的白熾燈的調(diào)節(jié)旋鈕置于盒子外面。 本章小結(jié) 本章主要是程序前面板和后面板的設(shè)計(jì)過程以及程序的調(diào)試方法，通過設(shè)計(jì)過程我們可以很好的學(xué)習(xí) LabVIEW 軟件。節(jié)點(diǎn)上的斷點(diǎn)用紅框表示 ，而連線上的斷點(diǎn)用紅點(diǎn)表示。在 任何時(shí)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(yùn)行時(shí)的每一個(gè)動(dòng)作。 加亮執(zhí)行 當(dāng)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(biāo) 功能 圖標(biāo) 功能 列出錯(cuò)誤 連續(xù)運(yùn)行 終止執(zhí)行 暫停執(zhí)行 高亮執(zhí)行 保存連線值 單步進(jìn)入 單步跳過 單步跳出 表 41 VI 調(diào)試按鈕的圖標(biāo)和功能 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 25 錯(cuò)誤信息 程序錯(cuò)誤一般分為兩種：一種是程序編輯錯(cuò)誤或編輯結(jié)果不符合語(yǔ)法，程序無(wú)法正常運(yùn)行； 一種是錯(cuò)誤為語(yǔ) 義和邏輯上的錯(cuò)誤，或者是程序運(yùn)行時(shí)某種外部條件得不到滿足引起的運(yùn)行錯(cuò)誤，這中錯(cuò)誤很難排除。 從函數(shù)選板里選擇：編程→結(jié)構(gòu)→平鋪式順序結(jié)構(gòu) /For 循環(huán) /事件結(jié)構(gòu) → For循環(huán)的循環(huán)次數(shù)設(shè)為 5/事件結(jié)構(gòu)編輯事件為“標(biāo)定按鈕”鍵按下；編程 →定時(shí) → 等待（ ms）→等待時(shí)間設(shè)為 500。從控件選板里面選擇：新式→數(shù)組、矩陣與簇→數(shù)組，再?gòu)目刂七x板里選擇：新式→ 數(shù)值 → 數(shù)值輸入控件，創(chuàng)建北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 21 標(biāo)定電壓和標(biāo)定照度兩個(gè)數(shù)組，如 圖 42： 圖 42 前面板視圖 2 數(shù)據(jù)標(biāo)定的時(shí)候還需要一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)定按鈕和停止按鈕，從控件選板里選擇：新式→布爾→翹板開關(guān) /停止按鈕，創(chuàng)建一個(gè)標(biāo)定按鈕和一 個(gè)停止按鈕，如圖 43。 前面板的設(shè)計(jì) 前面板用于設(shè)置數(shù)據(jù)標(biāo)定和觀察照度及電壓的輸出，模擬真實(shí)照度計(jì)的前面板。 北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 20 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的要求 要求前面板顯示照度的值和照度表盤，以及對(duì)應(yīng)的電壓值及電壓表盤。 M 系列數(shù)據(jù)采集設(shè)備與下列 NI 應(yīng)用軟件版本（或更高版本）兼容—— LabVIEW 、 LabWindows?/CVI 、或 Measurement Studio ； LabVIEW SignalExpress ；或帶 LabVIEW 實(shí)時(shí)模塊 的 LabVIEW。 了解更多關(guān)于 M 系列的技術(shù)、設(shè)備規(guī)范、推薦使用的電纜及附件，請(qǐng)查看數(shù)據(jù)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(kuò)展性 NI ELVIS 平臺(tái)可用于各類應(yīng)用及學(xué)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(lái)教授無(wú)線電通信、微控制器、及控制概念，擴(kuò)展了實(shí)驗(yàn)室功能。這些儀器基于工業(yè)領(lǐng)先的 LabVIEW 圖形化系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件，提供基于虛擬儀器技術(shù)的靈活性及自定義應(yīng)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(shí)現(xiàn)各類應(yīng)用，從而幫助各學(xué)科中不同學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)生?，F(xiàn)在也不必?fù)?dān)心需要購(gòu)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(shè)計(jì)軟件， NI ELVIS 能夠發(fā)揮虛擬儀器技術(shù) 的靈活性及自北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 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(shù)，而實(shí)際上在某一采樣時(shí)刻，計(jì)算機(jī)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(jìn)行計(jì)算分析。 數(shù)據(jù)采集原理 將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接受的離散數(shù)字信號(hào)，需要兩個(gè)環(huán)節(jié)：首先是采樣，由連續(xù)模擬信號(hào)得到離散信號(hào)；然后再通過 A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。 （ 4）動(dòng)態(tài)范圍 是指每個(gè)物理量的變化范圍。這里還應(yīng)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(shí)際輸出值與理論輸出值之差，它是系統(tǒng)各項(xiàng)誤差的總和，通常表示為滿度值的百分?jǐn)?shù)。通常用最低有效位（ LSB） 占系統(tǒng)滿度信號(hào)的百分比表示，或用系統(tǒng)可分辨的實(shí)際電壓數(shù)值來(lái)表示，有時(shí)也用滿度信號(hào)可以分的級(jí)數(shù)來(lái)表示。 采樣 /保持器輸出的信號(hào)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的關(guān)鍵電路。 本設(shè)計(jì)采用的是一 階有源低通濾波器 [8]。此外，某些傳感器內(nèi)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(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 14 作用來(lái)緩沖輸入信號(hào)。模擬信號(hào)由模擬類的傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)調(diào)理后等到，數(shù)字信號(hào)則由數(shù)字類傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)或開關(guān)信號(hào)得到 [10]。通過它的光電特性可以很好的利用它的特性來(lái)設(shè)計(jì)照度計(jì)。為了提高頻響，光電池可在光電導(dǎo)模式下使用。 由表中看出：①要得到短的響應(yīng)時(shí)間，必 須選用小的負(fù)載電阻 RL；北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 12 ②光電池的面積越大則響應(yīng) 時(shí)間越大，因?yàn)楣怆姵孛娣e越大則結(jié)電容越大，在給負(fù)載時(shí)，時(shí)間常數(shù) jL CR??? 就越大，故要求短的響應(yīng)時(shí)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(guān)系 光譜特性 [8] 一般硅光電池的光譜響應(yīng)特性表示在入射光能量保持一定的條件下，光電池所產(chǎn)生的短路電流與入射光波長(zhǎng)之間的關(guān)系。 圖 22 光電池的工作原理示意圖 硅光電池的特性參數(shù) 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(fù)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(jià)元素磷、砷等），然后在基底上擴(kuò)散磷而形成 p 型并作為受光面。 [5] 太陽(yáng)能光電池主要用于做向負(fù)載提供電源，對(duì)它的主要要求是轉(zhuǎn)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(zhǎng)等特點(diǎn)，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(chǎng)所和人們的日常便攜電器中。 程序調(diào)試：?jiǎn)螕羟懊姘寰庉嫶翱诨蚍娇驁D編輯窗口工具條中的運(yùn)行按鈕，執(zhí)行 VI 程序；同時(shí)可利用 LabVIEW 工具模板中的斷點(diǎn)工具和探針工具調(diào)試縮編程序。 用 LabVIEW 設(shè)計(jì)虛擬儀器的步驟 LabVIEW 編程一般要經(jīng)過以下幾個(gè)步驟。 LabVIEW 集成了很多儀器硬件庫(kù) ,如 GPIB/VXI/PXI/基于計(jì)算機(jī)的儀器、RS232/485 協(xié)議、插入式數(shù)據(jù)采集、模擬 /數(shù)字 /計(jì)數(shù)器 Ｉ /Ｏ、 信號(hào)調(diào)理、分布式數(shù)據(jù)采集、圖像獲取和 機(jī)器視覺、運(yùn)動(dòng)控制、 PLC/數(shù)據(jù)日志等。 前面板是一個(gè)傳統(tǒng)的儀器概念 ,而軟件前面板其實(shí)是自動(dòng)化的拓展 ,因?yàn)樗鼈儽３至藗鹘y(tǒng)直觀的視覺和感覺效果。無(wú)論哪種 VI 系統(tǒng)，都是將儀器硬件搭載到筆記本電腦、臺(tái)式 PC或工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)加上應(yīng)用軟件而構(gòu)成的。因 此，基于虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)建個(gè)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(biāo)或鍵盤操作虛擬儀器面板上的旋鈕、開關(guān)、按鍵等選用儀器功能，設(shè)置各種北方民族大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 基于 ELVIS 光電池照度計(jì)設(shè)計(jì) 第 頁(yè) 6 參數(shù)，啟動(dòng)或停止一臺(tái)儀器的工作。發(fā)展到這一階段，人們也認(rèn)識(shí)到了虛擬儀器軟件框架才是數(shù)據(jù)采集和儀器控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的關(guān)鍵。這些新的技術(shù)使儀器的構(gòu)成得以開放，消除了第一階