【正文】 4. 9 溫度控制后面板 ： 圖 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 31 這兩個控制按鈕也是在屏幕上進行顯示的。如果傳感器損壞，在前面板上將不會顯示溫度。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 34 總 結 在本設計中，讓我學會了自主學習的重要性。通過計算機控制空調的開、關、制熱和制冷。讓我們可以追求智能化的生活。 通過論文，我不僅學習到了理論上的基本知識，也增加了系統(tǒng)思考問題的經(jīng)驗，遇到問題如何系統(tǒng)思考，分解問題，模塊思考，逐步細化問題，也培養(yǎng)了我積極思考問題，主動研究問題，查找資料的習慣，對我來說受益匪淺，希望以此繼續(xù)提高獨立思考問題，解決問題的技巧和能力 。 論文 是 關于溫度檢測 方面的 ，眾所周知， 溫度是工業(yè)常見的物理量， 對其深入了解是十分有必要的。 我們要不斷地開發(fā)新的軟件。數(shù) 據(jù)采集卡將溫度傳感器輸出的電信號轉換為數(shù)字信號輸入計算機。就像備用傳感器一樣。如出現(xiàn)故障，可以及時發(fā)現(xiàn)，并進行處理。 如圖 溫度管理前面板 和 圖 后 面板 ： 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 30 圖 圖 軟件 溫度控制 模塊 在溫度控制中可以對溫度進行控制。 如圖 溫度 顯示前面板 和 圖 后 面板 ： 圖 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 29 圖 這里提到了三個傳感器的溫度。 While 循環(huán)也是虛擬儀器語言最基本的結構之一。在此節(jié)點中，輸入相應的字符串，就能在前面板上顯示出當前的時間。在實時趨勢圖控件中，它的數(shù)據(jù)只不過是代表一條波形上的幾個點。 圖 溫室大棚的溫度測控系統(tǒng)前面板 這是整個前面板，可以直關的反映出我們的實時監(jiān)控溫度，并顯示上限和下限溫度設定?？梢阅M傳統(tǒng)儀器工作方式 , 在前面板上放置所需要的控件和指示器 , 實現(xiàn) 器控制以及數(shù)據(jù)輸入與結果顯示。調用時，在框圖程序窗口打開 FunctionPalette（功能模板），在 Advanced 模塊包含有對庫函數(shù)的調模塊，即CallLibraryFunction。用戶軟件必須有友好的界面、強大的數(shù)據(jù)分析和處理能力以及提供給用戶進行再基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 25 開發(fā)的接口。 Windows98 提供了多種 USB 設備的驅動程序，但還沒有 一種專門針對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以必須針對特定的設備編制驅動程序。 、 0～ 10V、 0～ 5V (6)硬件增益： 1～ 1000 倍 (7)12 位 DA精度， 100KS/s 轉換頻率 (8)4路模擬量輸出，上電自動清零 (9)DA 量程： 0～ 5V、 0～ 10V、177。 數(shù)據(jù)采集卡的分類 ； 基于 PC 總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。 （ 8）、支持多點組 網(wǎng)功能，多個 DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實現(xiàn) 多點溫度 。當電源電壓的極性反接時，能保護 DS18B20 不會因發(fā)熱而燒毀。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。這種情況主要是由總線分布電容使信號波形產(chǎn)生畸變造成的。計數(shù)器 1 對 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行減法 計數(shù)，當計數(shù)器 1 的預置值減到 0時，溫度寄存器的值將加 1，計數(shù)器 1的預置將重新被裝入，計數(shù)器 1重 新開始對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器 2 計數(shù)到 0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測溫度。光刻 ROM 的作用是使每一個 DS18B20 都各不相同，這樣就可以實現(xiàn)一根總線上掛接多個 DS18B20 的目的。溫度報警觸發(fā)器 TH和 TL都有一字節(jié) EEPROM 的數(shù)據(jù)。該裝置信號線高的時候，內部電容器 儲存能量通由 1 線通信線路給片子供電，而且在低電平期間為片子供電直至下一個高電平的到來重新充電。 溫度傳感器可編程的分辨率為 9~12 位 溫度轉換為 12位數(shù)字格式最大值為 750毫秒 用戶可定義的非易失性溫度報警設置 應用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費電子產(chǎn)品溫度計，或任何熱敏感系統(tǒng) 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計提供 9 至 12 位（可編程設備溫度讀數(shù) )。 (3)汽車空調、冰箱、冷柜、以及中低溫干燥箱等。封裝后的 DS18B20 可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。 （ 5） 采樣方式控制 總結各種自動測試系統(tǒng)的采樣方式不外乎軟件觸發(fā)采樣和硬件觸發(fā)采樣。消息基接口的作用是通過總線傳送命令，從而控制儀器硬件的操作。 首先我們先選好被測地點，然后再進行測溫。除了應用于玩具， LabVIEW 還有專門用于中小學生教學使用的版本。使用 LabVIEW 可以非常方便的編制各種 控制程序。經(jīng)過多年的發(fā)展， LABVIEW 在測試測量領域獲得了廣基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 11 泛的承認。 普通的 PC 有一些不可避免的弱點。 虛擬儀器 實際上是一個按照儀器需求組織的 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh的多種版本。這是一個功能強大且靈活 的軟件。 可充分發(fā)揮計算機的能力，有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強的儀器。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流向決定了 VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。 的安裝 Labview 如何安裝是我們先要解決的問題，下面是我安裝的截圖，這樣可以系統(tǒng)的反應出我們的安裝過程。消息基器件用一組意義 明 確的 “ 字串行協(xié)議 ” 相互進行通信，這種異步協(xié)議定義了在器件之間傳送命令和數(shù)據(jù)所需的掛鉤要求。存儲器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸大量數(shù)據(jù)。這3部分概括了數(shù)字化儀器的基本組成。測量完后還可打印、顯示所 需的報表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。 虛擬儀器特點 與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強大、性價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點，具體表現(xiàn)為： 智能化程度高，處理能力強 。 需要對 LabVIEW 進行學習，然后 設計系統(tǒng)的前面板，對溫度傳感器進行選擇。虛擬儀器技術從本質上說是一個集成的軟硬 件概念，隨著產(chǎn)品的功能上不斷趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要耗費大量的時間， NI的虛擬儀器軟件平臺為所有的 I/O設備提供了標準的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，減少了任務的復雜性。虛擬儀器技術是在 PC 技術的基礎上發(fā)展起來的，所以完全繼承了以現(xiàn)成即用的 PC 技術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點，包括功能卓越的處理器和文件I/O，使用戶在數(shù)據(jù)高速導入磁盤的同時，就能實時進行復雜的分析。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 2 設計簡介 隨著大棚技術的普及，溫室大 棚數(shù)量不斷增多，溫室大棚的溫度控制成為一個難題。 研究 背景 我國人多，人均占有耕地面積少。 隨著計算機技術的發(fā)展， 20 世紀 80年代采取多因素綜合控制方法，這是利用計算機控制溫室環(huán)境因素的方法。 20 世紀 90年代，在多因子環(huán)境控制中，采用了模糊控制、多變量控制等先進技術 ，并采用這些先進技術開發(fā)環(huán)境自動控制的計算機軟件系統(tǒng)。采用溫室大棚可以很好地解決這個問題，并且可以讓土地得到充分的利用?，F(xiàn)在，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷提高，農(nóng)產(chǎn)品在大棚中培育的品種越來越多，對于數(shù)量較多的大棚，傳統(tǒng)的溫度控制措施就顯現(xiàn)出很大的局限性。得益于 NI 軟件的靈活性 ，只需更新計算機或測量硬件就能以最少的硬件投資和極少的甚至無需軟件上的升級即可改進用戶的整個系統(tǒng)，在利用最新科技的時候，用戶還可以把他們集成到現(xiàn)有的測量設備，最終以較少的成本加快產(chǎn)品上市時間。本系統(tǒng)有溫度傳感器， 數(shù)據(jù)采集卡 ，和計算機組成。這種靈活性在由供應商定義，功能固定 、 獨立的傳統(tǒng)儀器上是很難達到的。 復用性強，系統(tǒng)費用低應用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數(shù)字采樣器 ，可設計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。推薦選用 VXI 總線。專用接口是針對特定用途儀器需要的設計，也包括一些現(xiàn)場總線接口和各類傳感器接口。寄存器基器件的通信情況極像 VME 總線器件 ， 是在低層用二進制信息編制程序。 軟件的開發(fā)與設 計包括 3部分： VXI 總線接口軟件、儀器驅動軟件和應用軟件 （軟面板）。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 9 LABVIEW 簡介 LabVIEW 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（ NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和 BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是 LabVIEW 與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言 G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板。目前使用較多的是 IEEE488 或 GPIB 協(xié)議。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是 流程圖 或 框圖 。粗略地說這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化 的儀器。 虛擬儀器的起源可以追溯到 20世紀 70 年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防、航天等領域已經(jīng)有了相當?shù)陌l(fā)展。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。這些工具包幾乎覆蓋了用戶所需的所有功能，用戶在這些工具包的基礎上再開發(fā)程序就容易多了。在高等教育領域，有時如果使用 LabVIEW進行軟件模擬，就可以達到同樣的效果，使學生不致失去實踐的機會。 跨平臺：如果同一個程序需要運行于多個硬件設備之上，也可以優(yōu)先考慮使用 LabVIEW。 圖 測量系統(tǒng)結構框圖 硬件電路設計 （一） 硬件電路基本組成 系統(tǒng)硬件結構，虛擬儀器系統(tǒng)的硬件主要由個人計算機工作站和硬件接口模塊組成，其中計算機是主體，主要用來提供實施高校的數(shù)據(jù)處理性能，硬件接口模塊包括儀器和各種通用接口總線，主要用來采集，傳輸信號。 （ 2） 采樣通 道控制 為了滿足幾種典型系統(tǒng)通道控制的要求，使通道的數(shù)量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預置計數(shù)器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設計成最多 64 路、最少 2 路可以任意選擇，而且可以從任意一路開始采樣，也可以到任意一路結束采樣，只要截止通道號大于起始通道號就可以了。 硬件 組成 部分 硬件電路 由 溫度傳感器、 數(shù)據(jù)采集卡 和計算機組成。 (2)測溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測溫誤差 ℃ 。 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V 至 V 無需備用電源 。 因為每一個DS18B20 的包含一個獨特的序號，多個 ds18b20s 可以同時存在于一條總線。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）讀 ROM， 2 ） ROM 匹配， 3 ）搜索 ROM， 4 ）跳過 ROM， 5 ）報警檢查。寫 TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個記憶功能的指令完成。 DS18B20 工作原理 ； DS18B20 的讀寫時序和測溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉換時的延時時間由 2s 減為 750ms。 （ 2） 在 DS1820 的有關資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問題，容易使人誤認為可以掛任意多個 DS1820，在實際應用中并非如此。這一點在進行 DS1820 硬件連接和軟件設計時也要給予 一定的重視。 UDD 是可供選用的外部電源端，不用時接地， GND 為地， NC 空腳。 （ 5）、采用 DALLAS 公司獨特的“單線總線”專有技術，通過串行通信接口（ I/O）直接輸出被測溫度值（ 9— 12 位二進制數(shù)據(jù)，含符號位）。 DS18B20 的 初始化和讀溫度程序流程圖、啟動溫度轉換及讀溫度值流程圖如圖 、 ； 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 20 圖 DS18B20的初始化流程圖 延時 300us 后結束初始過程 返回 重啟或報錯 主機向 18B20發(fā)復位脈沖 主機釋放總線 總線變高？ 等待 18B20 存在信號 有響應？總線變低？ 檢測 18B20 的響應結束信號 （響應結束時，總線再次被拉高） 總線變高？ Y N Y Y N N 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測系統(tǒng) 21 圖 DS18B20的工作流程圖 初始化 DS18B20 發(fā)搜索 ROM 命令 存在一個 DS18B20？ 讀在線 DS18B20 序列號 開始 初始化 DS18B20 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉換命令 等待 2us i=1 初始化 DS18B20 發(fā)匹配