【正文】 4. 9 溫度控制后面板 ： 圖 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 31 這兩個(gè)控制按鈕也是在屏幕上進(jìn)行顯示的。如果傳感器損壞，在前面板上將不會(huì)顯示溫度。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 34 總 結(jié) 在本設(shè)計(jì)中，讓我學(xué)會(huì)了自主學(xué)習(xí)的重要性。通過計(jì)算機(jī)控制空調(diào)的開、關(guān)、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(xué)習(xí)到了理論上的基本知識(shí)，也增加了系統(tǒng)思考問題的經(jīng)驗(yàn)，遇到問題如何系統(tǒng)思考，分解問題，模塊思考，逐步細(xì)化問題，也培養(yǎng)了我積極思考問題，主動(dòng)研究問題，查找資料的習(xí)慣，對(duì)我來說受益匪淺，希望以此繼續(xù)提高獨(dú)立思考問題，解決問題的技巧和能力 。 論文 是 關(guān)于溫度檢測(cè) 方面的 ，眾所周知， 溫度是工業(yè)常見的物理量， 對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)。就像備用傳感器一樣。如出現(xiàn)故障，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)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(cè)系統(tǒng) 30 圖 圖 軟件 溫度控制 模塊 在溫度控制中可以對(duì)溫度進(jìn)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(cè)系統(tǒng) 29 圖 這里提到了三個(gè)傳感器的溫度。 While 循環(huán)也是虛擬儀器語(yǔ)言最基本的結(jié)構(gòu)之一。在此節(jié)點(diǎn)中，輸入相應(yīng)的字符串，就能在前面板上顯示出當(dāng)前的時(shí)間。在實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件中，它的數(shù)據(jù)只不過是代表一條波形上的幾個(gè)點(diǎn)。 圖 溫室大棚的溫度測(cè)控系統(tǒng)前面板 這是整個(gè)前面板，可以直關(guān)的反映出我們的實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度，并顯示上限和下限溫度設(shè)定。可以模擬傳統(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(shí)現(xiàn) 器控制以及數(shù)據(jù)輸入與結(jié)果顯示。調(diào)用時(shí)，在框圖程序窗口打開 FunctionPalette（功能模板），在 Advanced 模塊包含有對(duì)庫(kù)函數(shù)的調(diào)模塊，即CallLibraryFunction。用戶軟件必須有友好的界面、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力以及提供給用戶進(jìn)行再基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 25 開發(fā)的接口。 Windows98 提供了多種 USB 設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，但還沒有 一種專門針對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所以必須針對(duì)特定的設(shè)備編制驅(qū)動(dòng)程序。 、 0～ 10V、 0～ 5V (6)硬件增益： 1～ 1000 倍 (7)12 位 DA精度， 100KS/s 轉(zhuǎn)換頻率 (8)4路模擬量輸出，上電自動(dòng)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(diǎn)組 網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn) 多點(diǎn)溫度 。當(dāng)電源電壓的極性反接時(shí)，能保護(hù) DS18B20 不會(huì)因發(fā)熱而燒毀。它在測(cè)溫精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間、傳輸距離、分辨率等方面較 DS1820 有了很大的改進(jìn)，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(hào)波形產(chǎn)生畸變?cè)斐傻?。?jì)數(shù)器 1 對(duì) 低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行減法 計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值減到 0時(shí)，溫度寄存器的值將加 1，計(jì)數(shù)器 1的預(yù)置將重新被裝入，計(jì)數(shù)器 1重 新開始對(duì)低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，如此循環(huán)直到計(jì)數(shù)器 2 計(jì)數(shù)到 0時(shí)，停止溫度寄存器值的累加，此時(shí)溫度寄存器中的數(shù)值即 為所測(cè)溫度。光刻 ROM 的作用是使每一個(gè) DS18B20 都各不相同，這樣就可以實(shí)現(xiàn)一根總線上掛接多個(gè) DS18B20 的目的。溫度報(bào)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(hào)線高的時(shí)候，內(nèi)部電容器 儲(chǔ)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(gè)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(zhuǎn)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(bào)警設(shè)置 應(yīng)用范圍包括恒溫控制，工業(yè)系統(tǒng)，消費(fèi)電子產(chǎn)品溫度計(jì)，或任何熱敏感系統(tǒng) 描述該 DS18B20 的數(shù)字溫度計(jì)提供 9 至 12 位（可編程設(shè)備溫度讀數(shù) )。 (3)汽車空調(diào)、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(cè)溫，高爐水循環(huán)測(cè)溫，鍋爐測(cè)溫，機(jī)房測(cè)溫，農(nóng)業(yè)大棚測(cè)溫，潔凈室測(cè)溫，彈藥庫(kù)測(cè)溫等各種非極限溫度場(chǎng)合。 （ 5） 采樣方式控制 總結(jié)各種自動(dòng)測(cè)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(cè)地點(diǎn)，然后再進(jìn)行測(cè)溫。除了應(yīng)用于玩具， LabVIEW 還有專門用于中小學(xué)生教學(xué)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(cè)試測(cè)量領(lǐng)域獲得了廣基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 11 泛的承認(rèn)。 普通的 PC 有一些不可避免的弱點(diǎn)。 虛擬儀器 實(shí)際上是一個(gè)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(gè)功能強(qiáng)大且靈活 的軟件。 可充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的儀器。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)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(diǎn)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(yīng)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(jìn)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(chǔ)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(cè)量完后還可打印、顯示所 需的報(bào)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(diǎn) 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(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為： 智能化程度高，處理能力強(qiáng) 。 需要對(duì) LabVIEW 進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后 設(shè)計(jì)系統(tǒng)的前面板，對(duì)溫度傳感器進(jìn)行選擇。虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個(gè)集成的軟硬 件概念，隨著產(chǎn)品的功能上不斷趨于復(fù)雜，工程師們通常需要集成多個(gè)測(cè)量設(shè)備來滿足完整的測(cè)試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費(fèi)大量的時(shí)間， NI的虛擬儀器軟件平臺(tái)為所有的 I/O設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)的接口，幫助用戶輕松地將多個(gè)測(cè)量設(shè)備集成到單個(gè)系統(tǒng)，減少了任務(wù)的復(fù)雜性。虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全繼承了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，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(dǎo)入磁盤的同時(shí)，就能實(shí)時(shí)進(jìn)行復(fù)雜的分析。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 2 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 隨著大棚技術(shù)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(gè)難題。 研究 背景 我國(guó)人多，人均占有耕地面積少。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展， 20 世紀(jì) 80年代采取多因素綜合控制方法，這是利用計(jì)算機(jī)控制溫室環(huán)境因素的方法。 20 世紀(jì) 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(jìn)技術(shù) ，并采用這些先進(jìn)技術(shù)開發(fā)環(huán)境自動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。采用溫室大棚可以很好地解決這個(gè)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(duì)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(jì)算機(jī)或測(cè)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(jí)即可改進(jìn)用戶的整個(gè)系統(tǒng)，在利用最新科技的時(shí)候，用戶還可以把他們集成到現(xiàn)有的測(cè)量設(shè)備，最終以較少的成本加快產(chǎn)品上市時(shí)間。本系統(tǒng)有溫度傳感器， 數(shù)據(jù)采集卡 ，和計(jì)算機(jī)組成。這種靈活性在由供應(yīng)商定義，功能固定 、 獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器上是很難達(dá)到的。 復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器 ，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。推薦選用 VXI 總線。專用接口是針對(duì)特定用途儀器需要的設(shè)計(jì)，也包括一些現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)制信息編制程序。 軟件的開發(fā)與設(shè) 計(jì)包括 3部分： VXI 總線接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用軟件 （軟面板）。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 9 LABVIEW 簡(jiǎn)介 LabVIEW 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)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(jì)算機(jī)語(yǔ)言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語(yǔ)言都是采用基于文本的語(yǔ)言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語(yǔ)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(yǔ)言編程時(shí)，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(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)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(jì) 70 年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。每一種儀器是一個(gè)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(jì)算機(jī)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(chǔ)上再開發(fā)程序就容易多了。在高等教育領(lǐng)域，有時(shí)如果使用 LabVIEW進(jìn)行軟件模擬，就可以達(dá)到同樣的效果，使學(xué)生不致失去實(shí)踐的機(jī)會(huì)。 跨平臺(tái)：如果同一個(gè)程序需要運(yùn)行于多個(gè)硬件設(shè)備之上，也可以優(yōu)先考慮使用 LabVIEW。 圖 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 硬件電路設(shè)計(jì) （一） 硬件電路基本組成 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，虛擬儀器系統(tǒng)的硬件主要由個(gè)人計(jì)算機(jī)工作站和硬件接口模塊組成，其中計(jì)算機(jī)是主體，主要用來提供實(shí)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(hào)。 （ 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(yù)置計(jì)數(shù)器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設(shè)計(jì)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(jié)束采樣，只要截止通道號(hào)大于起始通道號(hào)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(jì)算機(jī)組成。 (2)測(cè)溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測(cè)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?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) ds18b20s 可以同時(shí)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(bào)警檢查。寫 TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。 DS18B20 工作原理 ； DS18B20 的讀寫時(shí)序和測(cè)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(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 （ 2） 在 DS1820 的有關(guān)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(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予 一定的重視。 UDD 是可供選用的外部電源端，不用時(shí)接地， GND 為地， NC 空腳。 （ 5）、采用 DALLAS 公司獨(dú)特的“單線總線”專有技術(shù)，通過串行通信接口（ I/O）直接輸出被測(cè)溫度值（ 9— 12 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，含符號(hào)位）。 DS18B20 的 初始化和讀溫度程序流程圖、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換及讀溫度值流程圖如圖 、 ； 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 20 圖 DS18B20的初始化流程圖 延時(shí) 300us 后結(jié)束初始過程 返回 重啟或報(bào)錯(cuò) 主機(jī)向 18B20發(fā)復(fù)位脈沖 主機(jī)釋放總線 總線變高？ 等待 18B20 存在信號(hào) 有響應(yīng)？總線變低？ 檢測(cè) 18B20 的響應(yīng)結(jié)束信號(hào) （響應(yīng)結(jié)束時(shí)，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(cè)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(gè) DS18B20？ 讀在線 DS18B20 序列號(hào) 開始 初始化 DS18B20 發(fā)跳過 ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 等待 2us i=1 初始化 DS18B20 發(fā)匹配