【正文】 中選擇 “調(diào)用時顯示前面板 ”和 “如之前未打開則在運行后關(guān)閉 ”。所謂硬件驅(qū)動程序就是應(yīng)用軟件驅(qū)動硬件正常工作的編程接口。所謂物理通道就是被測試的信號或生成的信號實際進(jìn)出計算機(jī)的路徑，例如， NI USB6009 上的模擬輸入通道 AI0～ AI5，模擬輸出通道 AO0、 AO1，數(shù)字 I/O 通道為 ～ ， ～ 。圖 47 所示是本設(shè)計所選擇的 VI。下面將分別予以介紹。窗函數(shù)主要用于對截斷處的不連續(xù)變化進(jìn)行平滑，減少泄露。 零點誤差會嚴(yán)重影響測量數(shù)據(jù)的真實性，必須采取措施消除或減小零點誤差的影響。標(biāo)度變換有線性和非線性之分。式中，設(shè) K =1，T =10s ,? =3s 。 圖 414 控制信號產(chǎn)生環(huán)節(jié) PID 產(chǎn)生的控制信號要通過 NI USB6009 的模擬輸出通道輸出去控制 PWM波產(chǎn)生電路。除了上述 4 種常見的文件格式，本文中還涉及到另外一種文件TDMS 文件。 圖 416 電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)存儲到文本文件 數(shù)據(jù)存入 TDMS 文件 在 LabVIEW 程序框圖的函數(shù) → 編程 → 文件 I/O→TDMS 流子模板中含有關(guān)于 TDMS 文件所有操作。 圖 418 停止存儲數(shù)據(jù)時彈出的 TDMS 文件查看器 文本文件查看方式 查看文本文件，是將已經(jīng)存儲在計算機(jī)中的歷史數(shù)據(jù)再次顯示出來。為了方便顯示，創(chuàng)建了多列列表框的 “項名 ”屬性節(jié)點。 LabVIEW 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。鑒于此， DataSocket 通信技術(shù)特別適用于開發(fā)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程程序監(jiān)控等應(yīng)用程序。 (1) 在前面板對象之間傳輸數(shù)據(jù) 利用 DataSocket 技術(shù)，進(jìn)行 前面板對象的鏈接，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，并且只需要進(jìn)行簡單的參數(shù)設(shè)置而不需要編程就可以實現(xiàn)。本設(shè)計利用DataSocket 函數(shù)編寫的通信程序，包括服務(wù)器端程序和客戶機(jī)端程序，在通信時，第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 33 用戶可以根據(jù)實際需要，設(shè)置本機(jī)為服務(wù)器端或客戶機(jī)端。 在 Web 上發(fā)布程序 在進(jìn)行 Web 發(fā)布之前，需要打開 Web 服務(wù)器進(jìn)行簡單的設(shè)置。 如圖 430 所示， 點擊 “保存至磁盤 ”會彈出文件存盤對 話框，記錄下 URL 地址，單擊確定完成 HTML 文件創(chuàng)建。之后，使用控件 →新式 → 修飾子選板對前面板對象進(jìn)行重新布局、潤色加工，使得前面板對象既第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 35 操作方便，又更加美觀，如圖 431 所示。設(shè)計了使 用控制信 號與標(biāo)準(zhǔn)的三角波信號通過電平比較器產(chǎn)生占空比可調(diào)的 PWM 波 的電路，三角波產(chǎn)生芯片選用 MAX038。 ，該系統(tǒng)難免有不足之處。 感謝所有給予我關(guān)心和支持的老師們和 。比如：在讀取存儲數(shù)據(jù)時，用戶可以選擇讀取文本文件或讀取 TDMS 文件；在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時，用戶可以選擇采用 DataSocket 通信技術(shù)，也可以進(jìn)行 Web 發(fā)布，其實在采用DataSocket 通信技術(shù)時，也提供了兩種方法供用戶選擇；等等。硬件電路的設(shè)計包括 傳感器的選型、 溫度測量電路的設(shè)計、 數(shù)據(jù)采集卡的選型、 PWM 波產(chǎn)生電路的設(shè)計、光耦及雙向可控硅的選型 、 交流過零觸發(fā) PWM 脈寬調(diào)功 電路設(shè)計 等 。當(dāng)客戶端需要重新 獲得 VI 的控制權(quán)時，在網(wǎng)頁的前面板圖像空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單選擇 “請求 VI 控制權(quán) ”就可以了。第二步，可以進(jìn)行 “網(wǎng)頁標(biāo)題 ”“頁眉 ”“頁腳 ”的設(shè)置，本設(shè)計未作改變。一般情況下，默認(rèn)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小就可以滿足需要 ,不需要重新設(shè)置。 圖 427 前面板控件鏈接屬性設(shè)置 (2) 在程序中使用 DataSocket 傳輸數(shù)據(jù) 利用上一種方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，特點明顯，即無需編程、簡單易用，但其缺點也不容忽視，比如，在客戶端就無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理。 DataSocket 的數(shù)據(jù)傳輸 在用戶使用 DataSocket 通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時，有兩種方法可供選擇：第一種是在前面板對象之間傳輸數(shù)據(jù)，第二種是在程序框圖中傳輸數(shù)據(jù)。雖然 TCP 通信協(xié)議提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制，且可以實現(xiàn)應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享，但大多數(shù)使用起來并不方便，開發(fā)效率不高，當(dāng)需要數(shù)據(jù)的實時傳輸時， TCP 通信協(xié)議就不能滿足。 圖 425 打印模塊程序框圖 如程序框圖所示，為了有選擇地打印，本程序采用了 三按鈕對話框節(jié)點，編寫了可供選擇的打印方式 “僅打印前面板 ”“打印前面板和文件 ”“取消打印 ”，如圖 426 所示。本設(shè)計編寫的相應(yīng)程序的前面板及程序框圖如圖 42 423 所示。 歷史數(shù)據(jù)查看模塊 對應(yīng)于 節(jié)的數(shù)據(jù)存儲文件，歷史數(shù)據(jù)查看有兩種方式，即查看文本文件和查看 TDMS 文件。 第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 25 選擇前面板的 、 文本框，可以指定電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)的存儲位置。 圖 415 控制信號輸出程序框圖 數(shù)據(jù)存儲模塊 LabVIEW 進(jìn)行數(shù)據(jù)存放一般使用下面 4 種格式的文件，分別是二進(jìn)制文件、數(shù)據(jù)記錄 Datalog 文件、波形數(shù)據(jù)文件和文本文件 [18]。本設(shè)計采用臨界比例度法，使用 Matlab 仿真，仿真結(jié)果如圖 413 所示。 控制信號的產(chǎn)生 電加熱爐是一個復(fù)雜的被控對象， 具有非線性、大滯后、時變性、升溫單向等特點。之后通過局部變量將最新的零點誤差傳遞給圖 412 中的變量。 圖 49 數(shù)據(jù)濾波的程序框圖 零點誤差又稱零輸入誤差，既無被測信號輸入時測試系統(tǒng)的響應(yīng)。信號的有限化也稱為加窗處理。 圖 48 數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖 采集數(shù)據(jù)的處理 采集到的溫度數(shù)據(jù)一般要經(jīng)過處理再將數(shù)據(jù)送去顯示、存儲、打印等他操作。 (4) 調(diào)用 DAQmx 。采集數(shù)據(jù)只有模擬量溫度信號，故為單通道數(shù)據(jù)采集。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集硬件、硬件驅(qū)動程序和由數(shù)據(jù)采集函數(shù)編制的軟件幾個部分組成 [14]。 圖 42 登錄系統(tǒng)程序框圖 圖 43 用戶名或登錄密碼錯誤時的提示對話框 主程序以子程序的形式嵌入到登錄系統(tǒng)中。登錄系統(tǒng)前面板及程序框圖如圖 4 42 所示。此后，只要 PWM 波一直是高電平時，雙向可控硅就一直導(dǎo)通，使得負(fù)載上通過的是完整的正弦波。雙向可控硅過零調(diào)功既具有較好的控制精度，又不存在可控硅移相調(diào)壓方式具有的一切缺點，它 是在交流電過零時觸發(fā)雙向可控硅的導(dǎo)通，使得流過負(fù)載的電壓電流是完整的正弦波，不存在波形畸變。 三角波周期計算公式為 /in ff I C? (33) 其中， /in in inI U R? (34) inU 為基準(zhǔn)電源電壓，其值為 。 連接差分電壓信號時 ，輸入信號的正負(fù)極分別接入采集卡的 “AI+” “AI”通道，它能夠 抑制接地回路感應(yīng)誤差，消除共模干擾，是一種比較理想的輸入模式。框圖中的相關(guān)采樣參數(shù)包括以下幾個：采樣通道，即需要由多路開關(guān)進(jìn)行掃描的通道；采樣次數(shù)，即多路開關(guān)對通道進(jìn)行掃描的次數(shù)；采樣頻率，即單位時間內(nèi)多路開關(guān)對通道進(jìn)行一次掃描的次數(shù)；數(shù)據(jù)緩存大小，確定數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)緩存可以存儲多 少掃描得來的數(shù)據(jù)。常用的溫度測量電路主要有兩種：一種是橋式測溫電路，可分為兩線制、三線制、四線制橋式測溫電路；另一種是恒流 源式測溫電路。鉑電阻的阻值與溫度的關(guān)系是一個典型的非 線性電 加 熱 爐 傳 感 器 采 集 卡 計 算 機(jī)LabVIEW 光耦 雙向可控硅 PWM波產(chǎn)生電路 第三章 系統(tǒng)總體方案及硬件電路設(shè)計 8 函數(shù)，一般工業(yè)用的鉑電阻可以用式 3 32 表示 [10]。 第三章 系統(tǒng)總體方案及硬件電路設(shè)計 7 第三章 系統(tǒng)總體方案及硬件電路設(shè)計 系統(tǒng)總體方案 基于虛擬儀器的 加熱爐溫控系統(tǒng)設(shè)計方案結(jié)構(gòu)框圖如 31 所示。 LabVIEW 的結(jié)構(gòu) 利用 LabVIEW軟件開發(fā)的虛擬儀器，包括前面板和程序框圖兩個主要部分。 (5) 經(jīng)濟(jì)性好，易于組建成更為復(fù)雜的測試系統(tǒng) 虛擬儀器是基于軟件體系結(jié)構(gòu)的，傳統(tǒng)儀器是基于硬件體系結(jié)構(gòu)的，用虛擬儀器代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器，可以節(jié)約大量的購買和維護(hù)成本。 (2)與傳統(tǒng)儀器通過硬件來實現(xiàn)測控功能不同，虛擬儀器通過軟件編程，來實現(xiàn)與實物一樣的測控功能。隨著當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對測量儀器不斷提出新的要求，虛擬儀器更能適應(yīng)這種要求，它推動著傳統(tǒng)儀器朝著虛擬化、模塊化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。 目前在這一領(lǐng)域內(nèi) ，使用較為廣泛或者說首選的虛擬儀器開發(fā)軟件是美國NI 公司的 LabVIEW。其發(fā)展大致可分為如下三個階段 [3]。目前，儀器技術(shù)發(fā)展的一個重要方向是將儀器與計算機(jī)緊密結(jié)合。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展 ，將單片機(jī)與計算機(jī)相結(jié)合，以單片機(jī)作為下位機(jī)，以計算機(jī)作為上位機(jī)，已成為設(shè)計者普遍采用方法。低溫爐的工作溫度在 650℃ 以下，中溫爐的第一章 緒論 2 工作溫度為 650～ 1000℃ ，高溫爐的工作溫度 1000℃ 以上。本課題采用 NI 公司的虛擬儀器開發(fā)軟件，開發(fā)設(shè)計 出一款低溫加熱爐溫控系統(tǒng)。由于這類對象使用方便，可以通過調(diào)節(jié)輸出功率來控制溫度，進(jìn)而得到較好的控制性能，故在冶金、機(jī)械、化工等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。中 文 摘 要 I 摘 要 本論文要做的課題是基于虛擬儀器的加熱爐溫控系統(tǒng)設(shè)計，要求加熱爐溫度穩(wěn)定在 80℃ ，允許有 177。 1℃ . This paper adopted , a software to develop the virtual instrument of NI pany in America,developed a set of temperature control system of lowpower electric heating. The system design are showed as follows: the temperature sensors send the signal of temperature change to the data acquisition card by transmitter, then the signal will be convert to digital signal and be send to the virtual instrument by the data acquisition card , and then the virtual instrument will output control signal after be processed by PID algorithm, and the control signal will be convert to analog signal by the data acquisition card and output to control PWM waves produce circuit to change the duty cycle of PWM waves, then the PWM waves will control the bidirectional thyristor through opticalcoupler MOC3041 to change the voltage in resistance so that the temperature will be changed. This paper designed the hardware circuit in accordance with the above design scheme, followed by the design of the system software. After a simple experiment, the system can acquire and display the datas normally. Key words: virtual instrument, LabVIEW, temperature control system,zerocrossing power adjustment,PWM 目 錄 III 目 錄 摘 要 ................................................................................................. I ABSTRACT (英文摘要 ) ......................................................................... Ⅱ 目 錄 ................................................................................................. Ⅲ 第一章 緒論 ...............................