【正文】 圖 LabVIEW為中心的控制 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 第四章 基于虛擬儀器溫濕度 監(jiān)控系統(tǒng) 的 方案設計 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn) ,有很多的方法 ,各有優(yōu)缺點 ,例如基于單片機實現(xiàn)的實驗室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) ,它 以單片機為核心 ,用 LED數(shù)碼管顯示 溫濕 度值 ,根據(jù)不同的 溫 濕度要求 ,通過硬件設定不同的調(diào)節(jié)終態(tài) ,從而將實驗空間的 溫 濕度調(diào)節(jié)到設定值 ?但它需要利用 C語言進行大量的編程 ,這無疑是一個復雜 ?繁瑣的工作 ? 本 次設計是利用虛擬儀器技術(shù)設計 了一個 適用于農(nóng)業(yè)溫室的 溫濕度測控系統(tǒng) ,使用LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡相互配合采集溫濕度信號并輸出控制信號 ?由于 LabVIEW本身的圖形化編程平臺 ,使得 本系統(tǒng) 的設計較為簡單 ,實現(xiàn)的結(jié)果 更形象 ?直觀 ,操作也 方便 ,并且還可以較容易地實現(xiàn)功能 增減 ? 基于虛擬儀器溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) 溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了監(jiān)測某個地方的溫度和濕度 ,并采取相應的措施 ,以保證該地方的溫度和濕度向人們所期望的方向變化 ?本系統(tǒng)適用范圍較廣 ,如圖書館貴重書籍的保護 。 模擬輸入 AI:范圍 10~10V 輸入圖形 :Input configuration=res(單端輸入 ) 采樣率 :rate=1000HZ 采樣點 :samples to read=100 由于實驗室條件限制 ,只利用模擬信號調(diào)試 ? 首先通過登陸口登陸 ,進入實時采集部分 ,系統(tǒng)開始采集數(shù)據(jù)后 ,可以在系統(tǒng)前面板設置溫濕度的上下限 (也可以在系統(tǒng)運行前 ,進行設置 )?按照上面的步驟 ,進行溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的調(diào)試 ,最終的調(diào)試結(jié)果如圖 : 圖 運行結(jié)果 總 結(jié) 本次設計用 PCI—6221 數(shù)據(jù)采集卡 ?PC 機及其 I/O 接口 ?熱電偶等連接硬件電路 ,利用 LabVIEW 軟件實現(xiàn)對溫濕度的監(jiān)控 ,實現(xiàn)了該系統(tǒng)預計的功能 ,數(shù)據(jù)的實時采集 ?存儲?溫濕度越限的聲光報警及報警歷史記錄及清除等 ? 經(jīng)過幾個月的學習與實驗 ,本 文設計的監(jiān)控 系統(tǒng)基本實現(xiàn)了預期設計的 所有 功能 ,但結(jié)合當前的技術(shù)分析 ,本 監(jiān)測系統(tǒng)還可以進一步 完善 ?如可以對采集到的信號進行噪聲過濾 ,還可以對采集到的信號進行 PID運算處理 ,輸出信號到執(zhí)行器 ,控制執(zhí)行器動作 ,再利用反饋原理 ,進一步調(diào)節(jié)執(zhí)行器的動作 ,以達到系統(tǒng)全自動運轉(zhuǎn)的 目的 ?完善后的系統(tǒng)的使用范圍將大大擴展 ,如使用在農(nóng)業(yè)上 ,溫室應用該系統(tǒng)后 ,就可以實現(xiàn)自動灌溉 ?加熱等功能 ,不但大大減少人們的勞動量 ,也避免了人為因素 (疲勞 ?興奮等 )導致的監(jiān)測不精確 ,這樣在一定程度上可以增加了農(nóng)作物的產(chǎn)量 ? 參考文獻 .測控電路 [M].天津大學 .機械工業(yè)出版社 ,2020 ,孫洪程編著 .過程控制系統(tǒng)及工程 [M].化學工業(yè)出版社 ,2020 .虛擬儀器實用編程技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 .虛擬儀器技術(shù)分析與設計 [M].電子工業(yè)出版社 ,2020 .虛擬儀器技術(shù)分析與應用 [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 ,謝宣松等編著 .虛擬儀器原理及應用 [M].科學出版社 ,2020 湛編著 .虛擬儀器與 labview7 程序設計 [M].北京航空航天大學出版社 ,2020 .控制儀表及裝置 [M].化學工業(yè)出版社 ,2020 .傳感器與檢測技術(shù) [M].電子工業(yè)出版社 .溫濕度控制系統(tǒng)設計 [J].無錫廣播電視大學 ,2020, .圖書保管的溫濕度控制 [J].青島建工學院 ,2020 新 ?張曉森 .溫濕度控制系統(tǒng) [J].蘭州大學 ,2020 ?何敏 ?何昭輝 .基于多變量模糊控制的智能溫濕度控制儀的實現(xiàn) [J].湖南大學電氣與信息工程學院 ,2020 .制藥車間溫濕度智能控制系統(tǒng)的設計與研究 [D].中南大學碩士論文 ,2020 .現(xiàn)代新潮傳感器應用手冊 [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 .傳感器與檢測技術(shù) [M].中國林業(yè)出版社 ,2020 .現(xiàn)代檢測技術(shù) [M].機械工業(yè)出版社 ,2020 附錄 A 系統(tǒng)前面板 附錄 B 程序總圖 致謝 在本 次 設計完成之時 ,我要衷心的感謝我的指導 教師左鴻飛老師 ,在整個設計過程中 ,左老師傾注了大量的心血 ,給予了我悉心的指導 ,對我的設計提供了許多寶貴的意見和建議 ,讓 我學會了 做事要從實際出發(fā) ?左 老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度 ,和藹可親的教學方式以及 談話式 的答疑方式 ,都給了我深刻的啟發(fā)和鼓勵 ? 在此 ,向左老師表示最誠摯的感謝 ! 此外 ,我還要向所有幫助過我的老師和同學表示由衷的感謝 !在他們的幫助下 ,我的設計才能如期完成 ? 。使實時監(jiān)控系統(tǒng)具有更高的性能 。測量方式為接觸式還是非接觸式 。輸出量被稱為指示器(Indicators),模擬了儀器的輸出裝置 ,并顯示由方框圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù) ?控件和顯示是以各種圖標形式出現(xiàn)在前面板上 ,如旋鈕 ?開關 ?按鈕 ?圖表 ?圖形等 ,這使得前面板直觀易懂? LabVIEW 中有兩種類型的數(shù)據(jù)端口 ,其中一類是 控制端口和指示端口 。 data acquisition。溫濕度傳感器 ?；?GSM(即 Global System for Mobile Communications 的縮寫 ,中文為全球移動通訊系統(tǒng) )遠程分布式溫濕度監(jiān)控系統(tǒng) ? 本文提出了一種基于虛擬儀器的 ?針對農(nóng)業(yè)溫室溫濕度的溫 濕度監(jiān)控系統(tǒng) ,即利用LabVIEW 實現(xiàn)對農(nóng)業(yè)溫室的溫濕度監(jiān)控 ,該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行簡單處理 ,存儲和顯示 ,以及越限報警等功能 ? 具體的 ,當采集到的溫濕度 ,高于或者低于設置的 (適合農(nóng)作物生長的 )溫濕度時 ,系統(tǒng)報警 ,操作人員可以通過通風 ?灌溉等相應的措施調(diào)節(jié) ,達到保持最適農(nóng)作物生長溫濕度的目的 ? 與其它兩種方法比較 ,基于虛擬儀器的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)更具優(yōu)勢 ,由于有 NI 公司生產(chǎn)的配套產(chǎn)品 —— DAQ 數(shù)據(jù)采集卡 (本次設計采用的采集卡是 PCI6221)的配合使用 ,使整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單 ,功能更強大 ? 關鍵詞 :虛擬儀器 。 temperature and humidity sensors。反過來 ,也是因為 LabVIEW 的成功 ,才使得虛擬儀器在學術(shù)界和工程界被廣泛接受 ? 作為一種軟件工具語言 ,具有以下這些特點 : ?LabVIEW 采用專為工程師和科學家而設計的直觀的圖形化編程語言 ?它盡可能利用了技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語 ?圖標和概念 ?在測試系統(tǒng)的開發(fā)過程中設計人員基本上不寫程序代碼 ,取而代之的是圖形化符號 ?因此 ,可以方便迅速的建立自己的虛擬儀器系統(tǒng) ? ?LabVIEW 提供了用于輸入 /輸出 ?控制 ?分析和數(shù)據(jù)顯示的數(shù)百個內(nèi)置函數(shù) ?這些函數(shù)可以直接調(diào)用 ,從而可以大大提高工作效率 ? ?可通過設置斷點 ?單步運行 ?高亮執(zhí)行及設置探針等程序調(diào)試手段來檢查程序設計中的錯誤 ? ?用戶在使用 LabVIEW 的時候 ,可以調(diào)用其他軟件開發(fā)編譯模塊 ? ?LabVIEW 提供了 Windows?UNIX?Linux?Macintosh 等多種版本 ,并且在不同平臺上開發(fā)應用程序時 ,可直接進行移植 ? Inter 功能 ?支持常用網(wǎng)絡協(xié)議 ,易于構(gòu)建基于計算機網(wǎng)絡的測試系統(tǒng) ? LabVIEW 程序構(gòu)成與模塊簡介 LabVIEW 的核心是 VI(G 語言編寫的程序 )?該 環(huán)節(jié) 包含三個部分 :程序前面板 (Front Panel)?程序框圖 (Block Diagram)和圖標 /連接端口 (Icon/Connector)?程序前面板 用于 設置輸入數(shù)值和觀察輸出量 ,用于模擬真實儀表的前面板 ?在程序前面板上 ,輸入量被稱為控件 (Controls),模擬了儀器的輸入裝置 ,并把數(shù)據(jù)提供給 VI 的方框圖 。被測量位置對傳感器體積的要求 。通過數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序 ,將數(shù)字信號讀入計算機 ,計算機對信號進行處理 ,以達到預期的目的 ?其中 , 模塊是連接硬件電路與計算機的核心模塊 ,可以將硬件電路的信號采集到 計算機 ? 基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集程序框圖 ,如圖 : 圖 數(shù)據(jù)采集 及儲存 首先利用 DAQ Assistant將信號從硬件采集到軟件程序中 ,然后由示波器在前面板顯示出信號的變化曲線 ,同時利用信號拆分模塊將送進來的信號拆分 ,以便對溫濕度不同的信號做不同的處理 ,從而 實現(xiàn) 對溫濕度雙通道的數(shù)據(jù)采集 ,數(shù)據(jù)自動存儲 ?顯示以及 越限報警 ? 圖 數(shù)據(jù)存儲 數(shù)據(jù)自動存儲模塊如圖 ?數(shù)據(jù)存儲的功能是利用數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)的 ,首先需要在運行該系統(tǒng)的環(huán)境中建立一個 ,然后運行系統(tǒng) ,在該文件夾下會自動生成一個 .xls文件 ,DAQmx采集到的所有數(shù)據(jù)及其對應的采集時間都存放在該文件中 ?如果想要查看某段時間的溫濕度情況 ,可以在 date文件夾中找到對應的時間段 ,對應的 .xls文件 ,單擊 ,便在 Microsoft Excel下打開 ?本采集系統(tǒng)與同類的 存儲系統(tǒng)相比 ,自動生成保存文件是它的優(yōu)點 ,這樣既可以節(jié)省用戶的時間 ,也 減少了系統(tǒng)繁瑣的操作步驟及一些不必要的麻煩 ? 基于虛擬儀器的控制 系統(tǒng) 虛擬儀器與 LabVIEW 在控制中的應用 虛擬儀器所具有的諸多特點使其早已突破測試領域的范圍 ,在控制領域也得到越來越廣泛的使用 ?隨著計算機技術(shù)的快速發(fā)展 ,自動控制系統(tǒng)中的控制器功能越來越多的通 過計算機來實現(xiàn) ,這就組成了典型的計算機控制系統(tǒng) ?計算機控制系統(tǒng)的控制過程可歸納為以下三個步驟 : :對被控量的瞬時值進行檢測 ,并輸入給計算機 ? :對采集到的表征被控參數(shù)的狀態(tài)量進行分析 ,決定下一步的控制過程 ? :根據(jù)決策 ,適時地對執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出控制信號 ,完成控制任務 ? 如果把虛擬儀器的思想及軟硬件模塊應用到計算機控制系統(tǒng)中 ,即構(gòu)成了基于虛擬儀器的控制系統(tǒng) ?對于上面的每一個步驟 ,虛擬儀器都可以出色的完成 ? 虛擬儀器技術(shù)經(jīng)過近二十年的發(fā)展 ,已經(jīng)發(fā)布了一系列總線和軟硬件規(guī)范 ,形成了較為完善的體系 ,目前全世界有上百家廠商提供上千種虛擬儀器的模塊化產(chǎn)品 ?以該領域內(nèi)最具代表性的 NI 公司為例 ,該公司的產(chǎn)品包括 :各種數(shù)據(jù)采集卡 ?信號調(diào)理模塊 ?機器視覺模塊 ?運動控制模塊 ?基于 PXI 總線的實時測量及控制模塊 ?工業(yè)控制及分 布式 I/O 模塊 ,以及測量及自動化軟件平臺和相關的工具包 ?可以看出 ,有不少產(chǎn)品就是專門針對控制應用的 ?使用這些軟硬件模塊 ,可以快速的組建滿足各種需求的測控系統(tǒng) ?NI 公司的虛擬儀器開發(fā)平臺 LabVIEW提供了一個直觀的軟件開發(fā)環(huán)境 ,它被設計成可以幫助開發(fā)可伸縮的 ?網(wǎng)絡化的 ?包含任意測量 ?分析及算法開發(fā)和 I/O 的控制系統(tǒng) ,從簡單的到復雜的應用 ?軟件產(chǎn)品的 LabVIEW 平臺 ,包括 LabVIEW?LabVIEW 數(shù)據(jù)記錄和監(jiān)控模塊 ?LabVIEW 實時模塊 ,為復雜的監(jiān)測 ?數(shù)據(jù)記錄 ?監(jiān)控 ?PID 控制 ?邏輯控制 ?單點分析 ?控 制模型工具 ?機器視覺等提供強大的工具 ?這個集成化軟件平臺使開發(fā)者能快速建立控制系統(tǒng) ,并且當系統(tǒng)需求改變時可以很容易的進行修改 ?用這個緊密集成的軟件框架開發(fā)一個控制系統(tǒng)有很多的好處 ,包括 :用一種為測量和控制應用優(yōu)化的直觀的開發(fā)方式 ,可以大大提高了整個開發(fā) ?部署應用 ?維護 ?修改過程的生產(chǎn)率 。當不需要某類記錄 (溫度或者濕度 )的時候 ,點擊該記錄對應的清除按鈕 ,程序?qū)?zhí)行該按鈕所在的程序框中的程序 ,將所對應的歷史清零 ? 圖 報警 記 錄 前面板 圖 清除 報警清除前面板如圖 ,與之相對應的程序框圖如圖 ? 系統(tǒng)程序總圖 基于虛擬儀器的溫濕度控制可以看作是登錄模塊 ?采集模塊 ?數(shù)據(jù)存儲模塊 ?報警歷史重現(xiàn)模塊 ?報警歷史清除模塊的有機結(jié)合 ?也就是說 ,該系統(tǒng)可以實現(xiàn)這些模塊所能實現(xiàn)的所有功能 ,必將這些功能組合在了一起 ?在熟悉前幾章的準備工作后 ,就可以著手設計該系統(tǒng) ?首先 ,先將登陸口模塊放在順序循環(huán)結(jié)構(gòu)中 ,同時利用選項卡功能使登陸口功能和實現(xiàn)采集相互轉(zhuǎn)換 ,然后就是核心程序 ,利用 DAQ實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集 ,將數(shù)據(jù) 自動儲存到 模塊 ,再利用 實現(xiàn)報警歷史的清除 ?最后實現(xiàn)全部功能的程序框圖如圖 ? 圖 總程序圖 該系統(tǒng)