【正文】 溫度等溫度測量都是通過負溫度系數(shù)熱敏電阻實現(xiàn)的。由線圈兩端電動勢的變化可推算出電路中電流的變化，因此互感器可以用來測量電流的大小。設(shè)計電路如圖 4—5 所示，圖中信號經(jīng)電流互感器后變?yōu)榻涣麟娏餍⌒盘枴? AT89S52 與 ADC08038 的接口電路設(shè)計 由前面 ADC08038 的資料介紹可知，它是一塊 8 通道、 8 位精度的 AD 采集芯片， 低價的成本及方便的操作使其在控制及其它領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛，根據(jù)其特性結(jié)合自己課題的需要，設(shè)計電路 圖如下： 圖 4． 7 AT89S52 與 ADC08038 電路的接口圖 上圖中 AD 采集芯片與單片機之間通過 4 條線 3 個信號連接，分別為／ cs，CLK 和 DATA 信號。 48 3524 內(nèi)部模塊框圖 AT89S52 與振蕩電路的接口設(shè)計 根據(jù)以上對振蕩電路的理解，設(shè)計單片機和振蕩電路之間的接口電路如下： 圖 49 AT89S52 與振蕩電路的接口圖 從上圖中可以，依據(jù)二極管的單向通斷性，即單片機 I／ 0 端 I=1 輸出地點平“0” 時，該路信號導(dǎo)通 (開通 )，單片機 i／ o 端口輸出高電平 “l(fā)”時，該路信號截止(關(guān)斷 )。 1．二極管原理 ?20]?311 LED(Light Emiting Diode)是發(fā)光二極管的縮寫，它由 7 個發(fā)光二極管組成。在下一章中將會詳細介紹其時序圖及程序的編寫。 本章以整個系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計為主要核心，提出了詳細的硬件設(shè)計方案，只有在這個基礎(chǔ)上，才可以構(gòu)建友好的智能化的軟件平臺， 從而實現(xiàn)各種軟 件功能。對抽象算法做進一步求精，進入下一層抽象。 5）模塊接口應(yīng)保持簡明 降低模塊接口的復(fù)雜性，是模塊設(shè)計中必須考慮的問題。 ABAB CAF l a g = ?BAF l a g = ?B C( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 圖 3. 1 模塊結(jié)構(gòu)增加判斷層次 本設(shè)計的軟件系統(tǒng)模塊劃分 系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標(biāo)準，其中包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)實時顯示，數(shù)據(jù)保存，歷史數(shù) 據(jù)的讀取等功能。 函數(shù)選板 編程 定時 獲取日期 /時間（秒） 。 函數(shù)選板 編程 字符串 連接字符串 。 圖 3. 5 歷史數(shù)據(jù)查詢程序 函數(shù)選板 編程 文件 I/O讀取電子表格文件； 函數(shù)選板 編程 數(shù)組 索引數(shù)組； 報警模塊 當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)大于設(shè)置的上限或小于設(shè)置的下限的時候，就要報警，此時需要點亮報警燈，具體實現(xiàn)如下： 圖 3. 6 報警模塊 函數(shù)選板 編程 比較 大于？； 函數(shù)選板 編程 比較 小于？； 函數(shù)選板 編程 布爾 或； 參數(shù)設(shè)置模塊 數(shù)據(jù)采集前，需要對參數(shù)進行設(shè)置，主要包括串口選擇，波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗，停止位的設(shè)置，同時還需要設(shè)置液面的上下限。 初始化程序中的各參數(shù)，再次 Labview 軟件中編寫的程序，將自動 /手動按鈕按到手“自動”，系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)，直接觀察實時曲線，等待水位再次達到平衡，觀察曲線是否滿足實驗要求的性能，如果不滿足，找出并解決問題，然后重復(fù)進行第四步直到完成要求。運行歷史數(shù)據(jù)讀取程序即可將記 錄的數(shù)據(jù)讀取出來。該面板靈活運用采用了屬性節(jié)點來編程實現(xiàn)的。 參數(shù)設(shè)置（按鈕） 控件選板 I/OVISA 資源名稱 。 圖 3. 4 數(shù)據(jù)保存程序 歷史數(shù)據(jù)讀取程序 歷史數(shù)據(jù)查詢，因為已經(jīng)把采集的數(shù)據(jù)保存在 excel 里，所以歷史數(shù)據(jù)只需用讀取程序讀出來供計算時使用，每個數(shù)據(jù)的在時間上是唯一的。 函數(shù)選板 編程 數(shù)組 創(chuàng)建數(shù)組 。 開始采集（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。模塊的出口可以有多個，但均應(yīng)具有明確的邏輯含義。 3）模塊的作用范圍應(yīng)處在模塊的控制范圍之內(nèi) 模塊的作用范圍是指模塊內(nèi)判定影響的范圍。由于選用專用的開發(fā)軟件，必須具有一定的儀器以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備配合使用。電路設(shè)計如下： 圖 4 一 15 單片機與風(fēng)扇電路圖 圖 416 單片機與蜂嗚器電路圖 本系統(tǒng)中采用的風(fēng)扇型號為： AV925H12S，額定電壓為直流 12V，額定電流為 0． 22A。所謂共陰極則恰好相反。當(dāng)該鍵未按下時，KONOFF 為高電平；當(dāng)該鍵按下時， KONOFF 為低電平。 AT89S52 與振蕩電路的接口設(shè)計 振蕩電路的原理 振蕩是當(dāng)電路滿足振蕩條件時，輸出各種周期性波形的現(xiàn)象，例如輸出正弦波、方波、三角波和鋸齒波等。 圖 45 電流互感器及調(diào)理電路圖 被 測 量 大 電 流 信號交 流 小 信 號直 流 小 信 號無 噪 聲 直 流 小 信號A D 可 采 集 的 信 號電 流 互 感 器整 流濾 波取 樣送 入 A D 輸 入 端 圖 46 電流互感器及調(diào)理電路流程圖 上圖中選用的互感器的匝數(shù)比為 l： 500 的。 n表示原邊線圈的電流，即待測大電流信號。B 值分別為 3950／ 3990／ 4050，因此可以計算出上圖中分壓電阻和限流電阻阻值的大小。 NTC 熱敏電阻器在室溫下的變化范圍在 0． 5～ 20xx kfl，溫度系數(shù)變化范圍在～ 2％～一 6． 5％， B 值范圍 2500～ 4500。 7．蜂鳴器及其驅(qū)動電路模塊：用一個三極管驅(qū)動一個蜂鳴器來報警或提醒用戶。 控制系統(tǒng)的總體實現(xiàn) 控制系統(tǒng)的總體模塊劃分 根據(jù)各個模塊的功能分類，控制系統(tǒng)可分為熱敏電阻及調(diào)理電路模塊， AD采集模塊，振蕩電路模塊，鍵盤模塊，顯示及驅(qū)動模塊，指示燈模塊，蜂嗚器及驅(qū)動電路模塊和風(fēng)扇及驅(qū)動電路模塊。 5． VREFIN、 X39。 2． 8 通道可選擇的多路開關(guān)。 21． Pl， 5／ MOSI： ISP 的 “主出從入 ”。 13． P3． 1／ TXD：串行通信發(fā)送端。在訪問外部程序存儲器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P213輸出高 8 位地址。 Pl的輸出緩沖器可驅(qū)動 (吸收或輸出電流方式 )4 個 m輸入。當(dāng) EA 端保持高電平 (接 Vcc 端 )時， cpu 則 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的程序。 3． XTALl、 XTAL2：外接晶體引腳。 AD 采集芯片的選擇 AD 采集芯片的選擇所要考慮的因素包括：采集精度，采集通道數(shù)，是否內(nèi)部帶有多路開關(guān)，是否內(nèi)部有基準電源，使用是否方便，數(shù)據(jù)是串行還是并行等等。理論上設(shè)置采樣頻率為被采集信號最高頻率成分的 2倍就夠了，但實際上工程中選用 510 倍，有時為了較好地還原波形，甚至更高一些。 根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。它的倒數(shù) l/△ t被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù) /每秒。 第二章 系統(tǒng)設(shè)計理論及硬件平臺 數(shù)據(jù)采集理論 該部分主要包括數(shù)據(jù)采集技術(shù)概述，傳感器，輸入信號的分析、調(diào)理以及測量系統(tǒng)的選擇，下面分別予以說明。同時為實現(xiàn)虛擬儀器設(shè)計的靈活性提供了前提。 3）圖標(biāo) /連接設(shè)計：這部分的設(shè)計突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計的思想。 2）流程圖：流程圖提供 VI 的圖形化源程序。 目前，在以 PC 機為基礎(chǔ)的測試和工控軟件中， Labview 的市場普及率僅次于 C++/C 語言。除了通用程序開發(fā)語言以外，還有一些專用的虛擬儀器開發(fā)語言和軟件，其中有影響的開發(fā)軟件有： NI 公司的 Labview， LabWindows/CVI。這些以 PC 為核心、由測量功能軟件支持，具有虛擬控制面板、必要儀器硬件和通信能力的 PC 儀器或 VXI 儀器就是虛擬儀器。 PC 總線儀器系統(tǒng)是卡式儀器的一種，它是利用 PC 機內(nèi)部的總線，把若干塊儀器卡插在 PC 機內(nèi)部或外部擴展機箱內(nèi)而組成的。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進行自動測試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動。有一種較普遍地說法將測量儀器的發(fā)展分為五個階段，如圖 所示。一臺發(fā)動機檢測完后，就可打印出完整的檢測報告。它們多數(shù)屬于中低頻范 圍，主要是工程應(yīng)用類儀器設(shè)備。 Lab windows/CVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員準備的、在 windows 環(huán)境下的標(biāo)準 ANSI C 開發(fā)環(huán)境，除了上述優(yōu)秀的開發(fā)軟件之外，美國 HP 公司的HPVEE 和 HPTIG 平臺軟件，美國 Tektronix 公司的 EzTest 和 TekTNS 軟件，以及美國的 HEM Data 公司的 SnapMaster 平臺軟件，也是國際上公認的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺軟件。 不能排除人為發(fā)生錯誤的因素 , 如記錄時的誤讀和誤記等 [2]。特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用合適的方法對液位進行檢測與控制，能起到很好的生產(chǎn)效果。實踐證明虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解決方案，能夠高效的實現(xiàn)各種測控任務(wù)。 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準規(guī)范。據(jù)我所知， 除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文（設(shè)計）不包含其他個人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。保密的論文（設(shè)計）在解密后適用本規(guī)定。 本課題主要內(nèi)容是研制以 Lab VIEW 為主控制平臺，以單片機為控制的智能實時液位檢測處理系統(tǒng)。因此，為了保證生產(chǎn)的效益和產(chǎn)品質(zhì)量，必須要有合適的控制器自動調(diào)節(jié)儲液池內(nèi)液體的流量，從而使液位保持在正常水平。在這些控制中，最重要的參數(shù)是液位，因此有必要對液位控制進行自動的、 實時的監(jiān)控。 近年來，世界各國的虛擬儀器公司開發(fā)了不少虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，以便使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺軟件組建自己的虛擬儀器或測試 系統(tǒng)，并編制測試軟件。這種虛擬儀器模塊化主流平臺 PXI/Compact PCI 的傳輸速度已經(jīng)達到100Mb/s。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計思想，研制了“航空電臺二線綜合測試儀”將 8臺儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。隨著微型計算機的發(fā)展，虛擬儀器將會逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。七十年代初第一片微處理器問世，微型計算機技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進步。 1982年美國西北儀器公司總裁德 1997 年美國 NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo) 準 PXI 總線標(biāo)準。 虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命，代表著儀器發(fā)展的最新趨勢和新方向，并且是信息技術(shù)的重要領(lǐng)域擴充，對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)將產(chǎn)生不可估量的影響。 Labview 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。 基于 Labview 平臺的虛擬儀器程序設(shè)計 所有的 Labview 應(yīng)用程序，即虛擬儀器 (VI)，它包括前面板 (Front Panel)、流程圖 (Block Diagram)以及圖標(biāo) /連結(jié)器 (Icon/Connector)三部分。 ② 設(shè)計的思路和運行過程清晰而且直觀。同時也對于將來系統(tǒng)的維護提供了便利。 第二， 在 Lab VIEW 平臺下編制程序，實現(xiàn)對液位的實時監(jiān)測監(jiān)控。數(shù)據(jù)采集時，有一些基本原理要注意，還有更多的實際的問題要解決。 圖 2. 1 模擬信號采樣圖 如果對信號 x(t)采集 N 個采樣點，那么 x(t)就可以用下面這個數(shù)列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，?， x[N－ l]} 這個數(shù)列被稱為信號 x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。這種信號畸變叫做混疊。市場上的芯片種類繁多，功能特性各異，選擇芯片的原則是針對自己所設(shè)計系統(tǒng)的功能需求對芯片的價格，封裝，性能，型號等等因素做綜合考慮。因此， AT89S52 是一種功能強，靈活性高且價格合理的單片機，可方便地應(yīng)用于各種 控制領(lǐng)域。 6． PSEN ：程序存儲允許 (麗 )輸出信號是外部程序存儲器的讀選通信號。在Flash 編程時， PO 端口接收指令字節(jié)；而在驗證程序時，則輸出指令字節(jié)。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動 (吸收或輸出電流方式 )4ITTL 輸入。對端口寫高電平 “1” 時，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時可用作輸入口。 18． P1． 1／ T2EX：定時／計數(shù)器 2 的外部輸入。該芯片具有 8 路可選的通道，通過寫 DI 腳的數(shù)來決定是否開通哪個通道進行采集。 2． VCC：電源供電端。 7． CS：芯片使能端。此外還包括一些組合鍵。 NTC 熱敏電阻器由高純度過渡金屬錳 (Mn)、鈷 (Co)，鎳 (Ni)和銅 (Cu)等金屬氧化物經(jīng)共沉淀制粉、等靜壓成型后 1200～ 1400C 高溫?zé)Y(jié)而成的。下圖 4—4 是其中一個溫度測試的電路圖。被測回路相當(dāng)于變壓器的原邊，變換后的相當(dāng)于副邊，線圈匝數(shù)比為 1： N。該信號經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟娏餍盘?。其作用分別為：／ CS 為使能信號線， CLK 為時鐘信號線，DATA 為數(shù)據(jù)線。所以，通過給 P2 口輸出一個 8 位二進制數(shù)可以控制 8 路信號的開通與關(guān)斷，而這些信號通路的不同組合決定 TRT 值的大小的不同，進而調(diào)節(jié)振蕩電路的頻率。通過發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。