【正文】 ，關(guān)閉電源，拆掉連線，整理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 函數(shù)選板 編程 文件 I/O文件常量 當(dāng)前 VI 路徑 。 圖 3. 2 基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng)功能模塊圖 系統(tǒng)各模塊應(yīng)用程序 系統(tǒng)前面板 數(shù)據(jù)采集與顯示程序 在這部分中，主要的模擬數(shù)據(jù)的采集以及實(shí)時(shí)顯示，具體程序見圖 。 2）根據(jù)邏輯功能劃分物理模塊 ① 模塊的分解：消除重復(fù)的功能部分，使得模塊的塊內(nèi)聯(lián)系較高，塊間聯(lián)系較低。 為了提醒用戶，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化，課題中加入蜂鳴器用于溫度報(bào)警和故障報(bào)警等功能。振蕩電路輸出的頻率就可以進(jìn)行下一步驅(qū)動(dòng) IGBT 開通的控制，從而控制整個(gè)系統(tǒng)的輸出頻率。再經(jīng) C7 濾波， R83， R85 采樣被送入 AD 輸入端進(jìn)行采樣。 圖 44 熱敏電阻調(diào)理電路圖 依據(jù)以上溫度跟阻值之間的關(guān)系，本系統(tǒng)采用的熱敏電阻的型號(hào)為 SJMF395／ 399／ 405—104。 5．顯示模塊：顯示模塊通過 3 個(gè)發(fā)光數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)，可以顯示功率，時(shí)間，溫度和故障代碼等等。 3． AGND、 DGND：模擬地和數(shù)字地。 19． P3． 6／ WR：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通。對(duì)端口寫高電平 “1” 時(shí)，通過內(nèi)部的上拉電阻把端口拉到高電平，這時(shí)可用作輸入口。當(dāng)AT89s52 由外部程序存儲(chǔ)器取指令 (或常數(shù) )時(shí)，每個(gè)機(jī)器周期 PSEN 兩次有效 (即輸出 2 個(gè) 脈沖 )。 單片機(jī)的選擇 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部存儲(chǔ)器要求不高，對(duì)中斷源、 I／ O 口等各方面的要求也不高， 對(duì)其它性能也沒有什么特別的要求，所以選擇最普通的單片機(jī)即可。這個(gè)數(shù)列中僅僅用 下標(biāo)變量編制索引，而不含有任何關(guān)于采樣率 (或△ t)的信息。 （ 1） 現(xiàn)場(chǎng)信息采集及控制：在 Lab VIEW 下編制串口程序，接受下位機(jī)傳輸給 PC 機(jī)的數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的檢測(cè)控制。如通過使用數(shù)據(jù)探針、高亮執(zhí)行調(diào)試等多種方法，程序以較慢的速度運(yùn)行，使沒有執(zhí)行的代碼顯示灰色，執(zhí)行后的代碼會(huì)高亮顯示，同時(shí)在線顯示數(shù)據(jù)流線上的數(shù)據(jù)值，完全跟蹤數(shù)據(jù)流的運(yùn)行。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用 TCP/PI、 ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)，是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。制定 PXI 規(guī)范的目的是為了將 PC 的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)和 PCI 總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展結(jié)合起來，以期形成一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量?jī)x器也不斷進(jìn)步和 發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。清華大學(xué)利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠檢驗(yàn)。最早和最具有影響力的開發(fā)軟件，是 NI 公司的 LABVIEW 軟件和Lab windows/CVI 開發(fā)軟件。 這些不同背景的實(shí)際問題我們都可以把他們簡(jiǎn)化為某種水箱的液位控制和處理問題。 作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 日期： 注 意 事 項(xiàng) （論文）的內(nèi)容包括： 1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（ 300 字左右）、關(guān)鍵詞 4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論 7）參考文獻(xiàn) 8）致謝 9）附錄（對(duì)論文支持必要時(shí)） ：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于 1 萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于 萬字。 ：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。在工業(yè)控制過程中，液位是一個(gè)很重要的參數(shù)。 LABVIEW 采用圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開發(fā)軟件。主要檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的功率特性、負(fù)荷特性等。智能儀器是將微機(jī)置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)操作等智能特點(diǎn)，并在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用能力及解決測(cè)量技術(shù)問題的深度和廣度等方面都有明顯的進(jìn)步。相對(duì) VXI 儀器，按 PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)制成的 PXI 儀器具有成本低、便于組成便攜式測(cè)試系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn) [2]。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都更加形象化。這為程序的調(diào)試和參數(shù)的設(shè)定帶來諸多的方便。 （ 2） 上位機(jī)檢測(cè)控制畫面設(shè)計(jì)：直觀形象的顯示液位高度數(shù)值，使用戶能夠?qū)崟r(shí)觀測(cè)液位數(shù)據(jù)，并能夠?qū)σ何粩?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示。所以如果只知道該信號(hào)的采樣值，并不能知道它的采樣率，缺少了時(shí)間尺度，也不可能知道信號(hào)x(t)的頻率?？紤]到 AT89S52 可以在線編程，且價(jià)格等各方面都滿足我們的設(shè)計(jì)需求，所以單片機(jī)就選擇了 Atmel公司的 AT89S52。 7． EA／ Vpp：外部訪問允許端。P2 作輸入口使用時(shí)，因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻，那些被外部信號(hào)拉低的引腳會(huì)輸出一個(gè)電流 (IIL)。 20． P3． 7／ RD：外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通。 4． COM：公共輸入端。 6．指示燈模塊：用于顯示各種情況，如是否有故障，開關(guān)狀態(tài)，定時(shí)狀態(tài)， 溫度／頻率狀態(tài)等等。 R(25C)為 100Kf2，即溫度為 25C 時(shí)的電阻值為 100K． O．。流程圖如 4—6所示。 AT89S52 與鍵盤、數(shù)碼管顯示的接口設(shè)計(jì) 鍵盤電路的原理及其設(shè)計(jì) 本課題中的鍵盤的電路圖如下圖所示，圖 qbKONOFF 端接單片機(jī)的 I／ ON，采用單片機(jī)查詢的方法采集鍵值，用來監(jiān)控按鍵是否按下。 風(fēng)扇和蜂鳴器都是屬于小型負(fù)載，為了提高驅(qū)動(dòng)電流來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，必須使用三極管來驅(qū)動(dòng)。 ② 模塊的合并； ③ 模塊的復(fù)制。 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示模板 :控件選板 新式 列表、表格、樹 表格 。 函數(shù)選板 編程 文件 I/O寫入電子表格文件 。 Labview 提供了非常豐富的圖形界面來進(jìn)行前面板的設(shè)計(jì)，波形圖表能非常 清晰的實(shí)時(shí)顯示采集的液位波形。最后將滿足要求的曲線保存。 函數(shù)選板 編程 文件 I/O創(chuàng)建路徑 。具體結(jié)構(gòu)見圖 基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng)功能模塊圖。在求精過程的 每一步，抽象概念 (語句或數(shù)據(jù) )都被精細(xì)化。 圖 4． 13 4094 引腳圖 風(fēng)扇和蜂鳴器控制模塊的設(shè)計(jì) 為了控制系統(tǒng)的溫度，使全橋整流器、 IGBT、單片機(jī)和 AD 芯片等核心器件免受因溫度過高而燒毀的嚴(yán)重后果，本課題中利用風(fēng)扇來降低系統(tǒng)的溫度，從而實(shí)現(xiàn)溫度的精確控制。所以，通過給 P2 口輸出一個(gè) 8 位二進(jìn)制數(shù)可以控制 8 路信號(hào)的開通與關(guān)斷，而這些信號(hào)通路的不同組合決定 TRT 值的大小的不同，進(jìn)而調(diào)節(jié)振蕩電路的頻率。該信號(hào)經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟娏餍盘?hào)。下圖 4—4 是其中一個(gè)溫度測(cè)試的電路圖。此外還包括一些組合鍵。 2． VCC：電源供電端。 18． P1． 1／ T2EX：定時(shí)／計(jì)數(shù)器 2 的外部輸入。 P2 的輸出緩沖器可驅(qū)動(dòng) (吸收或輸出電流方式 )4ITTL 輸入。 6． PSEN ：程序存儲(chǔ)允許 (麗 )輸出信號(hào)是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào)。市場(chǎng)上的芯片種類繁多，功能特性各異，選擇芯片的原則是針對(duì)自己所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的功能需求對(duì)芯片的價(jià)格，封裝，性能，型號(hào)等等因素做綜合考慮。 圖 2. 1 模擬信號(hào)采樣圖 如果對(duì)信號(hào) x(t)采集 N 個(gè)采樣點(diǎn)，那么 x(t)就可以用下面這個(gè)數(shù)列表示： X={x[0]， x[l]， x[2]， x[3]，?， x[N－ l]} 這個(gè)數(shù)列被稱為信號(hào) x(t)的數(shù)字化顯示或者采樣顯示。 第二， 在 Lab VIEW 平臺(tái)下編制程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。 ② 設(shè)計(jì)的思路和運(yùn)行過程清晰而且直觀。 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。 1997 年美國 NI 公司推出了一種新的儀器總線標(biāo) 準(zhǔn) PXI 總線標(biāo)準(zhǔn)。七十年代初第一片微處理器問世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量?jī)x器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。四川聯(lián)合大學(xué)的教師基于虛擬儀器的設(shè)計(jì)思想，研制了“航空電臺(tái)二線綜合測(cè)試儀”將 8臺(tái)儀器集成于一體，組成虛擬儀器系統(tǒng)，使用方便、靈活。 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(tái)軟件，以便使用者利用這些公司提供的開發(fā)平臺(tái)軟件組建自己的虛擬儀器或測(cè)試 系統(tǒng)，并編制測(cè)試軟件。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(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)液池內(nèi)液體的流量，從而使液位保持在正常水平。保密的論文（設(shè)計(jì)）在解密后適用本規(guī)定。 、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(cuò)別字，不準(zhǔn)請(qǐng)他人代寫 2）工程設(shè)計(jì)類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計(jì)算機(jī)繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用合適的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)與控制，能起到很好的生產(chǎn)效果。 Lab windows/CVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員準(zhǔn)備的、在 windows 環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn) 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(tái)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(tái)軟件，也是國際上公認(rèn)的優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件。一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)完后，就可打印出完整的檢測(cè)報(bào)告。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動(dòng)。這些以 PC 為核心、由測(cè)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。 目前，在以 PC 機(jī)為基礎(chǔ)的測(cè)試和工控軟件中， Labview 的市場(chǎng)普及率僅次于 C++/C 語言。 3）圖標(biāo) /連接設(shè)計(jì)：這部分的設(shè)計(jì)突出體現(xiàn)了虛擬儀器模塊化程序設(shè)計(jì)的思想。 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論及硬件平臺(tái) 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(hào)的分析、調(diào)理以及測(cè)量系統(tǒng)的選擇，下面分別予以說明。 根據(jù)采樣定理，最低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。 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(zhǔn)電源，使用是否方便，數(shù)據(jù)是串行還是并行等等。當(dāng) EA 端保持高電平 (接 Vcc 端 )時(shí)， cpu 則 執(zhí)行內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中的程序。在訪問外部程序存儲(chǔ)器和 16 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)， P213輸出高 8 位地址。 21． Pl， 5／ MOSI： ISP 的 “主出從入 ”。 5． VREFIN、 X39。 7．蜂鳴器及其驅(qū)動(dòng)電路模塊：用一個(gè)三極管驅(qū)動(dòng)一個(gè)蜂鳴器來報(bào)警或提醒用戶。B 值分別為 3950／ 3990／ 4050，因此可以計(jì)算出上圖中分壓電阻和限流電阻阻值的大小。 圖 45 電流互感器及調(diào)理電路圖 被 測(cè) 量 大 電 流 信號(hào)交 流 小 信 號(hào)直 流 小 信 號(hào)無 噪 聲 直 流 小 信號(hào)A D 可 采 集 的 信 號(hào)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。當(dāng)該鍵未按下時(shí)，KONOFF 為高電平；當(dāng)該鍵按下時(shí)， KONOFF 為低電平。電路設(shè)計(jì)如下： 圖 4 一 15 單片機(jī)與風(fēng)扇電路圖 圖 416 單片機(jī)與蜂嗚器電路圖 本系統(tǒng)中采用的風(fēng)扇型號(hào)為： AV925H12S，額定電壓為直流 12V，額定電流為 0． 22A。 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。 開始采集（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。 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?yàn)橐呀?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(jì)算時(shí)使用，每個(gè)數(shù)據(jù)的在時(shí)間上是唯一的。該面板靈活運(yùn)用采用了屬性節(jié)點(diǎn)來編程實(shí)現(xiàn)的。 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(dòng) /手動(dòng)按鈕按到手“自動(dòng)”，系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)，直接觀察實(shí)時(shí)曲線，等待水位再次達(dá)到平衡，觀察曲線是否滿足實(shí)驗(yàn)要求的性能，如果不滿足，找出并解決問題，然后重復(fù)進(jìn)行第四步直到完成要求。 函數(shù)選板 編程 字符串 連接字符串 。 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(jì)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(zhǔn)，其中包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，數(shù)據(jù)保存，歷史數(shù) 據(jù)的讀取等功能。對(duì)抽象算法做進(jìn)一步求精，進(jìn)入下一層抽象。在下一章中將會(huì)詳細(xì)介紹其時(shí)序圖及程序的編寫。 48 3524 內(nèi)部模塊框圖 AT89S52 與振蕩電路的接口設(shè)計(jì) 根據(jù)以上對(duì)振蕩電路的理解，設(shè)計(jì)單片機(jī)和振蕩電路之間的接口電路如下： 圖 49 AT89S5