【正文】 2 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 )。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? 調(diào)理電路的設(shè)計 本課題中的爐盤溫度、負載溫度、散熱板溫度 (IGBT)和空氣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。 4．鍵盤模塊：鍵盤模塊是對整個系統(tǒng)進行操作的重要模塊，包括 “開／關(guān) ”， “加操作 ”， “減操作 ”， “定時 ”，和 “溫度／功率顯示 ”。其引腳功能描述如下： 1． CH0～ CH7： 8 個模擬信號輸入端。 17． P3． 5／ T1：定時／計數(shù)器 1 的外部輸入。 10． P2 端口 (P2． O～ P2． 7)： P2 口是一個帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 T／ 0 端口。在對 Flash 存儲器編程期間，該引腳還用于輸入編程脈沖。在這里只以單片機和 AD 采集芯片的選擇為例進行說明。采樣間隔是△ t，注意，采樣點在時域上是離散的。 （ 3） 與總線系統(tǒng)的接口設(shè)計調(diào)試。這種設(shè)計思想的優(yōu)點體現(xiàn)在兩方面： ① 類似流程圖的設(shè)計思想，很容易被工程人員接受和掌握，特別是那些沒有很多程序設(shè)計經(jīng)驗的工程人員。 圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺 —— Labview Labview(Laboratory Visual Instrument Engineering)是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。 1987年，美國的惠普和泰克等 5 家公司在 VME 總線的基礎(chǔ)上，聯(lián)合提出了一種新型總線系統(tǒng) VXI(VME eXtension For Instrumentation)總線，即由微機總線 VME 擴展而成的微機化儀器專用總線。這時電子控制集成電路和計算機技術(shù)開始融為一體成為測量儀器的主要特征。其中，華中理工大學(xué)機械學(xué)院工程 測試實驗室將其開發(fā)成果在網(wǎng)上公開展示。美國的斯福坦大學(xué)的機械工程系要求三、四年級的學(xué)生在實驗時應(yīng)用虛擬儀器進行數(shù)據(jù)采集和實驗控制。水量過多會導(dǎo)致不必要的浪費，水量過少達不到標準而無法滿足要求，在很多情況下，即使是很小的測量相對誤差也會造成較大的經(jīng)濟損失。學(xué)?？梢怨颊撐模ㄔO(shè)計）的全部或部分內(nèi)容。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 3）其它 摘 要 虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)在計算機系統(tǒng)和儀器系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。 測控技術(shù)與儀器實驗室有 5 套液位控制實驗裝置，但這些控制裝置目前都是用傳統(tǒng)模擬儀表進行控制。 當今虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)采用的總線包括傳統(tǒng)的 RS232 串行總線、 GPIB 通用接口總線、 VXI 總線，以及已經(jīng)被 PC 機廣泛采用的 USB 串行總線和 IEEE1394總線（即 Fire wire，也叫做火線）。此外，國內(nèi)已有幾家企業(yè)在研制 PC 虛擬儀器，哈工大儀器王電子有限責(zé)任公司就是其中之一，它的產(chǎn)品已達到一定的批量。隨著電子技術(shù)、微計算機技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的實際需求。 Labview 具有一系列無與倫 比的優(yōu)點：首先， Labview 作為圖形化語言編程，采用流程圖式的編程，運用的設(shè)備圖標與科學(xué)家、工程師們習(xí)慣的大部分圖標基本一致，這使得編程過程和思維過程非常相似；同時， Labview 提供了豐富的 VI庫和儀器面板素材庫，近 600 種設(shè)備的驅(qū)動程序 (可擴充 )如 GPIB設(shè)備控制、 VXI 總線控制、串行口設(shè)備控制、以及數(shù)據(jù)分析、顯示和存儲；并且Labview 還提供了專門用于程序開發(fā)的工具箱，使得用戶能夠設(shè)置斷點，調(diào)試過程中可以使用數(shù)據(jù)探針和動態(tài)執(zhí)行程序來觀察數(shù)據(jù)的傳輸過程，更加便于程序的調(diào)試。在設(shè)計大型自動檢測系統(tǒng)時一步完成一個復(fù) 雜系統(tǒng)的設(shè)計是相當有難度的。 數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論 在計算機廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發(fā)生畸變的最大頻率叫做恩奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。本設(shè)計系統(tǒng)中，需要采集的通道數(shù)不超過 8 路，精度要求不是很高，這兩個條件 ADC08038 芯片完全合適，而且該芯片內(nèi)部集成了多路開關(guān)，所以我們選擇了 ADC08038 作為本系統(tǒng)的 AD 采集芯片。在 Flash 存儲器編程期間，該引腳也用于施加 12V 的編程允許電源 Vpp(如果選用 12V 編程 )。在訪問 8 位地址的外部數(shù)據(jù)存儲器時， P2 口引腳上的電平在整個訪問周期中不改變。 22． P1． 6／ MIS0： ISP 的 “主入從出 ”。REFO39。 8．風(fēng)扇及其驅(qū)動電路模塊：本模塊是控制溫度的主要手 段，當散熱板溫度，空氣溫度等超過規(guī)定值時開啟風(fēng)扇，用于降低溫度以及對溫度的精確控制，防止因溫度過高而損壞器件。 本課題中有 3 個熱敏電阻電路，分別用來測試散熱板溫度，爐盤溫度和空氣溫度。所以按照電流的比例可以算 R83 上的電流及電壓，將此電壓經(jīng)過限流電阻 R85 接入 AD 采集端即可。這樣單片機就可以完成按鍵的監(jiān)控。根據(jù)單片機 I／ 0H輸出高低電平時的電流，可以推算出三極管的放大倍數(shù)， 從而合理選擇三極管的型號，及電阻的大小。只要某模塊中含有依賴于某種 判定操作，則該模塊就處于該判定的作用范圍之內(nèi)。 圖 3. 3 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)實時顯示程序 上限 控件選板 新式 數(shù)值 數(shù)值顯示控件 。具體程序見圖。非常清楚的表達了采集波形的動態(tài)曲線。 設(shè)備運行前進行檢查，確定連線正確及設(shè)備保護措施具備，運行Labview 軟件中編寫的程序。 函數(shù)選板 編程 定時 格式化日期 /時間字符串 。 圖 ，增加了一個中間判斷層模塊 F，以一個開關(guān)量 Flag 決定模塊 A要調(diào)用的模塊，這樣對 A的修改，僅局限于 Flag 的設(shè)置，大大較少了工作量。 1）自頂向下逐步求精的設(shè)計方法 軟件設(shè)計往往在開始時不了解問題的全部細節(jié)，只能對問題做出全局性的決策，即設(shè)計表征解決問題一般策略的抽象算法。在圖 413 中， 4094 的 OUTPUT ENABLE 為使能端，STROBE 為開關(guān)端， DATA 為數(shù)據(jù)端， CLOCK 為時鐘信號， Ol08 為并行輸出端， Qs 和 Qs?為串行輸出端， VDD 為電源端， VSS 為地端。如圖 48 所示，它通過設(shè)置 RT 端的電阻值和 CT端的電容值產(chǎn)生特定頻率的鋸齒波，該鋸齒波通過電壓比較器電路即可轉(zhuǎn)換為矩形波。 調(diào)理電路的設(shè)計 基于以上對電流互感器的原理及其應(yīng)用的理解。下面分別介紹： 電阻值 R(kQ)： 電阻值可以近似地用如下公式表達： ?????? ???????? ???? 1212 11 TTBE X PRR 公式 (43) 其中： Rl、 R2 為絕對溫度下 Tl、 T2 時的電阻值 (kΩ ) B 為 B 值 (K) 絕對溫度和攝氏溫度的換算關(guān)系如下： T 絕對溫度 (K)=T 攝氏溫度 (℃ )+273 B 值： B（ K） B 值反映了兩個溫度之間的電阻變化，可用下述公式計算： 21212121 /1/1 ??????? 公式 (43) 其中： R R2 絕對溫度 T T2 時的電阻值 耗散系數(shù) 6(mW／ ℃ )： 耗散系數(shù)是指熱敏電阻消耗的功率與環(huán)境溫度變化之比： 020 TTRITT W ????? 公式 (43) 其中： W 熱敏電阻消耗的功率 T 熱平衡時的溫度 Tb 周圍環(huán)境溫度 I 在溫度 T 時通過熱敏電阻電流 R 在溫度 T 時熱敏電阻的電阻值 時間常數(shù) T(second)： 時間常數(shù)是熱敏電阻在零功率狀態(tài)下，當環(huán)境溫度由一個特定溫度向另一個特定溫度突變時， 溫度變化 63． 2％所需時間。 3．振蕩電路模塊：本模塊在單片機的控制下可以輸出特定頻率的矩形波信號，該信號可以對 IGBT 的開通和關(guān)斷進行控制，也就是可以對系統(tǒng)的功率進行控制。 ADC08038 的引腳圖如圖 4—2 所示。 16． P3． 4／ T0：定時／計數(shù)器 O 的外部輸入。在對 Flash 編程和程序驗證時， Pl口接收低 8 位地址。 5． ALE：當訪問外部存儲器時， ALE(地址鎖存允許信號 )的輸出用于鎖存地址的低位字節(jié)。 核心芯片的選擇及簡介 核心芯片的選擇 本控制系統(tǒng)中的核心芯片包括單片機、 AD 采集芯片、振蕩芯片和驅(qū)動芯片等。這樣信號 x(t)可以用一組分散的采樣值來表示： {x(0)， x(△ t)， x(2△ t)， x(3△ t)，?， x(k△ t)，? } 圖 顯示了一個模擬信號和它采樣后的采樣值。 （ 2） 軟件開發(fā)：硬件電路的相關(guān)程序，給定實際液位高度和廣電脈沖信號的算法關(guān)系等。 如果將 VI與傳統(tǒng)儀器相比較，那么前面板上的控件對應(yīng)的就是傳統(tǒng)儀器上的按鈕、顯示屏等控件，而流程圖上的連線端子相當于傳統(tǒng)儀 器箱內(nèi)的硬件電路。除此以外還有 HP 公司的HPVEE ， HPTIG 開發(fā)平臺，美國 Tektronix 公司的 EzTest ， TekTNS 平臺軟件，這些都是國際上公認的優(yōu)秀的虛擬儀器開發(fā)軟件平臺 [11]。在這種情況下，用戶自然會提出標準化的要求。從二十 世紀初到五十年 代左右，測量儀器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時測量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，出現(xiàn)了以記錄儀和示波器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展將數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測量儀器。近一、兩年來這些學(xué)校 在原有的基礎(chǔ)上，又開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學(xué)和科研。 在美國虛擬儀器系統(tǒng)及其圖形編程語言，已作為各大學(xué)理工科學(xué)生的一門必修課程。比如，在飲品生產(chǎn)、食品加工、化工生產(chǎn)、污水凈化等各個領(lǐng)域，都會使用蓄液池，而對于蓄液池內(nèi)液體的高度控制要求也越來越精準。有權(quán)將論文（設(shè)計）用于非贏利目的的少量復(fù)制并允許論文（設(shè)計）進入學(xué)校圖書館被查閱。它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數(shù)字化，智能化，模塊化，網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。為了在這些實驗裝置上進行開展研究性實驗，必須先將這些實驗裝置改造為由計算機進行液位檢測和控制。世界各國的公司，特別是美國 NI 公司，為使虛擬儀器能夠適應(yīng)上述各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件以及適應(yīng)要求的硬件（插件），可以靈活的組建不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動檢測系統(tǒng)。其主要產(chǎn)品有數(shù)字存儲示波器系列、任意波形發(fā)生器及頻率計系列、多通道大容量波 形 — 記錄系列。 但是在數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨立使用、手動操作的模式，難以勝任更復(fù)雜、多任務(wù)的測量需求。隨著虛擬儀器軟件開發(fā)平臺及硬件的發(fā)展， 基于虛擬儀器的儀器系統(tǒng)的開發(fā)周期更短，費用更低，測量速度、準確度及可復(fù)用性提高，且更便于相應(yīng)儀器系統(tǒng)的維護和擴展 [3]。因此， Labview 受到越 來越多工程師、科學(xué)家的普遍青睞。而在 Labview 中提供的圖標 /連接工具正是為實現(xiàn)模塊化設(shè)計而準備的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和恩奎斯特頻率之間畸變。 實踐證明，我們對以上芯片的采用完全能夠達到系統(tǒng)設(shè)計的要求，說明選擇是合理的，下面對這兩個芯片做詳細的說明。 8． P0 端口 (P0． O～ P0． 7)： P0 口是～個 8 位漏極開路型雙向 I／ o 端口。 11． P3 端口 (P3。 23． P1． 7／ SCK： ISP 的同步脈沖。O39。 控制系統(tǒng)各模塊的具體實現(xiàn) 熱敏電阻簡介及調(diào)理電路的設(shè)計 熱敏電阻簡介 熱敏電阻就是阻值根據(jù)溫度的變化而變化的電阻。其原理一致，設(shè)計思路類似，此處就不一一列出。本課題中使用了兩個互感器，一個高頻互感器，一個低頻互感器。 圖 4． 10 鍵盤電路圖 本課題中使用了 5個獨立鍵和一個組合鍵，這里只提供一個開關(guān)鍵的電路圖， 其它鍵的設(shè)計圖與這基本一致，不再另行說明。蜂鳴器的計算類似，也是根據(jù)型號及參數(shù)推算。 4）依據(jù)邏輯功能確定模塊之間的調(diào)用關(guān)系 模塊之間的調(diào)用與被調(diào)用，決定于模塊各自的邏輯功能，因而對模塊的扇入扇出并無加以限制的必要。 下限 控件選板 新式 數(shù)值 數(shù)值顯示控件 。 控件選板 新式 圖形 波形圖 。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果如圖 4. 2 所示，由圖可知，系統(tǒng)很好的實現(xiàn)了控制功能，經(jīng)過一段時間的波動，也為最終穩(wěn)定在100mm 處，閥門開度最終穩(wěn)定在 23%處。 圖 4.