水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計課程設計(編輯修改稿)
2025-04-04 12:34 本頁面
【文章內容簡介】 水的兩部分。 如圖 2注水、排水控制電路所示，M為繼電器。 水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計 作者：岳耀波 第 5頁 共 27頁 第三章 LabVIEW 控制程序的設計 前面板介紹 在設計的介紹中我們已經明確了水塔水位檢測控制系統(tǒng)的基本要求，程序的設計就是完成這些功能。首先，我們設計出滿足基本功能的前面板，如圖 3 LabVIEW控制系統(tǒng)前面板所示。 第一部分功能為水塔液位的檢測，在前面板上給出一直觀清晰的顯示，既能 通過具體讀數(shù)顯示，又給人以形象展示，如圖 3左側部分。 第二部分為功能顯示燈部分，這一部分只是讓我們能更清楚的知道系統(tǒng)現(xiàn)在 的工作狀態(tài)，分為注水、排水指示燈部分和水位上下限報警部分。當水位超過 90 或低于 10的時候，可能導致系統(tǒng)無法正常工作，分別給予上限報警或下限報警， 用高亮的紅色顯示報警。控制系統(tǒng)的功能在實現(xiàn)的時候，電機和響應電磁閥工作，我們需要給出一個指示，注水和排水電機分別高亮綠色顯示。 第三部分是控制部分，為主要部分。系統(tǒng)的三個工作功能選項，精確水位控 制、區(qū)間水位控制、手動控制。這三個功能是并行的，只能選擇其中一種工作狀 態(tài)，一種工作狀態(tài)起作 用，另外兩種就不起作用。工作時，相應指示燈高亮。 水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計 作者：岳耀波 第 6頁 共 27頁 程序框圖原理 根據(jù)前面板的設計，程序框圖出現(xiàn)相應的控件，將各種控件按照一定的邏輯關系連接在一起即可完成整體控制系統(tǒng)的設計。整體分為信號采集部分、工作狀態(tài)顯示部分、程序邏輯部分以及信號輸出部分。 信號采集部分 通過 DAQ助手，選擇采集模擬量，選用的 National Instruments公司的USB6251采集卡，選用 a01通道，信號便可采集到電腦。模擬信號轉變?yōu)閿?shù)字信號，首先動態(tài)數(shù)據(jù)轉換為數(shù)組，再經 過索引數(shù)組即可變成我們程序可處理的數(shù)字量，這個量就是傳感器輸出的電壓。電壓與液面高度是有一定關系的，這跟傳感器的類型有一定的關系的。我們選用的是 STK633液位變送器，其輸出電壓為 1— 5V，測量范圍是 1— 100cm,先進行標定，測得數(shù)據(jù)如表 1液位變送器電壓 —— 水位表所示。 水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計 作者：岳耀波 第 7頁 共 27頁 經 MATLAB計算得到水位 H(cm)于電壓 U（ V）的關系。顯示控件直接顯示，其值也作為后續(xù)步驟的輸入值。 工作狀態(tài)顯示部分 本程序系統(tǒng)有多個工作狀態(tài)，電機的工作狀態(tài)我們也要實時了解，如果水位 偏離了水塔工 作的正常范圍，還必須作出報警，這里根據(jù)硬件設置低于 10cm時下限報警，高于 90cm時上限報警。當選擇了相應的工作狀態(tài)之后，相應的工作指示燈高亮。給出電機信號的同時，把電機工作狀態(tài)告訴操作者。這些功能的實現(xiàn)都是靠布爾顯示控件來實現(xiàn)的。可以在前面板中右鍵設置不同工作狀態(tài)的顏色等屬性。 程序邏輯部分 控制部分是程序的靈魂部分，它的邏輯關系這里詳細講解。程序框圖如 圖 5LabVIEW 制程序框圖所示。 圖 5LabVIEW 制程序框圖 水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計 作者：岳耀波 第 8頁 共 27頁 首先在控制方式選擇里設置一個下拉列表，供用戶選擇控制方式，我們這里給不同的方式賦值，便于程序的編寫。如圖 6 控制方式選擇所示。 圖 6 控制方式選擇 接下來程序就要判斷用戶選擇了那種控制方式，如果判斷出用戶選擇了一種 控制方式，輸入控件就得到了相應的賦值，程序就以這個值執(zhí)行下去。 下面逐個分析每種控制方式的控制原理： 精確水位控制：用戶輸入想要精確控制的水位，與傳感器得到的水位的信號 做比較，如果輸入的值大于目前水位，輸出一個布爾信號 TRUE 來控制 后面的電壓輸出部分，進而控制注水電機的轉動；否則給出 FALSE，注水電機不動。如果輸入的值小于目前的水位，則給出另一個布爾信號 TRUE 控制排水電機的工作，否則給出 FALSE 不執(zhí)行操作。如果恰好是這個水位，也不做響應。如圖 7 精確水位控制所示。 圖 7 精確水位控制 水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計 作者：岳耀波 第 9頁 共 27頁 區(qū)間水位控制：用戶輸入允許的最高水位和最低水位，系統(tǒng)檢驗設定值與實 際水位的關系，如果實際水位超出設定最高水位，則給出給出一個布爾信號 TRUE 來控制后面的電壓輸出部分，進而控制排水電機的轉動，否則給出 FALSE。如果實際水位小于給出的 最低水位，則給出另一個布爾信號 TRUE 控制注水電機的工作，否則給出 FALSE 不執(zhí)行操作。如果水位在用戶輸入的允許范圍內，則不做響應。如圖 8 區(qū)間水位控制所示。 圖 8 區(qū)間水位控制 手動水位控制：這個功能允許用戶通過程序控制一個開關來控制電機的注水 和排水。此功能最為簡單，控制原理與上述兩種控制方式相同，通過判斷開關的 狀態(tài)給出響應的布爾量。如圖 9 手動水位控制所示。 圖 9 手動水位控制 上述三種控制方式都是通過布爾量來控制如何給出信號的，三種工作方式， 只 要有任何一部分給出信號即可給出信號，因此可將上述三種方式的布爾結果進 水塔液位檢測及控制系統(tǒng)設計 作者：岳耀波 第 10頁 共 27頁 行一個或運算然后給出一個總布爾量，即只要有一種工作方式讓電機工作，電機就會工作，這就是程序的核心部分了。 信號輸出部分 程序核心部分給出布爾量之后，通過判斷布爾量的狀態(tài)來控制給出高電平信號還是低電平信號。采用條件結構，如圖 10信號輸出所示，如果為真就給出高電平 5v，如果為假就給出
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