【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 閉自動(dòng)歸零通道J, K, T, E和 N型 176。CB型 176。CR和S型 176。C②NI9201板卡簡(jiǎn)介 本文使用NI USB 9201板卡用來采集壓力信號(hào)。 是該板卡的前后示意圖。NI9201是具有8通道的， 12位模擬輸入模塊。 NI9201的前后示意圖 NI 9201端子和引腳說明螺栓端子接口的NI 9201/9221帶有 10端子可拆卸式螺栓端子連接器。DSUB接口的 NI 9201/9221帶有 25引腳的DSUB連接器。每個(gè)通道均帶有一個(gè)可連接電壓信號(hào)的 AI端子或引腳。在模塊內(nèi)部，公用端子或引腳 (COM)連接至隔離參考地。NI 9201/9221的通道與系統(tǒng)中的其它模塊相隔離。模塊的每個(gè)通道均具有過壓保護(hù)功能。輸入信號(hào)經(jīng)掃描、緩沖和調(diào)理后，由一個(gè) 12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)其采樣。 9201的輸入電路示意圖。 NI 9201的輸入電路示意圖NI 9201可連接單端電壓信號(hào)，電壓信號(hào)正極連接AI。接地信號(hào)連接COM端子。 NI 9201 NI9201的輸入特性通道數(shù)8個(gè)模擬輸入通道ADC分辨率12位ADC類型逐次逼進(jìn)型 (SAR)采樣率(總計(jì))單個(gè)通道R系列擴(kuò)展機(jī)箱475 kS/s最大采樣率其它機(jī)箱800 kS/s掃描R系列擴(kuò)展機(jī)箱475 kS/s最大采樣率其它機(jī)箱500 kS/s輸入量程177。10 V工作電壓范圍測(cè)量電壓通道COM最小值（V）177。常規(guī)值（V）177。最大值（V）177。最大電壓COM地螺栓端子250 VrmsDUSB177。60 VDC過壓保護(hù)（通道COM）177。100 VNI9201的精度 NI9201的精度測(cè)量條件讀數(shù)百分比（增益誤差）量程百分比（偏置誤差）已校準(zhǔn)，常規(guī)值 (25 176。C, 177。5 176。C)177。%177。%已校準(zhǔn)，最大值 (–40～70 176。C)177。%177。%未校準(zhǔn)，常規(guī)值 (25 176。C, 177。5 176。C)177。%未校準(zhǔn)，最大值 (–40 176。C～ 70 176。C)177。%。 NI9201的穩(wěn)定性增益漂移177。34 ppm/176。C電壓漂移177。100 μV/176。C輸入帶寬(–3 dB)690 kHz，最小值輸入阻抗阻值1 MΩ電容5 pF輸入噪聲（以代碼為中心）RMS LSBrms峰峰5 LSB無丟失代碼12位DNL– ～ LSBINL177。 LSB串?dāng)_(10 kHz)–75 dB穩(wěn)定時(shí)間（至 1 LSB）2 μsMTBF25 176。C時(shí)，1092512小時(shí)； Bellcore Issue 2, Method1, Case 3, Limited Part Stress Method另外，NI9211和9201板卡要與計(jì)算機(jī)連接中間還需要一個(gè)機(jī)箱，本文所用機(jī)箱型號(hào)為NI cDAQ9174。NI cDAQ9174是4槽NI CompactDAQ機(jī)箱的設(shè)計(jì)適合小巧便攜的混合測(cè)量測(cè)試系統(tǒng)。將cDAQ9174與最多4個(gè)NI C系列I/O模塊結(jié)合，可構(gòu)建自定義模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器測(cè)量系統(tǒng)。 現(xiàn)有模塊適合包含熱電偶、RTD、應(yīng)變計(jì)、負(fù)荷與壓力傳感器、扭矩元件、加速度傳感器、流量計(jì)和麥克風(fēng)在內(nèi)的各類傳感器測(cè)量。NI CompactDAQ系統(tǒng)結(jié)合傳感器測(cè)量和電壓、電流與數(shù)字信號(hào)，創(chuàng)建自定義混合測(cè)量系統(tǒng)；系統(tǒng)通過單根USB電纜簡(jiǎn)單地連至PC、筆記本計(jì)算機(jī)或上網(wǎng)本(netbook)。 (4) 本文中為驅(qū)動(dòng)制冷循環(huán)的壓縮機(jī)，需要一個(gè)智能的電源，以實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)對(duì)壓縮機(jī)的啟動(dòng)、停止、軟啟動(dòng)和軟停。系統(tǒng)選用的電源為馬淑華老師論證研發(fā)的智能程控電源。 智能程控電源實(shí)物照片①。220V市電輸入電源內(nèi)部處理電壓頻率可設(shè)的輸出 電源的工作原理框圖本電源將220V的市電轉(zhuǎn)換為電壓和頻率可控的交流電輸出。②。 智能程控電源的技術(shù)特性輸入電源單相177。220V10%，50Hz，60Hz輸出電壓范圍單相：0~300V輸出頻率20~，定頻輸出，50Hz，60Hz，100Hz頻率穩(wěn)定度≤%電壓穩(wěn)定度≤1%（阻性負(fù)載50Hz，60Hz時(shí)）波峰系數(shù)3:1頻率顯示四位LED，電壓顯示四位LED，電流顯示四位LED，功率因數(shù)顯示三位LED，外部通訊接口RS232③智能程控電源通訊技術(shù)通訊接口及定義：接口類型：9針公口。接口定義：標(biāo)準(zhǔn)RS232口定義。波特率：9600bps(默認(rèn))串行通訊幀：一位起始位，八位數(shù)據(jù)位，一位停止位本系統(tǒng)軟件可以分為兩個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集部分和電源監(jiān)控部分。 系統(tǒng)軟件組成系統(tǒng)軟件數(shù)據(jù)采集部分電源監(jiān)控部分AI系列儀表監(jiān)控程序智能程控電源監(jiān)控程序遠(yuǎn)方功率計(jì)監(jiān)控程序NI9211和NI9201監(jiān)控程序(1) AI系列儀表監(jiān)控程序程序包括串行通訊程序和數(shù)據(jù)處理程序。此部分程序完成與AI系列儀表的通訊和AI系列儀表數(shù)據(jù)的采集(2) 遠(yuǎn)方功率計(jì)監(jiān)控程序程序包括串行通訊程序和數(shù)據(jù)處理程序。此部分程序完成與遠(yuǎn)方功率計(jì)的通訊和功率計(jì)數(shù)據(jù)的處理以及對(duì)功率計(jì)積分功能的控制。(3) NI9211和NI9201監(jiān)控程序程序包括NI DAQ助手和后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。完成對(duì)NI9211和NI9201板卡的數(shù)據(jù)采集和處理。(4)智能程控電源監(jiān)控程序程序包括串行通訊程序和電源控制程序，完成對(duì)電源參數(shù)的采集和對(duì)電源的啟動(dòng)、停止、改變電壓和頻率、軟啟動(dòng)和軟停止等功能的控制。3 系統(tǒng)通訊接口設(shè)計(jì)本章主要介紹了系統(tǒng)中各硬件與上位機(jī)的連接以及各自的通訊接口設(shè)計(jì)。包括AI系列儀表、遠(yuǎn)方功率計(jì)、NI板卡和智能程控電源與上位機(jī)的硬件連接與通訊程序。系統(tǒng)實(shí)物圖(部分)， AI系列串口通訊AI系列儀表使用異步串行通訊接口，接口電平符合RS232C或RS485標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，一個(gè)或2個(gè)停止位。通訊傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為120019200 bit/S（波特率為19200時(shí)需配界高速光耦的通訊模塊。AI儀表采用多機(jī)通訊協(xié)議，如果采用RS485通訊接口，則可將多臺(tái)的儀表同時(shí)連接在一個(gè)通訊接口上。 計(jì)算機(jī)和多臺(tái)AI501儀表的硬件連接本文用到了5塊AI儀表。分別用來采集低溫制冷循環(huán)的幾個(gè)溫度和各部分電壓。 AI儀表實(shí)物圖使用RS232RS485轉(zhuǎn)換器可以很方便的連接計(jì)算機(jī)和5臺(tái)AI501。RS232RS485轉(zhuǎn)換器的RS232端接到計(jì)算機(jī)，所有儀表并聯(lián)在RS485的A、B端，并設(shè)置不同的地址。我設(shè)置的5臺(tái)AI501地址分別是：1，2，3，4，5。 AI儀表與上位機(jī)的連接RS485采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，＋2V～＋6V表示“0”， 6V～ 2V表示“1”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用，現(xiàn)在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路：①通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，對(duì)于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產(chǎn)品。②通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為RS485類型的擴(kuò)展卡。 AI儀表通訊程序AI系列儀表數(shù)據(jù)格式為1個(gè)起始位，8位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)位，1個(gè)或2個(gè)停止位，波特率4800~19200 bit/S?？紤]到5臺(tái)儀表的數(shù)量，為了通訊快速，本系統(tǒng)我使用9600bit/S，經(jīng)過試驗(yàn)，效果很好。串口初始化往串口發(fā)送讀命令讀取數(shù)據(jù)開始本次結(jié)束數(shù)據(jù)處理顯示、存儲(chǔ) 程序流程圖 程序前面板 程序圖形代碼為了完成對(duì)串口的初始化、寫和讀，分別用到串口初始化函數(shù)（VISA Configure Serial Port）、串口寫函數(shù)（VISA Write）和串口讀函數(shù)（VISA Read）。另外，由于得到的數(shù)據(jù)為16進(jìn)制，還用到了一些字節(jié)處理函數(shù)，使之換算成10進(jìn)制顯示在程序前面板并并顯示波形和存儲(chǔ)。在以下代碼的介紹中，以地址為1的AI501為例，其它儀表可以直接拷貝得到，把地址改變即可。(1)串口初始化： 串口初始化部分LabVIEW的VISA串口通信功能模塊包括串口初始化模塊、串口讀模塊以及串口寫模塊，通過這些模塊就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的控制。在LabVIEW功能面板的儀器1/0一串口目錄下，包含串行通信所需的集成模塊。其中串口選擇用于選擇所用到的串行口，PC機(jī)中常用到的串口號(hào)分別用COM1和COM2表示。Flowcontrol用于設(shè)置握手方式，buffersize用于設(shè)置緩沖區(qū)的大小。Baud:ate，databits，Stop bits，parity分別用于設(shè)置串行通信的波特率，數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度，停止位長(zhǎng)度，校驗(yàn)方式。 串口配置子VI本設(shè)計(jì)中VISA資源名稱根據(jù)所用串口可選，波特率為9600bit/S，數(shù)據(jù)位(數(shù)據(jù)比特)為8位，奇偶校驗(yàn)為無(沒有用到奇偶校驗(yàn))，停止位為2位，沒有用到流控制，啟用終止符設(shè)為False(否) 否則在讀到回車字節(jié)的時(shí)候會(huì)中斷讀串口數(shù)據(jù)。(2) 往串口寫入讀取型號(hào)特征的命令：串口初始化完畢后向串口中寫入讀取型號(hào)特征的命令。AI儀表采用16進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來表示各種指令代碼及數(shù)據(jù)。AI儀表軟件通訊指令經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，只有兩條，一條為讀指令，一條為寫指令，兩條指令使得上位機(jī)軟件編寫容易。不過卻能100%完整地對(duì)儀表進(jìn)行操作。地址代號(hào)：為了在一個(gè)通訊接口上連接多臺(tái)AI儀表，需要給每臺(tái)AI儀表編一個(gè)互不相同的代號(hào)。AI有效的地址為0—100。所以一條通訊線路上最多可連接101臺(tái)AI儀表。儀表的地址代號(hào)由參數(shù)Addr決定。AI儀表通訊協(xié)議規(guī)定，地址代號(hào)為兩個(gè)字節(jié)，其數(shù)值范圍（16進(jìn)制數(shù)）是80H—BFH，兩個(gè)字節(jié)必需相同，數(shù)值為（儀表地址+80H）。例如，儀表參數(shù)Addr=10（16進(jìn)制數(shù)為0AH， 0A+80H=8AH），則該儀表的地址表示為： 8AH 8AH。讀/寫指令分別如下：讀：地址代號(hào)+52H(82)+要讀參數(shù)的代號(hào)+0+0+CRC校驗(yàn)碼寫：地址代號(hào)+43H(67)+要寫參數(shù)的代號(hào)+寫入數(shù)低字節(jié)+寫入數(shù)高字節(jié)+CRC校驗(yàn)碼讀指令的CRC校驗(yàn)碼為：要讀參數(shù)的代號(hào)*256+82+ADDRADDR為儀表地址參數(shù)值，范圍是0100（注意不要加上80H）。CRC為以上數(shù)做二進(jìn)制16位整數(shù)加法后得到的余數(shù)（溢出部分不處理），余數(shù)為2個(gè)字節(jié)，其低字節(jié)在前，高字節(jié)在后。寫指令的CRC校驗(yàn)碼則為：要寫的參數(shù)代號(hào)*256+67+要寫的參數(shù)值+ADDR。要寫得參數(shù)值用16位二進(jìn)制整數(shù)表示。無論是讀還是寫，儀表都返回以下數(shù)據(jù)：測(cè)量值PV+給定值SV+輸出值MV及報(bào)警狀態(tài)+所讀/寫參數(shù)值+CRC校驗(yàn)碼其中PV、SV及所讀參數(shù)值均為整數(shù)格式，各占2個(gè)字節(jié)，MV占一個(gè)字節(jié)，數(shù)值范圍0220，報(bào)警狀態(tài)占一個(gè)字節(jié)，CRC校驗(yàn)碼占2個(gè)字節(jié)，共10個(gè)字節(jié)。CRC校驗(yàn)碼為PV+SV+（報(bào)警狀態(tài)*256+MV）+參數(shù)值+ADDR，按整數(shù)加法相加后得到的余數(shù)。 AI儀表地址表AI501儀表地址命令（16進(jìn)制）1818152150000531528282521500005415383835215000055154848452150000561558585521500005715 AI串口寫入指令調(diào)用串口寫函數(shù)（VISA ）共5臺(tái)AI501，地址15，要發(fā)送的讀命令如上表。需要注意，圖中，寫入的字符串為16進(jìn)制顯示(Hex Display)。右鍵點(diǎn)擊與VISA寫入(VISA Write函數(shù))連接的 字符串常量(String Constant)，選擇16進(jìn)制顯示(Hex Display)，直接輸入8181521500005315，即讀取地址1的儀表型號(hào)特征。返回相應(yīng)數(shù)據(jù)。(3) 讀取串口數(shù)據(jù)：命令發(fā)送成功后，調(diào)用串口讀函數(shù)（VISA ）對(duì)串口讀取10字節(jié)，因?yàn)闊o論是讀還是寫，儀表都返回10個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。 AI串口讀數(shù)據(jù)(4)數(shù)據(jù)處理：經(jīng)過以上處理獲得所需10字節(jié)數(shù)據(jù)，但是十個(gè)字節(jié)中只有前兩個(gè)字節(jié)為我們所要的數(shù)據(jù)，需要經(jīng)過一系列處理獲得程序?qū)?yīng)的數(shù)據(jù)。關(guān)于數(shù)據(jù)部分第4章有詳細(xì)介紹。 (5)數(shù)據(jù)顯示與存儲(chǔ)：最終獲得的數(shù)據(jù)要進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。 (6)關(guān)閉串口：程序完成后調(diào)用串口關(guān)閉（VISA ）函數(shù)關(guān)閉串口，讓出串口使用權(quán)。 關(guān)閉串口 遠(yuǎn)方功率計(jì)串口通訊本文中遠(yuǎn)方功率計(jì)PF9808B負(fù)責(zé)測(cè)量循環(huán)的各種電參數(shù)，以便對(duì)系統(tǒng)的功率、電壓、頻率等進(jìn)行監(jiān)控。儀器配置有RS232C接口，允許通過控制器如個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，控制儀器測(cè)量、傳輸數(shù)據(jù)。本機(jī)RS232C串行通訊采用半雙工異步通訊方式，經(jīng)遠(yuǎn)方RS標(biāo)準(zhǔn)儀器箱作為通訊中繼器，可與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)通訊。 計(jì)算機(jī)和PF9808B的硬件連接。 PF9808B實(shí)物圖上位機(jī)可以通過RS232接口與PF9808B連接，、。由于本文只用到一臺(tái)PF9808B所以采用第一種接法，將遠(yuǎn)方功率計(jì)(PF9808B)與上位機(jī)連接起來。上位PC機(jī)PF9808B遠(yuǎn)方功率計(jì)RS232C負(fù)載 單機(jī)與上位機(jī)連接RS232C上位PC機(jī)（主控）通