【導讀】據我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其。他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個。人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論。文（設計）進入學校圖書館被查閱。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。等），文科類論文正文字數不少于萬字。符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不。它推動著傳統(tǒng)儀器朝著數字化，智能化，模塊化，網絡化的方向。Instruments的觀念正逐步被人們接受。接口的硬件模塊及開發(fā)測試軟件結合起來構成系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有數據實時采集、采集數據實時顯示、存儲，并通過數據采集。卡輸出控制信號對液位信號實時控制等功能。本設計是虛擬儀器在測控領域的一次成功嘗試。實踐證明虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解。決方案，能夠高效的實現各種測控任務。

　　

【正文】 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(關斷 )。所以，通過給 P2 口輸出一個 8 位二進制數可以控制 8 路信號的開通與關斷，而這些信號通路的不同組合決定 TRT 值的大小的不同，進而調節(jié)振蕩電路的頻率。振蕩電路輸出的頻率就可以進行下一步驅動 IGBT 開通的控制，從而控制整個系統(tǒng)的輸出頻率。 AT89S52 與鍵盤、數碼管顯示的接口設計 鍵盤電路的原理及其設計 本課題中的鍵盤的電路圖如下圖所示，圖 qbKONOFF 端接單片機的 I／ ON，采用單片機查詢的方法采集鍵值，用來監(jiān)控按鍵是否按下。當該鍵未按下時，KONOFF 為高電平；當該鍵按下時， KONOFF 為低電平。這樣單片機就可以完成按鍵的監(jiān)控。 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鍵的電路圖， 其它鍵的設計圖與這基本一致，不再另行說明。 數碼管顯示電路的原理及其設 計 本課題中的顯示數據采用三個 7 段共陽極數碼管，如圖 4 一 11 所示，需要顯示的數據是單片機通過 4094 串行傳入的，即數碼管通過 4094 驅動而顯示數據的。 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。通過發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數字、字母以及其它符號。 按其接法的不同，發(fā)光二極管可以分為共陽極和共陰極。所謂共陽極就是把發(fā)光二極管的陽極連在一起構成公共陽極，使用時公共陽極接 +5V，這樣陰極端輸入低電平的段發(fā)光二極管就導通點亮，而輸入高電平的則不點亮。所謂共陰極則恰好相反。共陽極連接圖 4—11 如下： 圖 4． 11 共陽極發(fā)光二極管的連接圖圖 提供給 LED 顯示的字型代碼恰好為一個字節(jié)，各代碼對應如下： 4I 代碼位對應的顯示段 代碼位 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 顯示段 dP g f e d c b a 顯示字母及數字的代碼表如下： 表 42 字型所對應的代碼表 自行 共陽極代碼 共陰極代碼 字型 共陽極代碼 共陰極代碼 0 0xC0 0x3F A 0x88 0x77 1 0xF9 0x06 b 0x83 0x7C 2 0xA4 0x5B C 0xC6 0x39 3 0xB0 0x4F d 0xA1 0x5E 4 0x99 0x66 E 0x86 0x79 5 0x92 0x6D F 0x8E 0x71 6 0x82 0x7D 全亮 0x00 0xFF 7 0xF8 0x07 全滅 0xFF 0x00 8 0x80 0x7F 9 0x90 0x6F 2．驅動芯片 4094 的原理 4094 是一個具有三態(tài)輸出的串行數據轉并行數據的芯片。廣泛應用于數碼管顯示及其它控制領域。在圖 413 中， 4094 的 OUTPUT ENABLE 為使能端，STROBE 為開關端， DATA 為數據端， 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。在下一章中將會詳細介紹其時序圖及程序的編寫。 圖 4． 13 4094 引腳圖 風扇和蜂鳴器控制模塊的設計 為了控制系統(tǒng)的溫度，使全橋整流器、 IGBT、單片機和 AD 芯片等核心器件免受因溫度過高而燒毀的嚴重后果，本課題中利用風扇來降低系統(tǒng)的溫度，從而實現溫度的精確控制。 為了提醒用戶，實現系統(tǒng)的智能化，課題中加入蜂鳴器用于溫度報警和故障報警等功能。 風扇和蜂鳴器都是屬于小型負載，為了提高驅動電流來驅動負載，必須使用三極管來驅動。電路設計如下： 圖 4 一 15 單片機與風扇電路圖 圖 416 單片機與蜂嗚器電路圖 本系統(tǒng)中采用的風扇型號為： AV925H12S，額定電壓為直流 12V，額定電流為 0． 22A。根據單片機 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， 從而合理選擇三極管的型號，及電阻的大小。蜂鳴器的計算類似，也是根據型號及參數推算。 本章小結 本章首先介紹了本控制系統(tǒng)中最為核心的兩個芯片～控制處理器單片機AT89S52 和采集芯片 ADC08038，然后對整個課題任務進行了模塊劃分，并對各個模塊所要實現的功能做了詳細的設計，最后對每個模塊進行了非常詳細的硬件電路設計。 本章以整個系統(tǒng)的控制系統(tǒng)的硬件設計為主要核心，提出了詳細的硬件設計方案，只有在這個基礎上，才可以構建友好的智能化的軟件平臺， 從而實現各種軟 件功能。 第三章 系統(tǒng)軟件設計 軟件是虛擬儀器的關鍵。設計一個虛擬儀器系統(tǒng)，在硬件平臺確定之后，就可以通過設計不同的軟件，實現不同的儀器功能。 在設計、實現虛擬儀器的軟件系統(tǒng)時，需要考慮眾多因素，如硬件需求、計算機硬件、操作系統(tǒng)；軟件是否建立在開放的結構上，是否需要編程經驗？利用此軟件程序是否能在不同的計算機平臺上移植 ?將來能否方便的擴展虛擬儀器的功能。由于選用專用的開發(fā)軟件，必須具有一定的儀器以及數據采集設備配合使用。 程序模塊化設計概述 數據采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應用軟件的研究與開發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設計目標之后，應該采用好的程序開發(fā)方法，如結構化設計方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評價標準等等。 軟件系統(tǒng)的模塊化設計原則 為使研制出的軟件具有良好的可靠性、易維護性、易擴充性及易裝卸性，軟件設計應遵循規(guī)范化的模塊化設計原則 [13]。 1）自頂向下逐步求精的設計方法 軟件設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，即設計表征解決問題一般策略的抽象算法。對抽象算法做進一步求精，進入下一層抽象。在求精過程的 每一步，抽象概念 (語句或數據 )都被精細化。 2）根據邏輯功能劃分物理模塊 ① 模塊的分解：消除重復的功能部分，使得模塊的塊內聯(lián)系較高，塊間聯(lián)系較低。 ② 模塊的合并； ③ 模塊的復制。 3）模塊的作用范圍應處在模塊的控制范圍之內 模塊的作用范圍是指模塊內判定影響的范圍。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。 4）依據邏輯功能確定模塊之間的調用關系 模塊之間的調用與被調用，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。一般來講，底層模塊的扇入較高，頂層模塊的扇出較高。 5）模塊接口應保持簡明 降低模塊接口的復雜性，是模塊設計中必須考慮的問題。保持模塊接口的簡明，一方面須減少模塊間傳遞的信息量，更重要的是使所傳遞的必要信息具有明確的邏輯含義。 6）模塊應保持單入口性質 單入口模塊，易于理解。由于副作用的減少，可以降低錯誤的發(fā)生率。模塊的出口可以有多個，但均應具有明確的邏輯含義。 7）模塊結構增加中間判斷層次，提高可擴充性 圖 ，模塊 A調用 B，以后擴充時還要讓 A 調用 C(圖 )。這樣在擴展時，除增加 C 外，尚須修改 A，這種修改可能是困難的。 圖 ，增加了一個中間判斷層模塊 F，以一個開關量 Flag 決定模塊 A要調用的模塊，這樣對 A的修改，僅局限于 Flag 的設置，大大較少了工作量。 ABAB CAF l a g = ?BAF l a g = ?B C( a ) ( b ) ( c ) ( d ) 圖 3. 1 模塊結構增加判斷層次 本設計的軟件系統(tǒng)模塊劃分 系統(tǒng)程序的主要功能為模塊劃分的標準，其中包括數據采集，數據實時顯示，數據保存，歷史數 據的讀取等功能。具體結構見圖 基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng)功能模塊圖。 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)各模塊應用程序 系統(tǒng)前面板 數據采集與顯示程序 在這部分中，主要的模擬數據的采集以及實時顯示，具體程序見圖 。 實時數據顯示模板 :控件選板 新式 列表、表格、樹 表格 。 開始采集（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。 圖 3. 3 數據采集與數據實時顯示程序 上限 控件選板 新式 數值 數值顯示控件 。 下限 控件選板 新式 數值 數值顯示控件 。 報警燈 控件選板 新式 布爾 圓形指示燈 。 函數選板 編程 定時 獲取日期 /時間（秒） 。 函數選板 編程 定時 格式化日期 /時間字符串 。 函數選板 編程 定時 等待（毫秒） 。 函數選板 編程 字符串 字符串 /數值轉換 數值至小數字符串轉換 。 函數選板 編程 數組 創(chuàng)建數組 。 數據保存程序 數據保存是把采集來的數據保存到以時間命名的 excel 表里，每次運行，因為時間不同所以會產生不同的 excel 表，不會丟失數據，具體程序見圖 。 創(chuàng)建以時間命名的 excel 表格 函數選板 編程 定時 獲取日期 /時間（秒） 。 函數選板 編程 定時 格式化日期 /時間字符串 。 函數選板 編程 字符串 連接字符串 。 函數選板 編程 文件 I/O創(chuàng)建路徑 。 函數選板 編程 文件 I/O文件常量 當前 VI 路徑 。 函數選板 編程 文件 I/O寫入電子表格文件 。 圖 3. 4 數據保存程序 歷史數據讀取程序 歷史數據查詢，因為已經把采集的數據保存在 excel 里，所以歷史數據只需用讀取程序讀出來供計算時使用，每個數據的在時間上是唯一的。具體程序見圖。 控件選板 新式 圖形 波形圖 。 歷史數據回放（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。 圖 3. 5 歷史數據查詢程序 函數選板 編程 文件 I/O讀取電子表格文件； 函數選板 編程 數組 索引數組； 報警模塊 當采集到的數據大于設置的上限或小于設置的下限的時候，就要報警，此時需要點亮報警燈，具體實現如下： 圖 3. 6 報警模塊 函數選板 編程 比較 大于？； 函數選板 編程 比較 小于？； 函數選板 編程 布爾 或； 參數設置模塊 數據采集前，需要對參數進行設置，主要包括串口選擇，波特率，數據位，奇偶校驗，停止位的設置，同時還需要設置液面的上下限。 上限 控件選板 新式 數值 數值顯示控件 。 下限 控件選板 新式 數值 數值顯示控件 。 參數設置（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。 參數設置（按鈕） 控件選板 I/OVISA 資源名稱 。 圖 參數設置前面板及程序框圖 第四章 系統(tǒng)軟件的具體實現 系統(tǒng)監(jiān)控界面 當系統(tǒng)運行時在監(jiān)控界面中可以選擇控制對象，可以輸入上下限的值，界面中顯示實時控制曲線及實時數據。 圖 4. 1 系統(tǒng)監(jiān)控界面 實驗步驟 及其調試結果 根據本設計要求，在實驗設備上連線，按要求組成單回路水箱液位控制系統(tǒng)。 設備運行前進行檢查，確定連線正確及設備保護措施具備，運行Labview 軟件中編寫的程序。 初始化程序中的各參數，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，然后重復進行第四步直到完成要求。最后將滿足要求的曲線保存。 ，關閉電源，拆掉連線，整理實驗設備。 Labview 提供了非常豐富的圖形界面來進行前面板的設計，波形圖表能非常 清晰的實時顯示采集的液位波形。該面板靈活運用采用了屬性節(jié)點來編程實現的。非常清楚的表達了采集波形的動態(tài)曲線。系統(tǒng)調試結果如圖 4. 2 所示，由圖可知，系統(tǒng)很好的實現了控制功能，經過一段時間的波動，也為最終穩(wěn)定在100mm 處，閥門開度最終穩(wěn)定在 23%處。 歷史數據讀取 對采集數據的保存是本設計的一個突出特點，數據保存有著實際的意義，這樣便于以后訪問歷史數據，還可以實現數據的遠程訪問。運行歷史數據讀取程序即可將記 錄的數據讀取出來。 圖 4. 3 歷史數據表格顯示界面 第五章 總 結 在這兩個多月的畢業(yè)設計中，我用在課堂上所學到的知識親自去設計、安裝、調試一個完整的自動控制系統(tǒng)，雖然只是部分地實現了所給定的功能要求，但我覺得收獲還是很多的，可以從以下幾個方面來說： 1. 在整