【正文】 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 36 參 考 文 獻(xiàn) [1] Golub, ., C. F. Van Loan, Matrix Computations, Baltimore, the John Hopkins University Press, 1989. [2] 王淑琴，徐振高，通用串行總線及其在虛擬儀器中的應(yīng)用，計(jì)算技術(shù)， 2020 [3] 邱寧 ,利用 USB總線的虛擬邏輯分析儀 ,自動(dòng)化儀表 ,第 24卷第 9期 ,2020 [4] 蔣天偉，許振忠，關(guān)曉丹 ,LabVIEW 7 Express及其應(yīng)用 ,華北航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) , 2020 [5] 袁淵，古軍，虛擬儀器基礎(chǔ)教程，成都，電子科技大學(xué)出版社， 2020 [6] Bertsekas, Dimitri P, Nonlinear Programming, 2d ed. Belmont, Massachusetts, Athena Scientific, 1999. [7] 張輝，郁凱元，龍濤，王建強(qiáng) ,基于 LabVIEW 軟件的動(dòng)態(tài)連接庫(kù)和數(shù)據(jù)采集 ,儀表技術(shù) ,2020年第 6期 [8] 陳憂先，相位檢測(cè)在微弱信號(hào)測(cè)量中的應(yīng)用，儀表技術(shù)， 2020 [9] 崔正剛，陳憂先，基于虛擬儀器技術(shù)的非接觸 式溫度測(cè)控系統(tǒng)， [學(xué)位論文 ]，上海，東華大學(xué)， 2020 [10] 張兢，余成波，基于虛擬儀器技術(shù)的信號(hào)分析儀的軟件實(shí)現(xiàn)，重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020 [11] 裴鋒，楊萬(wàn)生， LabVIEW中模糊控制器的設(shè)計(jì)及應(yīng)用，化工自動(dòng)化及儀表， 2020 [12] 楊樂(lè)平，李海濤，趙勇，等， LabVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)，北京，清華大學(xué)出版社， 2020 [13] Mitra, Sanjit K., James F, Kaiser, Handbook for Digital Signal Processing, New York, John Wiley amp。在 課題設(shè)計(jì) 的同時(shí)，我不斷思考問(wèn)題， 并在老師的指導(dǎo)下逐步 理清 了 論文的思路，對(duì)系統(tǒng)思考問(wèn)題的模式，對(duì)論文的寫(xiě)作流程，對(duì)內(nèi)容的多方面補(bǔ)充都 有 深刻的 認(rèn)識(shí) 。可以提高我們的工作效率，并且讓我們?cè)谏钪锌梢杂懈嗟臅r(shí)間享受生活。 labview 是一個(gè)具有革命性的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，內(nèi)置信號(hào)采集，測(cè)量，分析，數(shù)據(jù)顯示等功能，優(yōu)化了傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性，提供了強(qiáng)大功能的同時(shí)保證了系統(tǒng)的靈活性，作為測(cè)量控制軟件，在很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn) LABVIEW 的開(kāi)發(fā)產(chǎn)品應(yīng)用極 廣。間接的控制溫室大棚內(nèi)的溫度。 溫度傳感器對(duì)溫度進(jìn)行采集 ，把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。讓我了解了控制的整個(gè)過(guò)程，雖然沒(méi)有實(shí)物進(jìn)行模擬，但是通過(guò)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)可以在腦海里構(gòu)建整個(gè)控制過(guò)程。這樣可以有利于溫室大棚的控制。并且可以判斷是哪個(gè)傳感器損壞。 圖 4. 9溫度控制后面板 軟件 溫度 監(jiān)控 系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 大棚內(nèi)溫度測(cè)控系統(tǒng)的 前面板設(shè)計(jì)和后面板設(shè)計(jì)如圖 溫室大 棚的溫度測(cè)控系統(tǒng)前面板和圖 后 面板 ： 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 32 圖 圖 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 33 軟件 傳感器狀態(tài) 傳感器狀態(tài)信息是反映出大棚內(nèi)各個(gè)傳感器的狀態(tài)，如傳感器出現(xiàn)故障，歷史傳感器的數(shù)據(jù)等，通過(guò)此面板，可以看出大棚內(nèi)傳感器是否正常工作。我們無(wú)法手動(dòng)去控制。從而得知大棚內(nèi)溫度情況。起結(jié)構(gòu)為比較結(jié)構(gòu) ，和循環(huán)結(jié)構(gòu)。當(dāng)前溫度顯示由溫度計(jì)和數(shù)字輸出組成，能夠顯示出當(dāng)前大棚內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度值，能夠從溫度計(jì)和數(shù)字輸出（實(shí)時(shí)溫度值）讀出數(shù)據(jù)。但是，在 LabVIEW 中，重復(fù)端口的初始值和步長(zhǎng)是固定不變的，如果要用到不同的初始值和步長(zhǎng)，可對(duì)重復(fù)端口產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 進(jìn)行一定的數(shù)據(jù)運(yùn)算。 當(dāng)循環(huán)次數(shù)不能預(yù)先確定時(shí)，就用到 While 循環(huán)。 反應(yīng)出計(jì)算機(jī)上的時(shí)間。 軟件 時(shí)間顯示 模塊 在虛擬 儀器語(yǔ)言中，有字符串節(jié)點(diǎn)，其中有時(shí)間字符串的格式化節(jié)點(diǎn)。在默認(rèn)情況下，這個(gè)緩沖的大小為 1KB，即最大的數(shù)據(jù)顯示長(zhǎng)度為 1024 個(gè)。實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件一次可以接收一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，也可以接收一組數(shù)據(jù)。對(duì)于事后記 錄圖來(lái)說(shuō)，它的基本數(shù)據(jù)類型為數(shù)組，也就是其顯示是將構(gòu)成數(shù)組的全部測(cè)量數(shù)據(jù)一次顯示完成的；而實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖則是實(shí)時(shí)顯示一個(gè)或幾個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)，而且新接受數(shù)據(jù)點(diǎn)要接在原有波形的后面連續(xù)顯示。下面分別敘述其 余 部分的功能。 框圖程序 。 前面板由控制和修飾構(gòu)成 ,LabVIEW 為前面板提供了豐富的圖形控件 。根據(jù) LabVIEW 與 DLLs 的參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系填寫(xiě)好 DLL 文件的路徑（ DLL 文件不在當(dāng)前目錄下）、被調(diào)用函數(shù)名、參數(shù)的類型及返回類型。 程序在 VC++ 環(huán)境下編制成功后自動(dòng)生成 DLL 文件。塊傳輸中利 用端點(diǎn)（ Endpoint）。因此還必須有高質(zhì)量的用戶軟件。單片機(jī)程序的編制也同樣困難，而且沒(méi)有任何一家廠商提供了自動(dòng)生成的工具。 一個(gè) USB 設(shè)備的軟件一般包括主機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序和寫(xiě)進(jìn) ROM 里面的Firmware。為了擴(kuò)展其用途，還可以加上多路模擬開(kāi)關(guān)和數(shù)字 I/O 端口。 5V、177。根據(jù)總線的不同，可分為 PXI/CPCI 板卡和 PCI 板卡 。這類板卡均參照 IBMPC 機(jī)的總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，用戶只要把這類板卡插入 IBMPC 機(jī)主板上相應(yīng)的 I/O 擴(kuò)展槽中，就可以迅速方便地構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，從而大大節(jié)省了硬件的研制時(shí)間和投資，又可以充分利用 IBMPC 機(jī)的軟硬件資源，還可以使用戶集中精力對(duì)數(shù)據(jù)采集與處理中的理論和方法進(jìn)行研究、進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及程序的編制等。 DS18B20 的 初始化和讀溫度程序流程圖、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換及讀溫度值流程圖如圖 、 ； 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 20 圖 DS18B20的初始化流程圖 延時(shí) 300us 后結(jié)束初始過(guò)程 返回 重啟或報(bào)錯(cuò) 主機(jī)向 18B20發(fā)復(fù)位脈沖 主機(jī)釋放總線 總線變高？ 等待 18B20 存在信號(hào) 有響應(yīng)？總線變低？ 檢測(cè) 18B20 的響應(yīng)結(jié)束信號(hào) （響應(yīng)結(jié)束時(shí)，總線再次被拉高） 總線變高？ Y N Y Y N N 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 21 圖 DS18B20的工作流程圖 初始化 DS18B20 發(fā)搜索 ROM 命令 存在一個(gè) DS18B20？ 讀在線 DS18B20 序列號(hào) 開(kāi)始 初始化 DS18B20 發(fā)跳過(guò) ROM 命令 發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 等待 2us i=1 初始化 DS18B20 發(fā)匹配 ROM 命令 發(fā) 1 個(gè) DS18B20 序列號(hào) 讀匹配的 DS18B20 溫度 在線所用 DS18B20 訪問(wèn)完？ 讀存儲(chǔ)器 N Y N Y i=i+1 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 22 圖 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 發(fā) SKIP ROM 命令 發(fā) WRIE SCRATCHPAD 命令 寫(xiě) TH,TL 和 CONFIG 的值 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 發(fā) SKIP ROM 命令 發(fā) READ SCRATCHPAD 命令 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 發(fā) SKIP ROM 命令 發(fā) COPY SCRATCHPAD 命令 復(fù)位脈沖 讀一個(gè)脈沖 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 23 數(shù)據(jù)采集卡 數(shù)據(jù)采集 (DAQ)，是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào)，送到上位機(jī)中進(jìn)行分 析，處理。 （ 7）、用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值。 （ 5）、采用 DALLAS 公司獨(dú)特的“單線總線”專有技術(shù)，通過(guò)串行通信接口（ I/O）直接輸出被測(cè)溫度值（ 9— 12 位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，含符號(hào)位）。 （ 3）、具有電源反接保護(hù)電路。 UDD 是可供選用的外部電源端，不用時(shí)接地， GND 為地， NC 空腳?？梢苑謩e在 和 750ms 內(nèi)完成 9位和 2 位的數(shù)字量，并 且從 DS18B20 讀出的信息或?qū)懭?DS18B20 的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫(xiě)，溫度變換功率來(lái)源于數(shù)據(jù)總線，總線本身也可以想所掛接DS18B20 供電，而無(wú)需額外電源，因而使用 DS18B20 可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單，可靠性高。這一點(diǎn)在進(jìn)行 DS1820 硬件連接和軟件設(shè)計(jì)時(shí)也要給予 一定的重視。當(dāng)將總線電纜改為雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正常通訊距離可達(dá) 150m，當(dāng)采用每米絞合次數(shù)更多的雙絞線帶屏蔽電纜時(shí)，正 常通訊距離進(jìn)一步加長(zhǎng)。 （ 2） 在 DS1820 的有關(guān)資料中均未提及單總線上所掛 DS1820 數(shù)量問(wèn)題，容易使人誤認(rèn)為可以掛任意多個(gè) DS1820，在實(shí)際應(yīng)用中并非如此。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在－ 55℃ 所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。 DS18B20 工作原理 ； DS18B20 的讀寫(xiě)時(shí)序和測(cè)溫原理與 DS1820 相同，只是得到的溫度值的位數(shù)因分辨率不同而不同，且溫度轉(zhuǎn)換時(shí)的延時(shí)時(shí)間由 2s 減為 750ms。 64 位光刻 ROM 的排列是：開(kāi)始 8 位（ 28H）是產(chǎn)品類型標(biāo)號(hào)， 接著的 48位是該 DS18B20 自身的序列號(hào)，最后 8 位是前面 56 位的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC=X8+X5+X4+1）。寫(xiě) TH,TL 指令以及配置字節(jié)利用一個(gè)記憶功能的指令完成。測(cè)量結(jié)果將被放置在 DS18B20 內(nèi)存中，并可以讓閱讀發(fā)出記憶功能的 指揮，閱讀內(nèi)容的片上存儲(chǔ)器。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）讀 ROM， 2 ） ROM 匹配， 3 ）搜索 ROM， 4 ）跳過(guò) ROM， 5 ）報(bào)警檢查。 DS18B20 內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由四部分組成： 64 位光刻 ROM、溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH 和 TL、配置寄存器。 因?yàn)槊恳粋€(gè)DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) ds18b20s 可以同時(shí)存在于一條總線。 ℃ 。 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V 至 V 無(wú)需備用電源 。 (2)軸瓦，缸體，紡機(jī)，空調(diào)，等狹小空間工業(yè)設(shè)備測(cè)溫和控制。 (2)測(cè)溫范圍 － 55℃ ～ +125℃ ，固有測(cè)溫誤差 ℃ 。主要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同而改變其外觀。 硬件 組成 部分 硬件電路 由 溫度傳感器、 數(shù)據(jù)采集卡 和計(jì)算機(jī)組成。 （ 4） 采樣點(diǎn)數(shù)控制 根據(jù)不同測(cè)試系統(tǒng)的需求，將采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)成可在一個(gè)比較大的范圍中任意選擇，該選擇同樣是在軟面板上進(jìn)行。 （ 2） 采樣通 道控制 為了滿足幾種典型系統(tǒng)通道控制的要求，使通道的數(shù)量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預(yù)置計(jì)數(shù)器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設(shè)計(jì)成最多 64 路、最少 2 路可以任意選擇，而且可以從任意一路開(kāi)始采樣，也可以到任意一路結(jié)束采樣，只要截止通道號(hào)大于起始通道號(hào)就可以了。 )VXI 總線接口 ； VXI 總線數(shù)據(jù)采集器通常可以利用兩種 VXI 總線 ， 通用接口消息基接口和寄存器基接口。 圖 測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 硬件電路設(shè)計(jì) （一） 硬件電路基本組成 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，虛擬儀器系統(tǒng)的硬件主要由個(gè)人計(jì)算機(jī)工作站和硬件接口模塊組成，其中計(jì)算機(jī)是主體，主要用來(lái)提供實(shí)施高校的數(shù)據(jù)處理性能，硬件接口模塊包括儀器和各種通用接口總線，主要用來(lái)采集，傳輸信號(hào)。 基于虛擬儀器的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 12 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件流程 設(shè)計(jì) 溫室大棚內(nèi)的溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)的安裝和連線， 以及對(duì)空調(diào)的控制 ，采用了三個(gè)溫度傳感器 、 三個(gè)數(shù)據(jù)采集卡 和三個(gè)空調(diào) ，傳到計(jì)算機(jī)內(nèi)，進(jìn)行LABVIEW 的檢測(cè)和控制 。 跨平臺(tái)：如果同一個(gè)程序需要運(yùn)行于多個(gè)硬件設(shè)備之上，也可以優(yōu)先考慮使用 LabVIEW。兒童經(jīng)過(guò)短暫的指導(dǎo)就可以利用 樂(lè)高積木 提供的積木搭建成各種車輛模型、機(jī)器人等，再使用 LabVIEW 編寫(xiě)控制其運(yùn)動(dòng)和行為的程序。在高等教育領(lǐng)域，有時(shí)如果使用 LabVIEW進(jìn)行軟件模擬，就可以達(dá)到同樣的效果，使學(xué)生不致失去實(shí)踐的機(jī)會(huì)。除此之外，工業(yè)控制領(lǐng)域常用的設(shè)備、數(shù)據(jù)線等通常也都帶有相應(yīng)的 LabVIEW 驅(qū)動(dòng)程序。這些工具包幾乎覆蓋了用戶所需的所有功能，用戶在這些工具包的基礎(chǔ)上再開(kāi)發(fā)程序就容易多了。 其領(lǐng)域如下； 測(cè)試測(cè)量： LABVIEW 最初就是為測(cè)試測(cè)量而設(shè)計(jì)的，因而測(cè)試測(cè)量也就是現(xiàn)在 LABVIEW 最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒(méi)有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。使用 LabVIEW 軟件，用戶可以借助于它提供的 軟件環(huán)境 ，該環(huán)境由于其數(shù)據(jù)流編程特性、 LabVIEW RealTime 工具對(duì) 嵌入式 平臺(tái)開(kāi)發(fā)的多核支持，以及自上而下的為多核而設(shè)計(jì)的軟件層次，是進(jìn)行并行編程的首選。 虛擬儀器的起源可以追溯到 20世紀(jì) 70 年代，那時(shí)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)在國(guó)防、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。虛擬儀器主要是指這種方式。粗略地說(shuō)這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例