【正文】 感謝所有給予我關(guān)心和支持的老師們和 。在這段時(shí)間里，王老師認(rèn)真負(fù)責(zé)地督導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)，及時(shí)指正我們的錯(cuò)誤，耐心地給我們解疑釋惑，使得畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)程得以順利進(jìn)行，同時(shí)使我們收獲頗多。經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的磨礪，我對(duì)自己所學(xué)的專業(yè)有了更深一步的理解，更加明確了自己的興趣、方向、擅長(zhǎng)、不足，對(duì)我未來(lái)的發(fā)展必將產(chǎn)生重要影響。 ，該系統(tǒng)難免有不足之處。比如：在讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，用戶可以選擇讀取文本文件或讀取 TDMS 文件；在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，用戶可以選擇采用 DataSocket 通信技術(shù)，也可以進(jìn)行 Web 發(fā)布，其實(shí)在采用DataSocket 通信技術(shù)時(shí)，也提供了兩種方法供用戶選擇；等等。最后將各模塊整合成一完整系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、修改，系統(tǒng)能正常采集數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)。 。設(shè)計(jì)了使 用控制信 號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)的三角波信號(hào)通過(guò)電平比較器產(chǎn)生占空比可調(diào)的 PWM 波 的電路，三角波產(chǎn)生芯片選用 MAX038。硬件電路的設(shè)計(jì)包括 傳感器的選型、 溫度測(cè)量電路的設(shè)計(jì)、 數(shù)據(jù)采集卡的選型、 PWM 波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)、光耦及雙向可控硅的選型 、 交流過(guò)零觸發(fā) PWM 脈寬調(diào)功 電路設(shè)計(jì) 等 。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的不懈努力，取得了一些收獲和成果。將此主程序作為子 VI，添加到登錄系統(tǒng)，構(gòu) 成完整的低溫加熱爐溫控系統(tǒng)。之后，使用控件 →新式 → 修飾子選板對(duì)前面板對(duì)象進(jìn)行重新布局、潤(rùn)色加工，使得前面板對(duì)象既第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 35 操作方便，又更加美觀，如圖 431 所示。當(dāng)客戶端需要重新 獲得 VI 的控制權(quán)時(shí)，在網(wǎng)頁(yè)的前面板圖像空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單選擇 “請(qǐng)求 VI 控制權(quán) ”就可以了。當(dāng)需要對(duì)原程序進(jìn)行控制時(shí)，需要客戶機(jī)釋放控制權(quán)。之后，在客戶端的瀏覽器地址欄輸入上述第三步記錄下來(lái)的 URL 地址，就可以實(shí)現(xiàn)程序的遠(yuǎn)程控制。 如圖 430 所示， 點(diǎn)擊 “保存至磁盤 ”會(huì)彈出文件存盤對(duì) 話框，記錄下 URL 地址，單擊確定完成 HTML 文件創(chuàng)建。第二步，可以進(jìn)行 “網(wǎng)頁(yè)標(biāo)題 ”“頁(yè)眉 ”“頁(yè)腳 ”的設(shè)置，本設(shè)計(jì)未作改變。第一步，選擇需要進(jìn)行 Web 發(fā)布的 VI 和查看模式。設(shè)置好 Web 服務(wù)器后，就要進(jìn)行創(chuàng)建 HTML 文件的工作。 在 Web 上發(fā)布程序 在進(jìn)行 Web 發(fā)布之前，需要打開(kāi) Web 服務(wù)器進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置。一般情況下，默認(rèn)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小就可以滿足需要 ,不需要重新設(shè)置。使用緩沖區(qū) 的方法傳輸數(shù)據(jù)是就可以避免這種情況。 圖 428 服務(wù)器端程序框圖 圖 429 客戶機(jī)端程序框圖 如上圖所示，本設(shè)計(jì)使用緩沖方式讀取數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)利用DataSocket 函數(shù)編寫的通信程序，包括服務(wù)器端程序和客戶機(jī)端程序，在通信時(shí)，第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 33 用戶可以根據(jù)實(shí)際需要，設(shè)置本機(jī)為服務(wù)器端或客戶機(jī)端。 圖 427 前面板控件鏈接屬性設(shè)置 (2) 在程序中使用 DataSocket 傳輸數(shù)據(jù) 利用上一種方法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，特點(diǎn)明顯，即無(wú)需編程、簡(jiǎn)單易用，但其缺點(diǎn)也不容忽視，比如，在客戶端就無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理。在程序運(yùn)行之前，兩個(gè)計(jì)算機(jī)上的DataSocket Server 都必須要運(yùn)行。建立前面板對(duì)象鏈接的方法是在準(zhǔn)備進(jìn)行鏈接的前面板控件控件對(duì)象上彈出快捷菜單，選擇屬性選第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 32 項(xiàng)，在屬性對(duì)話框的數(shù)據(jù)綁定頁(yè)面進(jìn)行設(shè)置，如圖 427 所示， “數(shù)據(jù)綁定選擇 ”選擇 DataSocket， “訪問(wèn)類型 ”可選 “只讀 ”、 “只寫 ”、 “讀 /寫 ”， URL 中的 IP 地址為發(fā)送端的 IP。 (1) 在前面板對(duì)象之間傳輸數(shù)據(jù) 利用 DataSocket 技術(shù)，進(jìn)行 前面板對(duì)象的鏈接，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，并且只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的參數(shù)設(shè)置而不需要編程就可以實(shí)現(xiàn)。 DataSocket 的數(shù)據(jù)傳輸 在用戶使用 DataSocket 通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，有兩種方法可供選擇：第一種是在前面板對(duì)象之間傳輸數(shù)據(jù)，第二種是在程序框圖中傳輸數(shù)據(jù)。此時(shí)，就需要利用 LabVIEW 提供了訪問(wèn) HTML 文件的方法和遠(yuǎn)程前面板技術(shù)，不需要任何編程，只需設(shè)置幾個(gè)參數(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)程序的遠(yuǎn)程控制。 利用 DataSocket 通信技術(shù)，我們可以實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的遠(yuǎn)程通信。鑒于此， DataSocket 通信技術(shù)特別適用于開(kāi)發(fā)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享和遠(yuǎn)程程序監(jiān)控等應(yīng)用程序。雖然 TCP 通信協(xié)議提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制，且可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享，但大多數(shù)使用起來(lái)并不方便，開(kāi)發(fā)效率不高，當(dāng)需要數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸時(shí)， TCP 通信協(xié)議就不能滿足。 UDP 通信方式不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機(jī)制，如果在從發(fā)送方到接受方的傳遞過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測(cè)或提示。對(duì)于這 三種通信方式， LabVIEW 都有相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，可編寫出完整的通信程序。 LabVIEW 具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能。 圖 425 打印模塊程序框圖 如程序框圖所示，為了有選擇地打印，本程序采用了 三按鈕對(duì)話框節(jié)點(diǎn)，編寫了可供選擇的打印方式 “僅打印前面板 ”“打印前面板和文件 ”“取消打印 ”，如圖 426 所示。 圖 424 打印模塊前面板 第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 30 通過(guò)點(diǎn)擊打印方式按鈕，可以選擇打印機(jī)打印或只在網(wǎng)頁(yè)顯示。本設(shè)計(jì)的打印既可以使用打印機(jī)打印，又可以只在網(wǎng)頁(yè)上進(jìn)行顯示。為了方便顯示，創(chuàng)建了多列列表框的 “項(xiàng)名 ”屬性節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)編寫的相應(yīng)程序的前面板及程序框圖如圖 42 423 所示。我們根據(jù)實(shí)際需要，選擇相應(yīng)的查看方式。前一種方式叫讀盤，后一種方式叫波形回放，它們的前面板及程序框圖如圖 41 420 所示。 圖 418 停止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)彈出的 TDMS 文件查看器 文本文件查看方式 查看文本文件，是將已經(jīng)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的歷史數(shù)據(jù)再次顯示出來(lái)。 歷史數(shù)據(jù)查看模塊 對(duì)應(yīng)于 節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件，歷史數(shù)據(jù)查看有兩種方式，即查看文本文件和查看 TDMS 文件。第一個(gè)組為 “采集時(shí)間 ”，其通道有 “時(shí)間 ”；第二個(gè)組為 “采集數(shù)據(jù) ”，它有兩個(gè)通道，即 “電壓信號(hào) ”和 “溫度信號(hào) ”通道；第三個(gè)組為 “溫度設(shè)定值 ”，它有通道 “溫度設(shè)定值 ”。 圖 417 數(shù)據(jù)存入 TDMS 文件 將采集時(shí)間 、電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、溫度設(shè)定值存入 TDMS 文件的程序框第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 26 圖 如圖 417 所示。 圖 416 電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文本文件 數(shù)據(jù)存入 TDMS 文件 在 LabVIEW 程序框圖的函數(shù) → 編程 → 文件 I/O→TDMS 流子模板中含有關(guān)于 TDMS 文件所有操作。 第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 選擇前面板的 、 文本框，可以指定電壓數(shù)據(jù)和溫度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。 數(shù)據(jù)存入文本文件 由于文本文件的特點(diǎn)，數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)格式首先選擇文本文件。 TDMS 文件較其他文件，有如下優(yōu)勢(shì)：讀寫文件速度快、支持隨機(jī)讀取、支持分別讀寫描述性信息和原始數(shù)據(jù)等 [19]。除了上述 4 種常見(jiàn)的文件格式，本文中還涉及到另外一種文件TDMS 文件。 圖 415 控制信號(hào)輸出程序框圖 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊 LabVIEW 進(jìn)行數(shù)據(jù)存放一般使用下面 4 種格式的文件，分別是二進(jìn)制文件、數(shù)據(jù)記錄 Datalog 文件、波形數(shù)據(jù)文件和文本文件 [18]。 第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 24 PID 產(chǎn)生的控制信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后，需要通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出，去控制硬件電路?？刂菩盘?hào)的輸出要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡 NI USB6009 的 AO 端，輸出幅值為 0～ 5V，故 PID 的輸出不能直接輸出，需要經(jīng)過(guò)一定的處理方案。 圖 414 控制信號(hào)產(chǎn)生環(huán)節(jié) PID 產(chǎn)生的控制信號(hào)要通過(guò) NI USB6009 的模擬輸出通道輸出去控制 PWM波產(chǎn)生電路。本設(shè)計(jì)采用臨界比例度法，使用 Matlab 仿真，仿真結(jié)果如圖 413 所示。 PID 調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律 如式 4 43 所示。 PID 控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè) 控制的主要技術(shù)之一 [17]。式中，設(shè) K =1，T =10s ,? =3s 。 控制信號(hào)的產(chǎn)生 電加熱爐是一個(gè)復(fù)雜的被控對(duì)象， 具有非線性、大滯后、時(shí)變性、升溫單向等特點(diǎn)。對(duì)于此節(jié)點(diǎn) ，當(dāng)傳感器激勵(lì)電流為 時(shí)，第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 輸入電壓 ～ 對(duì)應(yīng)于輸出溫度 0～ 100℃ 。 圖 412 線性標(biāo)度變換 線性變換后的數(shù)據(jù) 要用來(lái)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的溫度，本設(shè)計(jì)采用 LabVIEW 軟件提供的 轉(zhuǎn)換 RTD 讀數(shù)節(jié)點(diǎn) ，此節(jié)點(diǎn)位于函數(shù) → 編程 → 數(shù)值 → 縮放子選板中。標(biāo)度變換有線性和非線性之分。之后通過(guò)局部變量將最新的零點(diǎn)誤差傳遞給圖 412 中的變量。程序框圖如圖 411 所示。 圖 410 零點(diǎn)誤差處理 由于零點(diǎn)誤差會(huì)隨環(huán)境的變化而相應(yīng)改變，所以本系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了零點(diǎn)誤差第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 21 采集環(huán)節(jié)。 零點(diǎn)誤差會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量數(shù)據(jù)的真實(shí)性，必須采取措施消除或減小零點(diǎn)誤差的影響。 圖 49 數(shù)據(jù)濾波的程序框圖 零點(diǎn)誤差又稱零輸入誤差，既無(wú)被測(cè)信號(hào)輸入時(shí)測(cè)試系統(tǒng)的響應(yīng)。考慮到窗函數(shù)的作用，本設(shè)計(jì)選用 FIR 加窗濾波器。窗函數(shù)有很多 種，常用窗函數(shù)主要有 Hamming 窗、 Hanning 窗、 Blackman 窗、 Kaiser 窗、Triangle 窗、 Flat Top 窗、 Exponential 窗等。窗函數(shù)主要用于對(duì)截?cái)嗵幍牟贿B續(xù)變化進(jìn)行平滑，減少泄露。信號(hào)的有限化也稱為加窗處理。本設(shè)計(jì)采用帶通濾波器。濾波就是指對(duì)信號(hào)的噪聲干擾進(jìn)行抑制或衰減，并使有用信號(hào)正常通過(guò)的一種技術(shù)。下面將分別予以介紹。 圖 48 數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖 采集數(shù)據(jù)的處理 采集到的溫度數(shù)據(jù)一般要經(jīng)過(guò)處理再將數(shù)據(jù)送去顯示、存儲(chǔ)、打印等他操作。設(shè)置好個(gè)參數(shù)后，點(diǎn)擊 “開(kāi) 始采樣 ”按鈕，就第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 19 可按照設(shè)置好的參數(shù)采集溫度數(shù)據(jù)，并可在波形圖給予顯示。 按照如上步驟，編寫的溫度數(shù)據(jù)采集模塊的程序框圖如圖 48 所示。圖 47 所示是本設(shè)計(jì)所選擇的 VI。 (4) 調(diào)用 DAQmx 。 (2) 調(diào)用 DAQmx ，并設(shè)置采樣速率、采樣模式、緩存大小。本設(shè)計(jì)物理通道選擇 AI0、AO0，對(duì)應(yīng)的虛擬通道為 Dev1/ai0、 Dev1/ao0。所謂物理通道就是被測(cè)試的信號(hào)或生成的信號(hào)實(shí)際進(jìn)出計(jì)算機(jī)的路徑，例如， NI USB6009 上的模擬輸入通道 AI0～ AI5，模擬輸出通道 AO0、 AO1，數(shù)字 I/O 通道為 ～ ， ～ 。采集數(shù)據(jù)只有模擬量溫度信號(hào)，故為單通道數(shù)據(jù)采集。 第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 本設(shè)計(jì)要求加熱爐溫度穩(wěn)定在 80℃ ，允許有 177。借助于強(qiáng)大的硬件驅(qū)動(dòng)程序， LabVIEW 的編程工作將會(huì)大大簡(jiǎn)化，開(kāi)發(fā)效率顯著提高，開(kāi)發(fā)成 本也明顯降低。所謂硬件驅(qū)動(dòng)程序就是應(yīng)用軟件驅(qū)動(dòng)硬件正常工作的編程接口。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般由數(shù)據(jù)采集硬件、硬件驅(qū)動(dòng)程序和由數(shù)據(jù)采集函數(shù)編制的軟件幾個(gè)部分組成 [14]。 溫度信號(hào)的采集 基于虛擬儀器的采集系統(tǒng)典型框架為：傳感器 → 信號(hào)調(diào)理器 → 數(shù)據(jù)采集設(shè)備 → 計(jì)算機(jī)。選中 “如之前未打開(kāi)則在運(yùn)行后關(guān)閉 ”選項(xiàng)后，則當(dāng)主程序運(yùn)行結(jié)束后，其前面板會(huì)自動(dòng)消失。 圖 44 重置用戶名及密碼時(shí)提示輸入管理員密碼 圖 45 子 VI 屬性對(duì)話框 在對(duì)話框中單擊自定義按鈕，彈出自定義窗口外觀對(duì)話框，如圖 46 所示，在對(duì)話中選擇 “調(diào)用時(shí)顯示前面板 ”和 “如之前未打開(kāi)則在運(yùn)行后關(guān)閉 ”。 圖 42 登錄系統(tǒng)程序框圖 圖 43 用戶名或登錄密碼錯(cuò)誤時(shí)的提示對(duì)話框 主程序以子程序的形式嵌入到登錄系統(tǒng)中。 第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 15 當(dāng)用戶填寫不正確的用戶名或密碼時(shí)，會(huì)彈出如圖 43 所示的對(duì)話框，直至用戶輸入正確的用戶名和密碼。前面板添加了一個(gè)指示燈，當(dāng)正確登陸系統(tǒng)時(shí)會(huì)由紅色變 為綠色。當(dāng)?shù)谝淮蔚卿浵到y(tǒng)時(shí)，會(huì)提醒用戶進(jìn)行用戶名及登錄密碼的重新設(shè)置，當(dāng)然，用戶也可以主動(dòng)進(jìn)行用戶名及登錄密碼的修改。登錄系統(tǒng)前面板及程序框圖如圖 4 42 所示。 登錄系 統(tǒng)設(shè)計(jì) 圖 41 登錄系統(tǒng)前面板 完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)都必須要有使用權(quán)限設(shè)置。整個(gè)系統(tǒng)可分為登錄系統(tǒng)模塊、數(shù)據(jù)采集及處理控制模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、查看歷史數(shù)據(jù)模塊、打印模塊、通信模塊等各功能模塊，最后將這些小的功能模塊有機(jī)組合，組成完整的加熱爐溫控系統(tǒng)。通過(guò)改變 PWM 波占空比，就可以控制流過(guò)負(fù)載的電壓周波數(shù)，進(jìn)而達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，在本設(shè)計(jì)中，就是達(dá)到溫控的目的。此后，只要 PWM 波一直是高電平時(shí)，雙向可控硅就一直導(dǎo)通，使得負(fù)載上通過(guò)的是完整的正弦波。 R1R3R2C1M O C 3 0 4 1V C CA C 2 2 0 VP W M 脈沖12A 7 4 F 0