【正文】 表1 為模擬端子說(shuō)明，表2 為數(shù)字端子說(shuō)明，表3 詳細(xì)描述了I/O 連接器的可用信號(hào)。3. NI USB6008/6009的I/O 連接器 NI USB6008/6009 隨附一個(gè)用于模擬信號(hào)的可拆卸式螺栓端子連接器和一個(gè)用于數(shù)字信號(hào)的可拆卸式螺栓端子連接器。網(wǎng)絡(luò)表可以從電路原理圖中獲得，也可以從印制電路板中提取出來(lái)。B．產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表網(wǎng)絡(luò)表是電路原理圖（SCH）與印制電路板設(shè)計(jì)（PCB）之間的一座橋梁。附 錄1. 74LS74推薦工作條件2. 電路板設(shè)計(jì)步驟一般而言，設(shè)計(jì)電路板可以分為三大步驟：A．電路原理圖的設(shè)計(jì)電路原理圖的設(shè)計(jì)主要是PROTEL099的原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)（Advanced Schematic）來(lái)繪制一張電路原理圖。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。這些都是我以后需要不斷學(xué)習(xí)，提高自己綜合能力加以克服的。 這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，是對(duì)我這四年來(lái)所學(xué)的專業(yè)知識(shí)是否踏實(shí)的檢驗(yàn)，讓我對(duì)這四年中所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了綜合，并得到了一定得升華，也讓我溫習(xí)了一些已經(jīng)快要淡忘的專業(yè)知識(shí)，并且還學(xué)到了一些實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。畢業(yè)設(shè)計(jì)小結(jié)歷經(jīng)整整大四的下半個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，這是我們大學(xué)之中最后一個(gè)也是最重要的一個(gè)設(shè)計(jì)、一個(gè)階段。使得我設(shè)計(jì)的很多的問(wèn)題都可以輕松的得到解決。你們的工作很了不起，很值得我尊敬。你們使我懂得了如何去主動(dòng)的學(xué)習(xí)，使我對(duì)本專業(yè)外的知識(shí)產(chǎn)生了濃厚的興趣，謝謝你們。在論文完成之際，對(duì)兩位導(dǎo)師一直以來(lái)給予的諄諄教誨和支持表示衷心的感謝。趙老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、品德高尚、學(xué)識(shí)淵博、平易近人，教會(huì)了我許多的道理，使我受益匪淺。 這些問(wèn)題都需要在以后的學(xué)習(xí)中進(jìn)行進(jìn)一步的深入研究。以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的信號(hào)采集和調(diào)理功能；詳細(xì)介紹了計(jì)算機(jī)測(cè)控的硬件部分，包括數(shù)據(jù)采集卡NI USB6008以及連接卡與信號(hào)調(diào)理電路；分析了使用LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)的系統(tǒng)軟件程序并介紹了液位計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)的用戶使用界面所能實(shí)現(xiàn)的功能；深入介紹了系統(tǒng)的執(zhí)行部分的核心部件電磁控制板的組成部件，包括繼電器的原理、結(jié)構(gòu)特征、注意事項(xiàng)和六反向器74LS04的工作原理，然后簡(jiǎn)要的介紹了電磁閥門(mén)；針對(duì)已有系統(tǒng)存在的非線性控制的不足，提出了使用線性閥門(mén)和PID控制的線性化改進(jìn)方法。第六章 全 文 總 結(jié) 液位測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一個(gè)集計(jì)算機(jī)液位自動(dòng)測(cè)量、控制、過(guò)程可視化、檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理為一體的原理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)液位測(cè)量的全過(guò)程：從傳感器到信號(hào)放大器，從顯示儀表到計(jì)算機(jī)采集，計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)顯示和記錄，以及液位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)閉環(huán)自動(dòng)控制等的。它具有不依賴系統(tǒng)精確數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化具有較好的魯棒性。人們?cè)趯?duì)PID應(yīng)用的同時(shí)，也對(duì)其進(jìn)行了各種改進(jìn)：主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是對(duì)常規(guī)PID本身結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，即變結(jié)構(gòu)PID控制，主要有:積分分離PID控制算法、遇限削弱積分PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法。對(duì)于時(shí)變對(duì)象和非線性系統(tǒng)，傳統(tǒng)的PID控制更是顯得無(wú)能為力。加之，人們對(duì)控制品質(zhì)的要求日益提高，常規(guī)PID控制的缺陷逐漸暴露出來(lái)。但是，隨著工業(yè)的發(fā)展，對(duì)象的復(fù)雜程度不斷加深，尤其對(duì)于大滯后、時(shí)變的、非線性的復(fù)雜系統(tǒng):其中有的參數(shù)未知或緩慢變化；有的帶有延時(shí)或隨機(jī)干擾。采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量Au(k)對(duì)應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置(例如閥門(mén)開(kāi)度)的增量。本系統(tǒng)采用增量式PID控制算法，具體表達(dá)式為： （53）控制系統(tǒng)示意圖如下：圖52 增量式PID控制系統(tǒng)框圖實(shí)際使用中可將表達(dá)式寫(xiě)為： （54）式中 （55） （56） （57）其中A ,B ,C都是與采樣周期、比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù)有關(guān)的系數(shù)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字PID控制器。計(jì)算機(jī)控制是一種采樣控制，它只能根據(jù)采樣時(shí)刻的偏差值計(jì)算控制量。但它的不足之處在于積分作用具有滯后特性，積分控制作用太強(qiáng)會(huì)使控制的動(dòng)態(tài)性能變差，以至于使系統(tǒng)不穩(wěn)定。2. 積分環(huán)節(jié)積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù)TL,TL越大,積分作用越弱,反之則越強(qiáng)。比例控制的缺點(diǎn)是對(duì)于具有自平衡性(即系統(tǒng)階躍響應(yīng)終值為一有限值)的被控對(duì)象存在靜差。 TL積分時(shí)間常數(shù)。圖51 模擬PID控制系統(tǒng)原理框圖PID控制器是一種線性控制器，它根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值Y(t)構(gòu)成控制偏差 e(t)=r(t)Y(t) （51）將偏差的比例(P)、積分(I)和微分(D)通過(guò)線性組合構(gòu)成控制量,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。常規(guī)PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖51 所示。本章將重點(diǎn)介紹PID控制的基本原理和數(shù)字PID控制算法。將三種方式組合在一起，就是比例積分微分(PID)控制。添入積分控制后，可以消除純比例控制無(wú)法消除的余差。PID調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)易于調(diào)整，在長(zhǎng)期應(yīng)用中己積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。線性改進(jìn)方法是在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中采用數(shù)字PID控制，并用線性控制閥取代執(zhí)行部分元件，系統(tǒng)輸出信號(hào)直接使用D/A轉(zhuǎn)換器變?yōu)槟M信號(hào)來(lái)控制執(zhí)行部分的線性控制閥，調(diào)節(jié)液位使其達(dá)到設(shè)定的液位值。 等待水位達(dá)到平衡，觀察系統(tǒng)是否滿足實(shí)驗(yàn)要求的性能，如果不滿足，找出并解決問(wèn)題，然后重復(fù)進(jìn)行前四步直到完成要求。 設(shè)備運(yùn)行前進(jìn)行檢查，確定連線正確及設(shè)備保護(hù)措施具備，運(yùn)行Labview軟件中編寫(xiě)的程序，點(diǎn)開(kāi)關(guān)按鈕處于紅色關(guān)閉狀態(tài)，以使系統(tǒng)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。具體的LabVIEW后面板程序框圖如圖43所示。將實(shí)際液位與設(shè)定液位捆綁（bundle）輸出波形圖，動(dòng)態(tài)的反映控制的過(guò)程。并且在判斷模塊使用實(shí)際液位高度與設(shè)定高度之間的比較。能夠完成設(shè)定水位與實(shí)際水位的智能控制的是一個(gè)判斷模塊，通過(guò)比較大小后得到的布爾量控制多功能的邏輯開(kāi)關(guān)來(lái)為芯片提供16進(jìn)制數(shù)，完成其功能。故注水與排水閥門(mén)的狀態(tài)組合有4種，如下表41：表41 閥門(mén)的數(shù)字邏輯開(kāi)關(guān) 注水閥門(mén)/排水閥門(mén) 注水閥門(mén) 排水閥門(mén) 0 0 開(kāi) 關(guān) 0 1 開(kāi) 開(kāi) 1 0 關(guān) 關(guān) 1 1 關(guān) 開(kāi) 當(dāng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)注水功能時(shí)，需要注水閥門(mén)開(kāi)啟，排水閥門(mén)關(guān)閉，將16進(jìn)制“0”（代表2進(jìn)制的0000 0000）寫(xiě)入芯片，完成注水功能。排水閥門(mén)數(shù)字寫(xiě)入“1”為高電平開(kāi)啟閥門(mén)，“0”為低電平關(guān)閉閥門(mén)。為了提高采集數(shù)據(jù)的精確性，在設(shè)計(jì)中通過(guò)使用循環(huán)程序使用了多次采樣取平均值的方法，完成精度要求。在后面板的程序設(shè)計(jì)中包括了數(shù)據(jù)采集模塊，系統(tǒng)控制模塊和顯示模塊等。圖42 LabVIEW的前面板 LabVIEW后面板程序設(shè)計(jì)前面板的每一個(gè)控件在后面板都有一個(gè)框圖程序與其對(duì)應(yīng)，在后面板的程序設(shè)計(jì)中，通過(guò)使用函數(shù)，子VI和連線，按一定的邏輯連接框圖程序，完成用戶的需求。動(dòng)態(tài)信息提示框?qū)崟r(shí)給出系統(tǒng)的過(guò)程信息，例如，設(shè)定液位高度，誤差帶等。數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示區(qū)用圖形的方式直觀顯示出液位容器的幾何形狀，動(dòng)態(tài)顯示容器內(nèi)液體的高度和高度標(biāo)尺等內(nèi)容，并以數(shù)字量和曲線的形式實(shí)時(shí)顯示液位的變化情況也可以，根據(jù)實(shí)際要求決定是否顯示傳感器的采樣電壓和系統(tǒng)的狀態(tài)，包括：注水和排水的顯示燈顯示，警報(bào)顯示。在前面板中根據(jù)用戶要求使用各種圖標(biāo)：數(shù)字控件與指示器，布爾控件與指示器和配置控件與指示器。 整個(gè)軟件系統(tǒng)的接口具體如下：輸入：液位數(shù)字信號(hào)、設(shè)置的液位高度值輸出：液位高度的數(shù)字、曲線和可模擬化實(shí)時(shí)顯示 采樣電壓值的實(shí)時(shí)顯示 操作過(guò)程的動(dòng)態(tài)提示 顯示實(shí)驗(yàn)過(guò)程的記錄數(shù)據(jù) 控制入水閥和出水閥開(kāi)關(guān)的數(shù)字信號(hào) LabVIEW前面版設(shè)計(jì)前面板是圖形化的用戶界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。軟件需求：液位測(cè)量計(jì)算機(jī)顯示部分需要完成：液位信號(hào)采集、液位信號(hào)處理和液位及其相關(guān)的信號(hào)顯示。液位計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是用LabVIEW設(shè)計(jì)的實(shí)時(shí)交互圖形界面應(yīng)用系統(tǒng)。一是采集到的液位電信號(hào)；二是設(shè)置液位高度；三是實(shí)驗(yàn)者配置的系統(tǒng)參數(shù)；四是實(shí)驗(yàn)者自己編寫(xiě)的測(cè)控程序。 液位測(cè)量與控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)軟件功能主要包括：計(jì)算機(jī)測(cè)量，計(jì)算機(jī)控制和狀態(tài)顯示三大功能，程序編寫(xiě)利用LabVIEW軟件系統(tǒng)具有友好的用戶界面，實(shí)驗(yàn)者可以方便地利用鼠標(biāo)進(jìn)行操作，通過(guò)對(duì)話框修改系統(tǒng)的參數(shù)配置，設(shè)置期望液位高度等，可直接在運(yùn)行界面上觀察到其操作的效果，并且提供實(shí)驗(yàn)者參與實(shí)驗(yàn)過(guò)程的手段。7） 模塊結(jié)構(gòu)增加中間判斷層次，提高可擴(kuò)充性。由于副作用的減少，可以降低錯(cuò)誤的發(fā)生率。保持模塊接口的簡(jiǎn)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。一般來(lái)講，底層模塊的扇入較高，頂層模塊的扇出較高。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(nèi)。② 模塊的合并；③ 模塊的復(fù)制。在求精過(guò)程的每一步，抽象概念(語(yǔ)句或數(shù)據(jù))都被精細(xì)化。1）自頂向下逐步求精的設(shè)計(jì)方法軟件設(shè)計(jì)往往在開(kāi)始時(shí)不了解問(wèn)題的全部細(xì)節(jié)，只能對(duì)問(wèn)題做出全局性的決策，即設(shè)計(jì)表征解決問(wèn)題一般策略的抽象算法。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開(kāi)發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)之后，應(yīng)該采用好的程序開(kāi)發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等。利用此軟件程序是否能在不同的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上移植，將來(lái)能否方便的擴(kuò)展虛擬儀器的功能。設(shè)計(jì)一個(gè)虛擬儀器系統(tǒng)，在硬件平臺(tái)確定之后，就可以通過(guò)設(shè)計(jì)不同的軟件，實(shí)現(xiàn)不同的儀器功能。流程圖中包括前面板上的控件連線端子，還有一些前面板上沒(méi)有，但編程必須有