【正文】 感謝所有給予我關(guān)心和支持的老師們和。在這段時間里，王老師認(rèn)真負(fù)責(zé)地督導(dǎo)我們的畢業(yè)設(shè)計，及時指正我們的錯誤，耐心地給我們解疑釋惑，使得畢業(yè)設(shè)計進程得以順利進行，同時使我們收獲頗多。經(jīng)過這段時間的磨礪，我對自己所學(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、不足，對我未來的發(fā)展必將產(chǎn)生重要影響。，該系統(tǒng)難免有不足之處。比如：在讀取存儲數(shù)據(jù)時，用戶可以選擇讀取文本文件或讀取 TDMS 文件；在進行網(wǎng)絡(luò)通信時，用戶可以選擇采用 DataSocket 通信技術(shù)，也可以進行 Web 發(fā)布，其實在采用 DataSocket 通信技術(shù)時，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)計了使用控制信號與標(biāo)準(zhǔn)的三角波信號通過電平比較器產(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)計包括傳感器的選型、溫度測量電路的設(shè)計、數(shù)據(jù)采集卡的選型、PWM 波產(chǎn)生電路的設(shè)計、光耦及雙向可控硅的選型、交流過零觸發(fā) PWM 脈寬調(diào)功電路設(shè)計等。經(jīng)過長時間的不懈努力，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→修飾子選板對前面板對象進行重新布局、潤色加工，使得前面板對象第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 36 既操作方便，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，在網(wǎng)頁的前面板圖像空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單選擇“ 請求 VI 控制權(quán)” 就可以了。當(dāng)需要對原程序進行控制時，需要客戶機釋放控制權(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的 URL 地址，就可以實現(xiàn)程序的遠(yuǎn)程控制。如圖 430 所示，點擊“保存至磁盤 ”會彈出文件存盤對話框，記錄下 URL 地址，單擊確定完成HTML 文件創(chuàng)建。第二步，可以進行 “網(wǎng)頁標(biāo)題”“頁眉”“頁腳”的設(shè)置，本設(shè)計未作改變。第一步，選擇需要進行 Web 發(fā)布的 VI 和查看模式。設(shè)置好 Web 服務(wù)器后，就要進行創(chuàng)建 HTML 文件的工作。 在 Web 上發(fā)布程序在進行 Web 發(fā)布之前，需要打開 Web 服務(wù)器進行簡單的設(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 客戶機端程序框圖如上圖所示，本設(shè)計使用緩沖方式讀取數(shù)據(jù)。本設(shè)計利用DataSocket 函數(shù)編寫的通信程序，包括服務(wù)器端程序和客戶機端程序，在通信第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 34 時，用戶可以根據(jù)實際需要，設(shè)置本機為服務(wù)器端或客戶機端。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) 利用上一種方法實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，特點明顯，即無需編程、簡單易用，但其缺點也不容忽視，比如，在客戶端就無法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效處理。在程序運行之前，兩個計算機上的DataSocket Server 都必須要運行。建立前面板對象鏈接的方法是在準(zhǔn)備進行鏈接的前面板控件控件對象上彈出快捷菜單，選擇屬性選第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 33 項，在屬性對話框的數(shù)據(jù)綁定頁面進行設(shè)置，如圖 427 所示， “數(shù)據(jù)綁定選擇”選擇 DataSocket， “訪問類型”可選“ 只讀”、 “只寫”、 “讀/寫”，URL 中的 IP 地址為發(fā)送端的 IP。(1) 在前面板對象之間傳輸數(shù)據(jù) 利用 DataSocket 技術(shù)，進行前面板對象的鏈接，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸，并且只需要進行簡單的參數(shù)設(shè)置而不需要編程就可以實現(xiàn)。 DataSocket 的數(shù)據(jù)傳輸在用戶使用 DataSocket 通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸時，有兩種方法可供選擇：第一種是在前面板對象之間傳輸數(shù)據(jù)，第二種是在程序框圖中傳輸數(shù)據(jù)。此時，就需要利用 LabVIEW 提供了訪問 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)置幾個參數(shù)，就可以實現(xiàn)程序的遠(yuǎn)程控制。利用 DataSocket 通信技術(shù)，我們可以實現(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)傳送的保證機制，且可以實現(xiàn)應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)共享，但大多數(shù)使用起來并不方便，開發(fā)效率不高，當(dāng)需要數(shù)據(jù)的實時傳輸時，TCP 通信協(xié)議就不能滿足。UDP 通信方式不提供數(shù)據(jù)傳送的保證機制，如果在從發(fā)送方到接受方的傳遞過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，協(xié)議本身并不能做出任何檢測或提示。對于這三種通信方式，LabVIEW 都有相應(yīng)的節(jié)點，可編寫出完整的通信程序。LabVIEW 具有強大的網(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話框節(jié)點，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 31 通過點擊打印方式按鈕，可以選擇打印機打印或只在網(wǎng)頁顯示。本設(shè)計的打印既可以使用打印機打印，又可以只在網(wǎng)頁上進行顯示。為了方便顯示，創(chuàng)建了多列列表框的“項名”屬性節(jié)點。本設(shè)計編寫的相應(yīng)程序的前面板及程序框圖如圖 42423 所示。我們根據(jù)實際需要，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 41420 所示。圖 418 停止存儲數(shù)據(jù)時彈出的 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)存儲在計算機中的歷史數(shù)據(jù)再次顯示出來。 歷史數(shù)據(jù)查看模塊對應(yīng)于 節(jié)的數(shù)據(jù)存儲文件，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。第一個組為“采集時間 ”，其通道有 “時間”；第二個組為“采集數(shù)據(jù)”，它有兩個通道，即“電壓信號”和“ 溫度信號”通道；第三個組為“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 27 圖如圖 417 所示。圖 416 電壓數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)存儲到文本文件 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 26 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)的存儲位置。 數(shù)據(jù)存入文本文件由于文本文件的特點，數(shù)據(jù)的存儲格式首先選擇文本文件。TDMS 文件較其他文件，有如下優(yōu)勢：讀寫文件速度快、支持隨機讀取、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 控制信號輸出程序框圖 數(shù)據(jù)存儲模塊LabVIEW 進行數(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 25 PID 產(chǎn)生的控制信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后，需要通過數(shù)據(jù)采集卡輸出，去控制硬件電路。控 制 信 號 的 輸 出 要 經(jīng) 過 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 一 定 的 處 理 方 案 。pKIDK=pIKT=DpT圖 414 控制信號產(chǎn)生環(huán)節(jié)PID 產(chǎn)生的控制信號要通過 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 443 所示。PID 控制器結(jié)構(gòu)簡單、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)=1， =10 , =3 。 控制信號的產(chǎn)生電加熱爐是一個復(fù)雜的被控對象，具有非線性、大滯后、時變性、升溫單向等特點。對于此節(jié)點，當(dāng)傳感器激勵電流為 時，輸入電壓 ～ 對 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) 要用來轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的溫度，本設(shè)計采用 LabVIEW 軟件提供的轉(zhuǎn)換 RTD 讀數(shù)節(jié)點 ，此節(jié)點位于函數(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 。之后通過局部變量將最新的零點誤差傳遞給圖 412 中的變量。程序框圖如圖 411 所示。圖 410 零點誤差處理由于零點誤差會隨環(huán)境的變化而相應(yīng)改變，所以本系統(tǒng)還設(shè)計了零點誤差第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 22 采集環(huán)節(jié)。零點誤差會嚴(yán)重影響測量數(shù)據(jù)的真實性，必須采取措施消除或減小零點誤差的影響。圖 49 數(shù)據(jù)濾波的程序框圖零點誤差又稱零輸入誤差，既無被測信號輸入時測試系統(tǒng)的響應(yīng)?？紤]到窗函數(shù)的作用，本設(shè)計選用 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)主要用于對截斷處的不連續(xù)變化進行平滑，減少泄露。信號的有限化也稱為T??xt加窗處理。本設(shè)計采用帶通濾波器。濾波就是指對信號的噪聲干擾進行抑制或衰減，并使有用信號正常通過的一種技術(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)過處理再將數(shù)據(jù)送去顯示、存儲、打印等他操作。設(shè)置好個參數(shù)后，點擊“開始采樣” 按鈕，第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 20 就可按照設(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)計物理通道選擇 AI0、AO0 ，對應(yīng)的虛擬通道為 Dev1/ai0、Dev1/ao0。所謂物理通道就是被測試的信號或生成的信號實際進出計算機的路徑，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，故為單通道數(shù)據(jù)采集。第四章 溫控系統(tǒng)軟件設(shè)計 19 本設(shè)計要求加熱爐溫度穩(wěn)定在 80℃，允許有177。借助于強大的硬件驅(qū)動程序，LabVIEW 的編程工作將會大大簡化，開發(fā)效率顯著提高，開發(fā)成本也明顯降低。所謂硬件驅(qū)動程序就是應(yīng)用軟件驅(qū)動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)動程序和由數(shù)據(jù)采集函數(shù)編制的軟件幾個部分組成 [14]。 溫度信號的采集基于虛擬儀器的采集系統(tǒng)典型框架為：傳感器→信號調(diào)理器→數(shù)據(jù)采集設(shè)備→計算機。選中“如之前未打開則在運行后關(guān)閉” 選項后，則當(dāng)主程序運行結(jié)束后，其前面板會自動消失。圖 44 重置用戶名及密碼時提示輸入管理員密碼圖 45 子 VI 屬性對話框在對話框中單擊自定義按鈕，彈出自定義窗口外觀對話框，如圖 46 所示，在對話中選擇“ 調(diào)用時顯示前面板 ”和“如之前未打開則在運行后關(guān)閉”。圖 42 登錄系統(tǒng)程序框圖圖 43 用戶名或登錄密碼錯誤時的提示對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 16 當(dāng)用戶填寫不正確的用戶名或密碼時，會彈出如圖 43 所示的對話框，直至用戶輸入正確的用戶名和密碼。前面板添加了一個指示燈，當(dāng)正確登陸系統(tǒng)時會由紅色變?yōu)榫G色。當(dāng)?shù)谝淮蔚卿浵到y(tǒng)時，會提醒用戶進行用戶名及登錄密碼的重新設(shè)置，當(dāng)然，用戶也可以主動進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 442 所示。 登錄系統(tǒng)設(shè)計圖 41 登錄系統(tǒng)前面板完整的系統(tǒng)設(shè)計都必須要有使用權(quán)限設(shè)置。整個系統(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組合，組成完整的加熱爐溫控系統(tǒng)。通過改變 PWM 波占空比，就可以控制流過負(fù)載的電壓周波數(shù)，進而達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的，在本設(shè)計中，就是達(dá)到溫控的目的。此后，只要 PWM 波一直是高電平時，雙向可控硅就一直導(dǎo)通，使得負(fù)載上通過的是完整的正弦波。R1R3R2C1MOC3041 VCCAC220VPWM一一12A 74F04 NPN一一一一一一圖 38 交流過零觸發(fā) PWM 脈寬調(diào)功原理電路分析如下。交流過零觸發(fā) PWM 脈寬調(diào)功原理