【正文】 圖 4. 3 歷史數(shù)據(jù)表格顯示界面 第五章 總 結(jié) 在這兩個多月的畢業(yè)設(shè)計中，我用在課堂上所學(xué)到的知識親自去設(shè)計、安裝、調(diào)試一個完整的自動控制系統(tǒng)，雖然只是部分地實現(xiàn)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. 在整個。 歷史數(shù)據(jù)讀取 對采集數(shù)據(jù)的保存是本設(shè)計的一個突出特點，數(shù)據(jù)保存有著實際的意義，這樣便于以后訪問歷史數(shù)據(jù)，還可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程訪問。非常清楚的表達(dá)了采集波形的動態(tài)曲線。 Labview 提供了非常豐富的圖形界面來進行前面板的設(shè)計，波形圖表能非常 清晰的實時顯示采集的液位波形。最后將滿足要求的曲線保存。 設(shè)備運行前進行檢查，確定連線正確及設(shè)備保護措施具備，運行Labview 軟件中編寫的程序。 圖 參數(shù)設(shè)置前面板及程序框圖 第四章 系統(tǒng)軟件的具體實現(xiàn) 系統(tǒng)監(jiān)控界面 當(dāng)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(shù)據(jù)。 參數(shù)設(shè)置（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。 上限 控件選板 新式 數(shù)值 數(shù)值顯示控件 。 歷史數(shù)據(jù)回放（按鈕） 控件選板 布爾 確定按鈕 。具體程序見圖。 函數(shù)選板 編程 文件 I/O寫入電子表格文件 。 函數(shù)選板 編程 文件 I/O創(chuàng)建路徑 。 函數(shù)選板 編程 定時 格式化日期 /時間字符串 。 數(shù)據(jù)保存程序 數(shù)據(jù)保存是把采集來的數(shù)據(jù)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(chǎn)生不同的 excel 表，不會丟失數(shù)據(jù)，具體程序見圖 。 函數(shù)選板 編程 字符串 字符串 /數(shù)值轉(zhuǎn)換 數(shù)值至小數(shù)字符串轉(zhuǎn)換 。 函數(shù)選板 編程 定時 格式化日期 /時間字符串 。 報警燈 控件選板 新式 布爾 圓形指示燈 。 圖 3. 3 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)實時顯示程序 上限 控件選板 新式 數(shù)值 數(shù)值顯示控件 。 實時數(shù)據(jù)顯示模板 :控件選板 新式 列表、表格、樹 表格 。具體結(jié)構(gòu)見圖 基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng)功能模塊圖。 圖 ，增加了一個中間判斷層模塊 F，以一個開關(guān)量 Flag 決定模塊 A要調(diào)用的模塊，這樣對 A的修改，僅局限于 Flag 的設(shè)置，大大較少了工作量。 7）模塊結(jié)構(gòu)增加中間判斷層次，提高可擴充性 圖 ，模塊 A調(diào)用 B，以后擴充時還要讓 A 調(diào)用 C(圖 )。由于副作用的減少，可以降低錯誤的發(fā)生率。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。一般來講，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。在求精過程的 每一步，抽象概念 (語句或數(shù)據(jù) )都被精細(xì)化。 1）自頂向下逐步求精的設(shè)計方法 軟件設(shè)計往往在開始時不了解問題的全部細(xì)節(jié)，只能對問題做出全局性的決策，即設(shè)計表征解決問題一般策略的抽象算法。 程序模塊化設(shè)計概述 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能在很大程度上取決于其應(yīng)用軟件的研究與開發(fā)，所以在明確了系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)之后，應(yīng)該采用好的程序開發(fā)方法，如結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法、模塊化思想、多線程以及軟件系統(tǒng)的評價標(biāo)準(zhǔn)等等。 在設(shè)計、實現(xiàn)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(jié)構(gòu)上，是否需要編程經(jīng)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。 第三章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵。 本章小結(jié) 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(wù)進行了模塊劃分，并對各個模塊所要實現(xiàn)的功能做了詳細(xì)的設(shè)計，最后對每個模塊進行了非常詳細(xì)的硬件電路設(shè)計。根據(jù)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(shù)， 從而合理選擇三極管的型號，及電阻的大小。 風(fēng)扇和蜂鳴器都是屬于小型負(fù)載，為了提高驅(qū)動電流來驅(qū)動負(fù)載，必須使用三極管來驅(qū)動。 圖 4． 13 4094 引腳圖 風(fēng)扇和蜂鳴器控制模塊的設(shè)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(yán)重后果，本課題中利用風(fēng)扇來降低系統(tǒng)的溫度，從而實現(xiàn)溫度的精確控制。在圖 413 中， 4094 的 OUTPUT ENABLE 為使能端，STROBE 為開關(guān)端， DATA 為數(shù)據(jù)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。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(yīng)如下： 4I 代碼位對應(yīng)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(shù)字的代碼表如下： 表 42 字型所對應(yīng)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(qū)動芯片 4094 的原理 4094 是一個具有三態(tài)輸出的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)并行數(shù)據(jù)的芯片。所謂共陽極就是把發(fā)光二極管的陽極連在一起構(gòu)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(dǎo)通點亮，而輸入高電平的則不點亮。通過發(fā)光二極管的亮暗的不同組合，可以顯示多種數(shù)字、字母以及其它符號。 數(shù)碼管顯示電路的原理及其設(shè) 計 本課題中的顯示數(shù)據(jù)采用三個 7 段共陽極數(shù)碼管，如圖 4 一 11 所示，需要顯示的數(shù)據(jù)是單片機通過 4094 串行傳入的，即數(shù)碼管通過 4094 驅(qū)動而顯示數(shù)據(jù)的。這樣單片機就可以完成按鍵的監(jiān)控。 AT89S52 與鍵盤、數(shù)碼管顯示的接口設(shè)計 鍵盤電路的原理及其設(shè)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。所以，通過給 P2 口輸出一個 8 位二進制數(shù)可以控制 8 路信號的開通與關(guān)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(diào)節(jié)振蕩電路的頻率。如圖 48 所示，它通過設(shè)置 RT 端的電阻值和 CT端的電容值產(chǎn)生特定頻率的鋸齒波，該鋸齒波通過電壓比較器電路即可轉(zhuǎn)換為矩形波。 本課題中的功率控制采用頻率調(diào)制 (PFM)的方法，即通過輸出不同的控制頻率，來開通和關(guān)斷功率管 IGBT，以此來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)的功率。這些操作的完成都是在時鐘信號 CLK 的協(xié)調(diào)下完成的。其作用分別為：／ CS 為使能信號線， CLK 為時鐘信號線，DATA 為數(shù)據(jù)線。二者的原理一致，設(shè)計思路類似，這里就不再贅述。所以按照電流的比例可以算 R83 上的電流及電壓，將此電壓經(jīng)過限流電阻 R85 接入 AD 采集端即可。流程圖如 4—6所示。該信號經(jīng)整流變?yōu)橹绷麟娏餍盘枴? 調(diào)理電路的設(shè)計 基于以上對電流互感器的原理及其應(yīng)用的理解。 2 表示副邊線圈的電流，即轉(zhuǎn)化后的小電流信號。原、副邊線圈電流之間的關(guān)系公式如下： 121 NII ?? 公式（ 44） 其中， N 表示電流互感器的匝數(shù)，決定了電流轉(zhuǎn)換的比例 的大小。被測回路相當(dāng)于變壓器的原邊，變換后的相當(dāng)于副邊，線圈匝數(shù)比為 1： N。 電流互感器簡介及調(diào)理電路的設(shè)計 電流互感器簡介 電流互感器的原理類似于變壓器的原理，也是基于電磁感應(yīng)基本原理，即當(dāng)電路中通以一 定頻率的交流電時，會引起互感器內(nèi)部磁心的磁通量變化，從而使互感器的線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 本課題中有 3 個熱敏電阻電路，分別用來測試散熱板溫度，爐盤溫度和空氣溫度。 R(25C)為 100Kf2，即溫度為 25C 時的電阻值為 100K． O．。下圖 4—4 是其中一個溫度測試的電路圖。下面分別介紹： 電阻值 R(kQ)： 電阻值可以近似地用如下公式表達(dá)： ?????? ???????? ???? 1212 11 TTBE X PRR 公式 (43) 其中： Rl、 R2 為絕對溫度下 Tl、 T2 時的電阻值 (kΩ ) B 為 B 值 (K) 絕對溫度和攝氏溫度的換算關(guān)系如下： T 絕對溫度 (K)=T 攝氏溫度 (℃ )+273 B 值： B（ K） B 值反映了兩個溫度之間的電阻變化，可用下述公式計算： 21212121 /1/1 ??????? 公式 (43) 其中： R R2 絕對溫度 T T2 時的電阻值 耗散系數(shù) 6(mW／ ℃ )： 耗散系數(shù)是指熱敏電阻消耗的功率與環(huán)境溫度變化之比： 020 TTRITT W ????? 公式 (43) 其中： W 熱敏電阻消耗的功率 T 熱平衡時的溫度 Tb 周圍環(huán)境溫度 I 在溫度 T 時通過熱敏電阻電流 R 在溫度 T 時熱敏電阻的電阻值 時間常數(shù) T(second)： 時間常數(shù)是熱敏電阻在零功率狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度由一個特定溫度向另一個特定溫度突變時， 溫度變化 63． 2％所需時間。 NTC 熱敏電阻器可廣泛應(yīng)用于溫度測量、溫度補償、抑制浪涌電流等場合。溫度低時，這些氧化物材料的載流子 (電子和孔穴 )數(shù)目少，所以其電阻值較高；隨著溫度的升高，載流子數(shù)目增加，所以電阻值降低。 NTC 熱敏電阻器由高純度過渡金屬錳 (Mn)、鈷 (Co)，鎳 (Ni)和銅 (Cu)等金屬氧化物經(jīng)共沉淀制粉、等靜壓成型后 1200～ 1400C 高溫?zé)Y(jié)而成的。根據(jù)變換的不同，熱敏電阻可分為正溫度系數(shù)熱敏電阻和負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。 8．風(fēng)扇及其驅(qū)動電路模塊：本模塊是控制溫度的主要手 段，當(dāng)散熱板溫度，空氣溫度等超過規(guī)定值時開啟風(fēng)扇，用于降低溫度以及對溫度的精確控制，防止因溫度過高而損壞器件。 6．指示燈模塊：用于顯示各種情況，如是否有故障，開關(guān)狀態(tài)，定時狀態(tài)， 溫度／頻率狀態(tài)等等。此外還包括一些組合鍵。 3．振蕩電路模塊：本模塊在單片機的控制下可以輸出特定頻率的矩形波信號，該信號可以對 IGBT 的開通和關(guān)斷進行控制，也就是可以對系統(tǒng)的功率進行控制。它們之間的關(guān)系如下圖所示： 熱 敏 電阻 ， 溫度 互 感器 及 調(diào)節(jié) 電 路M C UA T 8 9 S 5 2A D 采 集模 塊鍵 盤 模 塊振 蕩 電路 模 塊顯 示 及 驅(qū) 動模 塊溫 度 信 號電 流 信 號控 制 IG B T 開 通和 關(guān) 斷指 示 燈 模 塊蜂 鳴 器 及 驅(qū) 動 模 塊風(fēng) 扇 及 驅(qū) 動 模 塊圖 43 控制系統(tǒng)的總體模塊圖 控制系統(tǒng)的各個模塊功能及作用 下面分別對各個模塊進行簡要的說明： 1．熱敏電阻、電流互感器及調(diào)理電路：相當(dāng)于系統(tǒng)的 “眼睛 ”，即系統(tǒng)的測量工具，通過它可以將溫度信號和電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C可以測量的小電流信號或電壓信號，然后送入處理系統(tǒng)進行分析。 9． eLK：時鐘信號輸入端。 7． CS：芯片使能端。i：外部參考電壓輸入端和輸出端。REFO39。 4． COM：公共輸入端。 2． VCC：電源供電端。 ADC08038 的引腳圖如圖 4—2 所示。 3． TTL／ cMoS 輸入輸出兼容。其主要特征為： 1．單 5V 供電的 O～ 5V 模擬信號輸入。該芯片具有 8 路可選的通道，通過寫 DI 腳的數(shù)來決定是否開通哪個通道進行采集。 24． Nc： No Connect，未用的引腳。 22． P1． 6／ MIS0： ISP 的 “主入從出 ”。 20． P3． 7／ RD：外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通。 18． P1． 1／ T2EX：定時／計數(shù)器 2 的外部輸入。 16． P3． 4／ T0：定時／計數(shù)器 O 的外部輸入。 14． P3． 2／ INT0：外部中斷 0。 12． P3． 0／ RXD．