基于虚拟仪器的温度监测系统_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于虚拟仪器的温度监测系统_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

都拥有专门的 LabVIEW 驱动程序，使用 LabVIEW 可以非常便捷的控制这些硬件设备。 同时，用户也可以十分方便地找到各种 适用于测试测量领域的 LabVIEW 工具包。 这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。 有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。 ：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的 LabVIEW自然而然地首先拓展至控制领域。 LabVIEW 拥有专门用于控制领域的模块LabVIEWDSC。 除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的 LabVIEW 驱动程序。 使用 LabVIEW 可以非常方便的编制各种 控制程序。 仿真： LabVIEW 包含了多种多样的数学运算 函数 ，特别适合进行模拟、 仿真 、原型设计等工作。 在设计机电设备之前，可以先在计算机上用 LabVIEW 搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。 在高等教育领域，有时如果使用 LabVIEW进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。 儿童教育：由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童接受和理解，所以 LabVIEW 非常受少年儿童的欢迎。 对于没有任何计算机知识的儿童而言，可以把 LabVIEW 理解成是一种特殊的 “ 积木 ” ：把不同的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。 著名的可编程玩具 “ 乐高积木 ” 使用的就是LabVIEW 编程语言。 儿童经过短暂的指导就可以利用 乐高积木 提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用 LabVIEW 编写控制其运动和行为的程序。 除了应用于玩具， LabVIEW 还有专门用于中小学生教学使用的版本。 快速开发：根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的 LabVIEW 程序员所需的开发时间，大概只是熟练的 C程序员所需时间的1/5 左右。 所以，如果项目 开发时间紧张，应该优先考虑使用 LabVIEW，以缩短开发时间。 跨平台：如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用 LabVIEW。 LabVIEW 具有良好的平台一致性。 LabVIEW 的代码不需任何修改就可以运行在常见的台式机操作系统上： Windows、 Mac OS 及 Linux。 除此之外， LabVIEW还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，比如常见的 PDA、 FPGA 以及运行 VxWorks和 PharLap 系统的 RT设备。 基于虚拟仪器的温度监测系统 12 第 3 章 系统硬件设计 硬件流程 设计 温室大棚内的温度传感器、数据采集卡和计算机的安装和连线， 以及对空调的控制 ，采用了三个温度传感器 、 三个数据采集卡 和三个空调 ，传到计算机内，进行LABVIEW 的检测和控制。 首先我们先选好被测地点，然后再进行测温。 温度为被测对象，在利用温度传感器 DS18B20测温，再通 过数据采集卡 USB2020把温度传感器采集的数据传到计算机内，再在计算机内开发软件，在利用开发软件控制设备，从而控制温度。 如 图 测量系统结构框图 ，这图只是简化了我们的测量过程。 图 测量系统结构框图 硬件电路设计 （一） 硬件电路基本组成 系统硬件结构，虚拟仪器系统的硬件主要由个人计算机工作站和硬件接口模块组成，其中计算机是主体，主要用来提供实施高校的数据处理性能，硬件接口模块包括仪器和各种通用接口总线，主要用来采集，传输信号。 仪器 硬件，温度传感器，插入式数据采集卡 DAQ，信号调理器等，通用总线用来把独立的仪器连接到计算机上，目前较为常用的仪器系统是数据采集卡系统， GPIB 仪器控制系统， VXI 仪器系统以及三者之间的任意结合。 （二） 硬件电路基本功能描述 此硬件系统主要利用半导体来调节温度大小，利用温度传感器来对温度进 行数据采集 ，对温度测量而言，温度传感器的选择是整个系统第一步，也是直接影响系统稳被测对象 传感器 数据采集卡 计算机 开发软件 空调设备 基于虚拟仪器的温度监测系统 13 定性能的重要因素之一。 硬件电路基本功能描述如图 图 硬件功能分析 （ 1） 模 /数转换及数据存储 设置具有通用性的数据自动采集系统，一般应满足能对多路信号尽可能同步地进行采集， 为了使所采集到的数据不但能够在数据采集器上进行存储，而且还能及时地在采集过程中将数据传送到上位机，选用存储量比较适中的先进先出存储器，这样既能满足少量数据存储的需要，又能在需要实时传送数据时，在 A/D 转换的同时进行数据传送，不丢失任何数据。 )VXI 总线接口 ； VXI 总线数据采集器通常可以利用两种 VXI 总线 ， 通用接口消息基接口和寄存器基接口。 消息基接口的作用是通过总线传送命令，从而控制仪器硬件的操作。 通用寄存器 基接口是 由寄存器简单的读写来控制仪器硬件的操作。 利用消息基接口进行设计。 （ 2） 采样通 道控制 为了满足几种典型系统通道控制的要求，使通道的数量足够多，通道的选取比较灵活，可以利用寄存器电路、可预置计数器电路以及一些其他逻辑电路的配合，将采样通道设计成最多 64 路、最少 2 路可以任意选择，而且可以从任意一路开始采样，也可以到任意一路结束采样，只要截止通道号大于起始通道号就可以了。 整个控制在传感器将被测信号转换为电信号 数据采集卡采集模拟信号 ,转化为数字信号 设备驱动程序将数字信号读入计算机 在开发平台上设计信号测量流程和面板 基于虚拟仪器的温度监测系统 14 虚拟仪器软面板上进行操作，通过消息基接口将命令写在这部分的控制寄存器中，从而设置计数器的初值以及采样的通道总数。 （ 3） 定时采样控制 由于不同的自动测试系统对采样时间间隔的要求不同，以及同一系统在不同的试验中需要的采样时间间隔也不尽相同，故可以采用程控的方式将采样时间间隔设置在2 μ s~13. 0 ms 之间任意选择，可以增加或减少的最小单位是 2 μ s。 所有这些选择设置可以在虚拟仪器软面板上进行。 （ 4） 采样点数控制 根据不同测试系统的需求，将采样点数设计成可在一个比较大的范围中任意选择，该选择同样是在软面板上进行。 （ 5） 采样方式控制 总结各种自动测试系统的采样方式不外乎软件触发采样和硬件触发采样。 在硬件触发采样中又 包括同步 调 整周期采样和非同步 调 整周期采样，这 2 种采样又可以是定时进行的或等转速差进行的。 所有这些采样方式，对于数据采集器来说都可以在软面板上进行选择。 硬件 组成 部分 硬件电路 由 温度传感器、 数据采集卡 和计算机组成。 其中温度传感器选用DS18B20 智能温度传感器，作用是采集大棚内的温度，并进行判断。 数据传感器主要是 使 数据传入计算机。 温度传感器 DS18B20 数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有 LTM8877， LTM8874 等等。 主要根据应用场合的不同而改变其外观。 封装后的 DS18B20 可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。 耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。 技术性能描述 ； (1)独特的单线接口方式， DS18B20 在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微 处理器与 DS18B20 的双向通讯。 (2)测温范围 － 55℃ ～ +125℃ ，固有测温误差 ℃。 基于虚拟仪器的温度监测系统 15 (3)支持多点组网功能，多个 DS18B20 可以并联在唯一的三线上，最多只能并联 8 个， 实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。 (4)工作电源 : 3~5V (5)在使用中不需要任何外围元件 (6)测量结果以 9~12 位数字量方式串行传送 (7)不锈钢保护管直径 Φ6 (8)适用于 DN15~25, DN40~DN250 各种介质工业管道和狭小空间设备测温 (9)标准安装螺纹 M10X1, , G1/2” 任选 (10)PVC 电缆直接出线或德式球型接线盒出线 ,便于与其它电器设备连接。 应用 范围 ； (1)该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电缆线槽等测温和控制领域。 (2)轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。 (3)汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。 (4)供热 /制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制 接线说明 ； 独特的一线接口，只需要一条口线通信。 多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件。 可用数据总线供电，电压范围为 V 至 V 无需备用电源。 测量温度范围为 55℃ 至 +125℃。 华氏相当于是 67 华氏度 到 257华氏度。 10℃ 至 +85℃范围内精度为 177。 ℃。 温度传感器可编程的分辨率为 9~12 位 温度转换为 12位数字格式最大值为 750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统 描述该 DS18B20 的数字温度计提供 9 至 12 位（可编程设备温度读数 )。 由于DS18B20 是一条口线通信，所以中央微处理器与 DS18B20 只有一个一条口线连接。 为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个DS18B20 的包含一个独特的序号，多个 ds18b20s 可以同时存在于一条总线。 这使得温度传感器放置在许多不同的地方。 它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。 主要组成部分 DS18B20 的。 DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由 1 线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 DS18B20 的电源也可以从外部 3V5 .5V 的电压得到。 基于虚拟仪器的温度监测系统 16 因为一线通信接口，必须在 先完成 ROM 设定，否则记忆和控制功能将无法使用。 主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）读 ROM， 2 ） ROM 匹配， 3 ）搜索 ROM， 4 ）跳过 ROM， 5 ）报警检查。 这些指令操作作用在没有一个器件的 64 位光刻 ROM序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。 若指令成功地使 DS18B20 完成温度测量，数据存储在 DS18B20 的存储器。 一个控制功能指挥指示 DS18B20 的演出测温。 测量结果将被放置在 DS18B20 内存中，并可以让阅读发出记忆功能的 指挥，阅读内容的片上存储器。 温度报警触发器 TH和 TL都有一字节 EEPROM 的数据。 如果 DS18B20 不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。 在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。 写 TH,TL 指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。 通过缓存器读寄存器。 所有数据的读，写都是从最低位开始。 DS18B20 有 4个主要的数据部件 ； （ 1）光刻 ROM 中的 64 位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该 DS18B20 的地址序列码。 64 位光刻 ROM 的排列是：开始 8 位（ 28H）是产品类型标号， 接着的 48位是该 DS18B20 自身的序列号，最后 8 位是前面 56 位的循环冗余校验码（ CRC=X8+X5+X4+1）。 光刻 ROM 的作用是使每一个 DS18B20 都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个 DS18B20 的目的。 （ 2） DS18B20 中的温度传感器可完成对温度的测量，以 12位转化为例：用 16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以 ℃ /LSB 形式表达，其中 S为符号位。 DS18B20 的外形和内部结构 ； DS18B20 内部结构主要由四部分组成： 64 位光刻 ROM 、温度传感器、非挥发的温度 报警触发器 TH 和 TL、配置寄存器。 DS18B20 工作原理 ； DS18B20 的读写时序和测温原理与 DS1820 相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由 2s 减为 750ms。 DS18B20 测温原理如图 3所示。 图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器 1。 高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2的脉冲输入。 计数器 1 和温度寄存器被预置在－ 55℃ 所对应的一个基数值。 计数器 1 对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法 计数，当计数器 1 的预置值减到 0时，温度寄存器的。