基于ad590的虚拟测温系统设计(编辑修改稿)

基于ad590的虚拟测温系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

，可以通 本 科 毕 业 设 计 第 6 页 共 33 页 过编程对前面板上的对象进行控制。 这就是图形化源代码，又称 G 代码。 LabVIEW 的图形化源代码在某种程度上类似于 流程图，因此又被称作程序框图代码。 它是由美国 NI 公司推出的虚拟仪器开发平台，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件集成开发环境之一 [12] LabVIEW 的发展 1986 年，美国 NI 公司于正式推出了 ，现在已发展到 2020 版本。 20多年来，经过公司的不断改进和完善， LabVIEW 的功能更加丰富完备：包含众多附加软件包，比如控制与仿真、统计过程控制、高级数字信号处理、模糊控制、 PID 和 PDA等；可运行于多种平台，比如 Macintosh、 UNIX、 Windows 和 Linux 等。 作为一个具有强大功能的标准的虚拟仪器开发平台， LabVIEW 广泛地被研究实验室、学术界及工业界所接受，广泛地应用于航空航天、工业控制、电子半导体、汽车和通信等众多领域。 LabVIEW 的结构 利用 LabVIEW 软件开发的虚拟仪器，包括前面板和程序框图两个主要部分。 前面板就是虚拟仪器的测试界面，是由形象化的控件组成的，可以高度模拟传统仪器中的各种控件。 通过前面板，用户可以展现包括参数设置、菜单、结果显示等各种测试交互接口。 程序框图类似于传统编程语言中的程序源代码，是测试系统中的数据处 理的流程。 程序框图与前面板对象一一对应，程序框图中的数据流对应于前面板对象的相关操作。 程序框图采用图形化节点进行编程，使编程更加简便、高效。 LabVIEW 的优势 传统的电子仪器的主体为硬件，虚拟仪器的出现突破了这种模式。 与传统的电子仪器相比，它更为通用。 随着当代科学技术的迅猛发展，人们对测量仪器不断提出新的要求，虚拟仪器更能适应这种要求，它推动着传统仪器朝着虚拟化、模块化、数字化、网络化的方向发展。 虚拟仪器技术的出现，打破了传统仪器由厂家定义功能、用户无法改变的固定模式。 虚拟仪器技术给了用 户一个充分发挥自己才能和想象力的空间。 用户可以随心所欲地根据自己的需求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。 概括地说，作为一款成功的虚拟仪器开发软件， LabVIEW 具有许多明显的特点和优点，如：采用图形化编程语言，开发效率高，支持多种仪器和数具采集卡硬件的驱动， 本 科 毕 业 设 计 第 7 页 共 33 页 调试、查错能力强大，支持多种操作系统，网络通信功能强大等诸多优点 [13]。 正是由于LabVIEW 软件具有的这些优点，使得 LabVIEW 成为开发虚拟仪器的首选平台。 本 科 毕 业 设 计 第 8 页 共 33 页 3 系统总体方案及硬件电路设计 系统总体方案 虚拟仪器测温系统是用虚拟仪器技术改造传统的测温仪，使其具有更强大的功能。 系统框架如图 所示， AD590 温度传感器将被测对象的温度转换为电压或电流等模拟信号，经信号调理电路进行功率放大、滤波等处理后，变换为可被数据采集卡采集的标准电压信号。 在数据采集卡内将模拟信号转换为数字信号，并在数据采集指令下将其送入计算机总线，在 PC 机内利用已经安装的虚拟仪器软件对采集的数据进行所需的各种处理。 图 系统框图 硬件电路设计 传感器 的选型 AD590 是美国 ADI 公司生 产的是恒流源式模拟集成温度传感器。 它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测量误差小、动态阻抗高、传输距离远、体积小、功耗低等优点。 AD590 的测温范围是 55～ +150℃ ，对应于热力学温度 T 每变化 1K，输出电流就变化 1 A。 这表明其输出电流 I( A )与热力学温度 T(K)严格成正比。 同时在(对应于 ℃ )时输出电流恰好等于 A。 数据采集卡的选型 考虑到 LabVIEW 软件所能提供的驱动支持数据采集卡选用中泰公司 （ National Instrument） 生产的 PCI8333。 PCI8333 多功能模入模出接口卡适用于提供了 PCI 总线插槽的 PC 系列微机，具有即插即用（ PnP）的功能。 其操作系统可选用目前流行的 Windows 系列、高稳定性的 Unix 等多种操作系统以及专业数据采集分析系统 LabVIEW 本 科 毕 业 设 计 第 9 页 共 33 页 等软件环境。 在硬件的安装上也非常简单，使用时只需将接口卡插入机内任何一个 PCI总线插槽中并用螺丝固定 ，信号电缆从机箱外部直接接入。 PCI8333 多功能模入模出接口卡安装使用方便，程序编制简单。 其模入模出及 I/O信号均由卡上的 37 芯 D 型插头与外部信号源及设备连接。 对于模入部分，用户可根据实际需要选择单端或双端输入方式。 对于模出部分，用户可根据控制对象的需要选择电压或电流输出方式以及不同的量程。 本卡上的 A/D、 D/A 转换均为 12 位，同时还备有16 路数字量输入和 16 路数字量输出接口，三路 16 位字长的计数 /定时器，以及 1Mhz 的基准时钟。 本卡的 A/D 转换启动方式可以选用程序触发、定时器自动触发、外 同步触发等方式，转换状态可以用程序查询，也可以用中断方式通知 CPU读取转换结果。 主要技术参数： 输入通道数：单端 16 路 双端 8 路 输入信号范围： 0V～ 10V*； 5V～ +5V 输入阻抗：≥ 10MΩ A/D 转换分辨率： 12 位 A/D 转换速度： 10μ S A/D 启动方式：程序启动 /定时触发启动 /外触发启动 A/D 转换结束识别：程序查询 /中断方式 A/D 转换非线性误差：177。 1LSB A/D 转换输出码制：单极性原码 */双极性偏移码 系统综合误差：≤ ％ 测温信号转换电路的设计 由于要求 测量的温度范围为 55～ 150℃ ，测量分辨率为 ℃ ，此时 AD590 的输出电流在 ～ A 之间变化。 若选择取样电阻为 1k 时，输出电压 V590 在～。 由于虚拟测试系统采用的数据采集卡的满度输入设置为 5V，放大器增益设置为 10 即可， 通过计算此时 R=19Rf。 通常电租的选择范围为 1～ 10K，因此选择 R 的阻值为 1K， Rf的阻值为 19K。 此时输出电压 V 的范围为 ～。 同时当温度变化 ℃ 时， AD 的输出电流为 A ， V590=，则放大器的输出V =5mV。 本 科 毕 业 设 计 第 10 页 共 33 页 设计中选用美国 PMI 公司生产的电压运算放大器 OP07。 OP07 是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。 使用 OP07 一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。 AD590 测温模块的调理电路如图 所示。 图 AD590 测温系统调理电路图 AD590 的测温范围是 55～ +150℃，对应于热力学温度 T 每变化 1K，输出电流就变化 1 A。 这 表明其输出电流 I( A )与热力学温度 T(K)严格成正比。 实验数据如下表31 所示： 表 31 AD590 实验数据 本 科 毕 业 设 计 第 11 页 共 33 页 4 温控系统软件设计 登录系统设计 完整的系统设计都必须要有使用权限设置。 本系统首先设计了一个登录系统。 登录界面力求简单、明了。 在前面版上设置了帐号和密码的输入框以及登陆和退出按钮。 面板上还设计了指示灯。 登录系统前面板及程序框图如图 、 所示。 图 登录系统前面板 图 登录系统程序框图 本 科 毕 业 设 计 第 12 页 共 33 页 用户进入主程序之前，需要输入正确的用户姓名及登录密码，否则就不可以进行主程序的操作。 输入用户名和密码，当执行完此句后，系统会把输入的用户名和密码与程序中的用户名和密码进行比较如果相同则显示登陆成功。 此时 前面板 的 指示灯会由红色变为绿色 ,并弹出对话框登陆成功如图 所示。 图 成功登陆 当用户填写不正确的用户名或密码时， 分别 会弹出如图 、 所示的对话框，直至用户输入正确的用户名和密码。 图 为 提醒 用户 重新输入 用户名 ，图 为 提醒 用户 重新输入 密码对话框。 图 用户名错误时的提示对话框 本 科 毕 业 设 计 第 13 页 共 33 页 图 密码错误 时的提示对话框 数据采集模块的设计 温度信号的采集 基于虚拟仪器的采集系统典型框架为：传感器 → 信号调理器 → 数据采集。