虛擬儀器課程設(shè)計——基于labview的溫度控制器的設(shè)計

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　設(shè)計題目：基于Labview 的溫度控制器的設(shè)計</p><p>　　系 別 班級 測控本091 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p

2、>　　指導(dǎo)教師 職稱 教授 </p><p>　　起止日期： 2012 年2月27日起——至2012 年3月2日止</p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　課程設(shè)計題目：基于Labview 的溫度控制器的設(shè)計</p><p>　

3、　系 別 班級 測控本091 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 教授 </p><p>　　課程設(shè)計進行地點： F430 </p><p>　　任 務(wù)

4、 下 達(dá) 時 間： 2012 年 2 月 27 日</p><p>　　起止日期：2012年2月27日起——至2012年3月2日止</p><p>　　教研室主任 2012 年2月27日批準(zhǔn)</p><p>　　基于labview的信號發(fā)生器的設(shè)計</p><p>　　1.設(shè)計主要內(nèi)容及要求</p><p

5、>　　設(shè)計基于Labview 的函數(shù)信號發(fā)生器。</p><p>　　要求：1）掌握NI-DAQ使用方法。</p><p>　　2）了解溫度測量以及控制方法。</p><p>　　3）設(shè)定溫度，測量及顯示溫度，繪出溫度曲線，PWM方式控制溫度。</p><p>　　2.對設(shè)計論文撰寫內(nèi)容、格式、字?jǐn)?shù)的要求</p><

6、p>　?。?）.課程設(shè)計論文是體現(xiàn)和總結(jié)課程設(shè)計成果的載體，一般不應(yīng)少于3000字。</p><p>　?。?）.學(xué)生應(yīng)撰寫的內(nèi)容為：中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻等。課程設(shè)計論文的結(jié)構(gòu)及各部分內(nèi)容要求可參照《沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）撰寫規(guī)范》執(zhí)行。應(yīng)做到文理通順，內(nèi)容正確完整，書寫工整，裝訂整齊。</p><p>　?。?）.論文要求打印，打印時按《沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計

7、（論文）撰寫規(guī)范》的要求進行打印。</p><p>　　（4）. 課程設(shè)計論文裝訂順序為：封面、任務(wù)書、成績評審意見表、中文摘要和關(guān)鍵詞、目錄、正文、參考文獻。</p><p><b>　　3.時間進度安排</b></p><p>　　虛擬儀器 課程設(shè)計成績評定表</p><p>　　系（部）： 班級： 測控本09

8、1班 學(xué)生姓名：</p><p><b>　　中文摘要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計的題目是基于LabView的溫度控制系統(tǒng)，主要講述控制系統(tǒng)軟件方面的設(shè)計，首先對溫度傳感器采集到的溫度信號（轉(zhuǎn)化并處理為電壓信號）輸入到采集卡模擬輸入端口，采集卡將信號送入LabView程序處理后從模擬輸出端輸出相關(guān)有效的PWM調(diào)制波形。由于條件有限本次課設(shè)忽略了傳

9、感器的設(shè)計，只是通過模擬一個溫度值，就在采集卡的模擬輸入端送一個0~5V的可手動調(diào)整的電壓，通過手動改變的電壓，就可以模擬對外部溫度的變化的監(jiān)控行為。</p><p>　　本文中的溫度控制系統(tǒng)是為了應(yīng)對當(dāng)今對大規(guī)模、自動化、智能化電子測控系統(tǒng)的需求愈發(fā)迫切的形勢而設(shè)計的，設(shè)計中所采用是由計算機計術(shù)、儀器技術(shù)和通信技術(shù)的結(jié)合而來的虛擬儀器技術(shù)。這項技術(shù)的意義對儀器儀表、自動控制領(lǐng)域的發(fā)展非常大，它大大簡化了系統(tǒng)的硬

10、件設(shè)備，降低了開發(fā)和更新的成本，并且使系統(tǒng)的靈活性增強，易于維修，方便工程人員開發(fā)設(shè)計，為工廠節(jié)省了大批大批的財富?！　?lt;/p><p>　　關(guān)鍵詞 虛擬儀器，LabView，自動化控制，數(shù)據(jù)采集卡</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)描述1</p><p>　　1.1設(shè)計題目：

11、基于labview的溫度控制器的設(shè)計1</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求1</b></p><p>　　1.2.1基本要求1</p><p>　　1.2.2發(fā)揮部分1</p><p><b>　　2 設(shè)計思路2</b></p><p>　　2.1 DAQ數(shù)

12、據(jù)的采集2</p><p>　　2.2溫度檢測部分2</p><p>　　2.3溫度控制部分3</p><p><b>　　2.4顯示部分3</b></p><p>　　3 主程序流程圖4</p><p>　　4 溫度控制器的設(shè)計5</p><p>　　4.1

13、溫度采集的部分5</p><p>　　4.2 溫度判斷5</p><p>　　4.3 溫度調(diào)節(jié)器的多級控制8</p><p>　　4.3. 1制冷系統(tǒng)的溫度多級控制8</p><p>　　4.3. 2加熱系統(tǒng)的溫度多級控制9</p><p>　　4.4顯示部分的設(shè)計9</p><p&g

14、t;　　4.4.1溫度曲線圖像的設(shè)計9</p><p>　　4.4.2溫度調(diào)節(jié)器占空比圖像的設(shè)計10</p><p>　　4.4.3溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指示燈設(shè)計10</p><p>　　4.5 溫度控制器前面版的設(shè)計12</p><p>　　5 系統(tǒng)的工作過程分析13</p><p>　　6 溫度控制系統(tǒng)的功能測

15、試14</p><p>　　7 主要元器件介紹17</p><p>　　7.1 NI-DAQ采集卡17</p><p><b>　　小結(jié)18</b></p><p><b>　　致謝19</b></p><p><b>　　參考文獻20</b&g

16、t;</p><p>　　附錄 程序框圖21</p><p><b>　　1 設(shè)計任務(wù)描述</b></p><p>　　1.1設(shè)計題目：基于labview的溫度控制器的設(shè)計</p><p><b>　　1.2設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.2.1

17、基本要求</b></p><p>　　設(shè)計基于Labview 的函數(shù)信號發(fā)生器。</p><p>　　要求：1）掌握NI-DAQ使用方法。</p><p>　　2）了解溫度測量以及控制方法。</p><p>　　3）設(shè)定溫度，測量及顯示溫度，繪出溫度曲線，PWM方式控制溫度。</p><p><b&g

18、t;　　1.2.2發(fā)揮部分</b></p><p>　　1）根據(jù)外部溫度的變化范圍自動選擇溫度控制器的工作級別。</p><p><b>　　2 設(shè)計思路</b></p><p>　　本次設(shè)計要求使用LabView來實現(xiàn)溫度控制器的設(shè)計，在此我將其分為4個大部分：首先是DAQ數(shù)據(jù)采集部分；其次就是溫度檢測部分；第三，是溫度控制部分；

19、最后就是整個系統(tǒng)的顯示部分。在這個溫度控制系統(tǒng)中，使用了一個while循環(huán)結(jié)構(gòu)就可以將以上四個部分很容易的套在一起，這樣一來只要系統(tǒng)一開啟就會不斷的監(jiān)視溫度的變化并且自動使溫度保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，（不過我們實際上并不能將溫度將下來因為沒有必要的外設(shè)，所以我們只有通過觀看制冷，加熱器的占空比情況來判斷程序是否正確）。在監(jiān)控的過程中無需人的參與，實現(xiàn)了高度自動化監(jiān)控。以下分別分析四個部分的簡要思路。</p><p>

20、　　2.1 DAQ數(shù)據(jù)的采集</p><p>　　從傳感器出來的信號要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡才能送至計算機中進行數(shù)據(jù)處理和記錄，所以在本次設(shè)計中數(shù)據(jù)采集卡是不可或缺的一部分，它起到一個連接紐帶的作用。從傳感器出來的信號接到數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入端，然后再通過數(shù)據(jù)采集卡的A/D通道連接至計算機中去。數(shù)據(jù)采集卡接收到的是一個模擬電壓量，但是經(jīng)過它的A/D通道后，計算機接收到的就是一個數(shù)字量，轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，我們就可以方便地對它

21、進行控制了。Labview軟件上就有一個數(shù)據(jù)采集小助手（以下簡稱DAQ），利用DAQ就能夠?qū)τ嬎銠C里的數(shù)據(jù)采集卡進行設(shè)置并使用，使用上非常簡單、方便。在本次設(shè)計中`，為了將采集到的電壓信號乘以100就當(dāng)作是實際的溫度了。</p><p><b>　　2.2溫度檢測部分</b></p><p>　　通過DAQ傳入到計算機里的數(shù)據(jù)就需要進行判斷和處理了。因為我做的是溫度控

22、制系統(tǒng)所以實際上我要判斷的數(shù)據(jù)其實就是只有溫度而已，我程序的核心思想其實就是利用這個系統(tǒng)能夠根據(jù)溫度的變化作出相應(yīng)的處理，比如說外部溫度比設(shè)定的溫度高那么我就需要讓制冷設(shè)備發(fā)揮作用來降低溫度，如風(fēng)扇作為制冷設(shè)備時，就需要將其的占空比設(shè)置的高一些，要是反之就要將電爐的占空比設(shè)置的高一些，所以數(shù)據(jù)的判斷也就是這個系統(tǒng)的核心部分，在這里我使用了Labview里面的公式節(jié)點作為整個程序的核心部分，通過C語言編程可以大大的降低程序的難度，判斷溫度

23、的信息只需要簡單的通過幾句C命令就可以解決，</p><p>　　在這里我就是只用兩個判斷語句就可以知道溫度是過高還是過低。為了在以后幾個部分使用上的方便，計算出實際溫度與上下限溫度的差值，在進行判斷。根據(jù)判斷所得的結(jié)果，選擇不一樣的警報燈顯示警報。</p><p><b>　　2.3溫度控制部分</b></p><p>　　升溫、降溫是通過調(diào)

24、節(jié)方波的占空比（PWM方式調(diào)控）來實現(xiàn)的，如果外界溫度值還沒有達(dá)到設(shè)定溫度范圍時，那么就需要使得火爐的占空比高一些，同時風(fēng)扇的占空比為0，以達(dá)到對外界物體進行升溫的效果，當(dāng)外界的溫度逐漸接近設(shè)定溫度值時，火爐的方波的占空比會變小甚至為零，當(dāng)外部的溫度超過設(shè)定的溫度時，就要增加電扇的占空比來降低溫度，進而使得溫度維持平衡。</p><p>　　上面的只是我設(shè)計的基本的要求，我的發(fā)揮部分也在溫度的控制的這一部分，通過

25、判斷外部溫度和設(shè)定溫度的差值的溫度范圍來實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)器的檔位選取，經(jīng)過了判斷程序，通過接下來簡單的幾句C程序就可以實現(xiàn)這部分的程序設(shè)計。</p><p><b>　　2.4顯示部分</b></p><p>　　顯示部分是驗證程序是否正確的重要環(huán)節(jié)，從顯示的圖像上我們可以直觀的看到經(jīng)過系統(tǒng)處理后的成果，這樣便于分析系統(tǒng)中可能存在的問題，這個程序的顯示部分由三大部分組成，

26、首先就是溫度的曲線圖像，利用電壓來模擬外部的溫度變化可以從溫度曲線圖像上直觀的看到，第二部分就是比溫度控制器的圖像，溫度控制器是由電爐和風(fēng)扇組成，所以這部分的就有兩個圖像組成，一個是加熱占空比圖像，另一個就是制冷占空比圖像，溫度的變化必定會使得這兩個溫度占空比的圖像發(fā)生變化所以，通過這兩個占空比圖像我們就可以了解到程序的是否正確，第三部分就是溫度調(diào)節(jié)器的溫度顯示以及檔位指示燈部分，這里我設(shè)計了兩個表用來顯示我加熱和制冷的儀器的工作示數(shù)，

27、檔位指示燈就是用來更為清晰地掌握此時溫度調(diào)節(jié)器工作在什么檔位級別，方便使用者更加的了解其工作的狀態(tài)。</p><p><b>　　3 主程序流程圖</b></p><p>　　圖3.1 主程序流程圖</p><p>　　4 溫度控制器的設(shè)計</p><p>　　4.1 溫度采集的部分</p><p&g

28、t;　　本次設(shè)計采用的是NI SC-2075采集卡，由于該卡支持DAQmx驅(qū)動程序，所以本設(shè)計是直接使用DAQmx-DataAcquisition開發(fā)的，在這部分中，主要是采集參數(shù)的設(shè)置，其中包括物理通道的選擇，采樣模式、采樣率、每通道采樣數(shù)、輸入方式的配置，采樣最大最小值的設(shè)置。</p><p>　　DAQ的設(shè)置部分的步驟如下：</p><p>　?。?）首先要創(chuàng)建一個DAQ助手，在程序

29、框圖設(shè)計窗口中打開【函數(shù)】模塊,執(zhí)行【函數(shù)】→【express】→【DAQ助手】，調(diào)入DAQ。然后用右鍵單擊調(diào)入的“DAQ助手”，選擇屬性選項，就會出現(xiàn)如圖4.1.2所示。在生成信號中選擇【模擬輸出】→【電壓】輸出，選擇通道ao1，DAQ創(chuàng)建完成。</p><p>　　圖4.1.2 創(chuàng)建DAQ</p><p>　?。?）打開程序框圖編輯窗口，調(diào)整與前面板相對應(yīng)的控件圖標(biāo)位置，以便后續(xù)擺放函

30、數(shù)與連線。</p><p>　　（3）在函數(shù)選板的【編程】→【數(shù)值】子選板中選擇“乘”函數(shù)和一個數(shù)值常量（設(shè)定值為100），將DAQ輸出擴大100倍，并將這些數(shù)據(jù)視為實際溫度。</p><p>　　完成以上4個步驟后溫度采集程序框圖就設(shè)計完了如圖4.1.3所示。</p><p><b>　　4.2 溫度判斷</b></p><

31、;p>　　這部分的我的設(shè)計思路：通過判斷外部變化的溫度和給定的溫度的進行比較，外部的溫度大于給定的溫度那么就啟動制冷功能來降低溫度，反之就需要啟動加熱功能，鑒于公式節(jié)點編程的高效性，這里我使用了公式節(jié)點來實現(xiàn)這部分的功能程序如下：</p><p><b>　　int t;</b></p><p><b>　　int m;</b></p

32、><p><b>　　int n;</b></p><p><b>　　if (x>=y)</b></p><p><b>　　{t=x-y;</b></p><p><b>　　v=0;</b></p><p>　　if (t&

33、gt;100)</p><p><b>　　{a=1;</b></p><p><b>　　b=0;</b></p><p><b>　　c=0;</b></p><p><b>　　d=0;</b></p><p><b&g

34、t;　　m=100;}</b></p><p>　　if (t>300)</p><p><b>　　{m=100;</b></p><p><b>　　a=1;</b></p><p><b>　　b=1;</b></p><p>&

35、lt;b>　　c=0;</b></p><p><b>　　d=0;}</b></p><p>　　if (t<100)</p><p><b>　　{ a=0;</b></p><p><b>　　b=0;</b></p><p&g

36、t;<b>　　c=0;</b></p><p><b>　　d=0;</b></p><p><b>　　m=t;}</b></p><p><b>　　s=m/100;</b></p><p><b>　　}</b></p&

37、gt;<p><b>　　if (x<y)</b></p><p><b>　　{t=y-x;</b></p><p><b>　　s=0;</b></p><p>　　if (t>100)</p><p><b>　　{a=0;</b

38、></p><p><b>　　b=0;</b></p><p><b>　　c=1;</b></p><p><b>　　d=0;</b></p><p><b>　　n=100;}</b></p><p><b>

39、;　　if(t>300)</b></p><p><b>　　{t=100;</b></p><p><b>　　a=0;</b></p><p><b>　　b=0;</b></p><p><b>　　c=1;</b></p&g

40、t;<p><b>　　d=1;</b></p><p><b>　　n=100;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if (t<100)</p><p><b>　　{a=0;</b></p&g

41、t;<p><b>　　b=0;</b></p><p><b>　　c=0;</b></p><p><b>　　d=0;</b></p><p><b>　　n=t;</b></p><p><b>　　}</b>&

42、lt;/p><p><b>　　v=n/100;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　這個C程序幾乎包括了所有的功能，有溫度檢測，溫度控制程序以及部分的溫度檔位調(diào)節(jié)，指示燈顯示程序等等；其中x、y是輸入：x代表了采集的溫度數(shù)據(jù)y，則代表了給定的溫度值；t表示為兩個溫度的差值，不過t總是大于或等于

43、0的值，其中s、a、b、c、d、v是輸出：s、d 分別是制冷和加熱占空比的輸出端，a、b、c、d則用來判斷溫度檔位選擇的重要參數(shù)，其中m 、n是由來求解占空比的重要參數(shù)；程序if (x>=y){ t=x-y；…………………………………s=m/100；}就是用來判斷出采集到的溫度是否比給定的溫度高的程序，要是相等或是高那么就執(zhí)行這里面的程序來啟動制冷器工作；程序 if (x<y) {t=y-x；…………………………………v=n

44、/100；}就是由來判斷斷出采集到的溫度是否比給定的溫度低的程序，要是低那么就執(zhí)行這里面的程序來啟動加熱器進行工作；這部分部分的程序框圖如圖4.2所示：</p><p>　　圖4.2.1 溫度判斷程序框圖</p><p>　　圖中有陰影的為溫度判斷的條件語句通過這幾條語句就可以將溫度判別出來。</p><p>　　4.3 溫度調(diào)節(jié)器的多級控制</p>

45、<p>　　溫度控制部分是整個設(shè)計的核心內(nèi)容它同樣是利用公式節(jié)點來完成的，從上圖就可以知道當(dāng)外部溫度大于控制溫度的時候就需要降低溫度所以將電爐的占空比v設(shè)為0，電扇的占空比隨著溫度的升高為增大如s=m/100；但是當(dāng)溫度差t大于100的時候則將制冷的占空比設(shè)為1，當(dāng)電爐的溫度小于外部的溫度的時候則將電扇的占空比設(shè)為0，同時增加電爐的占空比如：if（x<y）時s=0，v=n/100；同樣的當(dāng)兩個溫度的差值大于100時就

46、需要將電爐的占空比設(shè)置為1。</p><p>　　上面介紹的是溫度的基本控制，由于實際的溫度可能變化的很大有時候及時風(fēng)扇或是電爐的占空比達(dá)到最大但是可能還是不能輕松地解決問題所以在這里我設(shè)計了溫度控制器的多級別控制，就是為了解決我提出的這個問題而設(shè)計的下面為了方便講解所以根據(jù)圖形來做具體的分析：</p><p>　　4.3. 1制冷系統(tǒng)的溫度多級控制</p><p>

47、;　　首先介紹的是制冷系統(tǒng)的多級控制圖形：</p><p>　　圖4.3.1 制冷系統(tǒng)多級程序框圖</p><p>　　這個就是我的制冷器的多級控制圖，從圖中可以看到一共分位三級控制首先就是最基本的溫度調(diào)節(jié)程序就是if (t<100){ a=0;b=0;c=0;d=0;m=t;}就是調(diào)節(jié)器隨著制冷占空比的增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速在增大，其速度的公式為V=0.75*100s；第二級調(diào)速程序為if

48、 (t>100){a=1;b=0;c=0;d=0;m=100;}從程序語句知道此時的制冷占空比始終為1,所以此時的風(fēng)速是一個定值,為1500轉(zhuǎn)/min。第三級調(diào)速就是為了應(yīng)對溫度差特別大的而設(shè)計的就是當(dāng)溫度差大于300℃時啟動第三級調(diào)速程序，if (t>300){m=100;a=1;b=1;c=0;d=0;}可以看出此時的制冷占空比也是1但是風(fēng)扇轉(zhuǎn)速為2500轉(zhuǎn)/min。這樣就可以使得溫度盡可能快的維持到平衡。</p&

49、gt;<p>　　4.3. 2加熱系統(tǒng)的溫度多級控制</p><p>　　加熱系統(tǒng)的多級控制圖形；</p><p>　　圖4.3.2 加熱系統(tǒng)多級控制圖</p><p>　　這一部分就是加熱系統(tǒng)多級控制程序設(shè)計，同制冷系統(tǒng)一樣也是有三級調(diào)速檔位首先就是 if (t<100) { a=0;b=0;c=0;d=0;n=t;}可以算出溫度值T=0.1

50、5*5000v℃所以第一級溫度和加熱占空比有直接的關(guān)系,第二級加熱的程序為：</p><p>　　if (t>100){a=0;b=0;c=1;d=0;n=100;}</p><p>　　此時的占空比為1，所以此時的加熱器的溫度為一個定值：T=0.45*5000=2250℃；第三級的加熱器的程序為：if(t>300){t=100;a=0;b=0;c=1;d=1;它的占空比同樣是

51、1所以其溫度：T=0.75*5000=3750℃。這樣就可以很快的縮短給定值和所采集到的溫度之間的差異。</p><p>　　4.4顯示部分的設(shè)計</p><p>　　本程序的顯示部分由三部分組成，第一就是溫度曲線圖像，第二就是溫度調(diào)節(jié)器的占空比圖像（電爐占空比圖像，電扇占空比圖像）最后一部分就是溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的溫度指示燈。</p><p>　　4.4.1溫度曲線圖像

52、的設(shè)計</p><p>　　利用DAQ將采集到的信號乘以系數(shù)100然后將其直接輸入到波形圖中就得到了溫度的曲線圖像如圖</p><p>　　圖4.4.1 溫度曲線設(shè)計框圖</p><p>　　DAQ采集到的電壓范圍0到5V，我將其擴大100倍來作為外部模擬的溫度變化，同時溫度計顯示出來此時的模擬的溫度值。</p><p>　　4.4.2溫度調(diào)

53、節(jié)器占空比圖像的設(shè)計</p><p>　　溫度調(diào)節(jié)器占空比的圖像我用了將占空比的系數(shù)增大100輸入到方波波形的生成器里面（如圖4）用來產(chǎn)生方波信號如圖：</p><p>　　圖4.4.2 溫度調(diào)節(jié)器占空比的設(shè)計</p><p>　　4.4.3溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的指示燈設(shè)計</p><p>　　這里我要強調(diào)一下，這個部分的設(shè)計大大的方便了我們了解系統(tǒng)

54、的各種狀態(tài)方便使用者掌握系統(tǒng)的使用方法增加了程序的實用性，提高了設(shè)計的質(zhì)量，這部分的設(shè)計分兩部分首先是：</p><p>　　制冷系統(tǒng)的指示燈設(shè)計圖像：</p><p>　　圖4.4.3.1 制冷系統(tǒng)指示燈設(shè)計</p><p>　　加熱系統(tǒng)的指示燈如下：</p><p>　　圖4.3.3.2 加熱系統(tǒng)指示燈設(shè)計</p><

55、p>　　這兩個部分的設(shè)計十分的像都是通過不等于0等于0，與或非等邏輯運算進行簡單的組合實現(xiàn)了指示的功能。 </p><p>　　4.5 溫度控制器前面版的設(shè)計</p><p>　　前面板是用戶接口，即交互式界面，用于用戶向程序中輸入各種控制參數(shù)和觀察輸出量，在前面板中，使用了各種仿真圖標(biāo)，如開關(guān)、旋鈕等，并以數(shù)字或?qū)崟r趨勢圖等各種形式的輸出測試結(jié)果來模擬真實儀器的面板。</p&

56、gt;<p>　　前面板的設(shè)計，充分發(fā)揮了LabVIEW的特長,即建立了友好的人機操作界面，是虛擬信號發(fā)生器的最上層。在使用中直接通過鼠標(biāo)和鍵盤設(shè)定信號的相關(guān)參數(shù)。本次溫度控制器的前面板主要由以下幾個部分構(gòu)成:溫度計，報警燈，輸入/輸出控件，波形圖表。此外，為了使設(shè)計的儀器更加形象、美觀，還增加了許多修飾性的元件如面板上的邊框，設(shè)計題目等。盡量與真實儀器的使用界面相一致。</p><p>　　圖4.

57、5.1 前面板的設(shè)計圖</p><p>　　5 系統(tǒng)的工作過程分析</p><p>　　溫度控制系統(tǒng)的工作過程經(jīng)過以上的詳細(xì)分析之后，顯得非常的清晰明了。以下再次簡要分析本系統(tǒng)的工作過程：</p><p>　?。?）DAQ采集到數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)（乘以100）轉(zhuǎn)換成溫度值，以便于處理分析；</p><p>　?。?）接下來的數(shù)據(jù)會進入到在公式節(jié)點中

58、，根據(jù)所設(shè)定的控制溫度進行判斷，另外根據(jù)公式節(jié)點中的程序，如果采集到的溫度大于給定的控制溫度，則啟動制冷器工作，具體的做法就是增加風(fēng)扇的占空比來增加風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，如果采集到的溫度小于給定的溫度則增大電爐的占空比是溫度升到給定的控制溫度，經(jīng)公式節(jié)點的c程序化處理，將占空比的變化輸出到外部控制電路上，控制住火爐和電扇的工作強度，迫使溫度保持在所要求的溫度。</p><p>　?。?）從公式節(jié)點出來的各種數(shù)據(jù)然后在經(jīng)過處理

59、將其連接到所要顯示的圖像中顯示出來。</p><p>　?。?）程序完成以上各步驟后，再次循環(huán)，只要“停止”按鈕不摁下，程序就一直反復(fù)執(zhí)行以上步驟。</p><p>　　6 溫度控制系統(tǒng)的功能測試</p><p>　　在軟件程序設(shè)計中，由于從DAQ出來的電壓值是0～5V的隨機值，所以要利用從DAQ出來的電壓值乘以100來模擬0～500℃的溫度采集值，該溫度采集值一方

60、面送至波形圖表和數(shù)值顯示控件以及溫度計來顯示現(xiàn)場的溫度。另一方面送至公式節(jié)點與設(shè)定的臨界值比較，當(dāng)采集值小于設(shè)定溫度值時，則執(zhí)行加熱器進行加熱處理，即增大電爐占空比，當(dāng)采集值大于設(shè)定溫度值時，則執(zhí)行制冷器進行加熱處理，即增大風(fēng)扇的占空比，不過不論是加熱還是制冷當(dāng)溫度接近給定值溫度的時候兩個占空比都會接近為0。</p><p>　　下面將控制溫度設(shè)定為100℃時的溫度進行測試</p><p>

61、;　　外部溫度為17℃時候的溫度圖像如圖所示：</p><p>　　圖6.1 溫度曲線圖 圖6.2 溫度顯示</p><p>　　圖6.3 加熱占空比顯示 圖6.4 制冷占空比顯示</p><p>　　圖6.5 指示燈顯示</p><p>　　采集

62、到的溫度為17℃時的所有圖像可知當(dāng)采集的溫度低于給定的溫度的時候加熱器就會啟動工作，加熱為A級占空比為83%（加熱器），制冷沒有工作；</p><p>　　外部溫度為100℃時候的溫度圖像如圖所示：</p><p>　　圖6.6 溫度曲線圖 圖6.7 加熱占空比圖像</p><p>　　圖6.8 制冷占空比圖像

63、 圖6.9 指示燈顯示</p><p>　　從圖中可知當(dāng)溫度為100℃時外部溫度和給定的控制溫度相同。加熱器和制冷器的占空比同時為0，即它們沒有工作，結(jié)合17℃時候的溫度調(diào)節(jié)器的占空比圖像可知隨著溫度逐漸接近給定溫度時加熱器的占空比在減小，制冷器仍然沒有工作。</p><p>　　外部溫度為193℃時候的溫度圖像如圖所示：</p><p&

64、gt;　　圖6.10 溫度曲線圖 圖6.11 溫度顯示</p><p>　　圖6.12 加熱占空比顯示 圖6.13 制冷占空比顯示</p><p>　　圖6.14 指示燈顯示</p><p>　　從圖中可知加熱器的占空比為0，停止工作不加熱，制冷占空比為93即制冷器開始工

65、作，風(fēng)扇啟動工作狀態(tài)為A級制冷，結(jié)合上面17℃，100℃的圖像可知當(dāng)外部的采集溫度大于給定的溫度的時候制冷器開始啟動，當(dāng)遠(yuǎn)離給定溫度的時候制冷器的工作狀態(tài)增強，綜合分析這個系統(tǒng)工作基本正常。</p><p><b>　　7 主要元器件介紹</b></p><p>　　7.1 NI-DAQ采集卡</p><p>　　可利用編程語言驅(qū)動程序函數(shù)，

66、從而驅(qū)動數(shù)據(jù)采集卡，設(shè)計者只需正確設(shè)置輸入?yún)?shù)，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的任務(wù)，而不需要編寫代碼程序。一個典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入、模擬輸出、數(shù)字I/O、計數(shù)器/定時器等，這些功能分別由相應(yīng)的單元電路來實現(xiàn)。</p><p>　　模擬輸入是采集卡最基本的功能。它一般由多路開關(guān)、放大器、采集/保持電路，以及A/D轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)，通過這些部分，一個模擬信號就可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。A/D轉(zhuǎn)換器的性能和參數(shù)直接影響著模擬輸入

67、的質(zhì)量，要根據(jù)實際需要的精度來來選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換器。模擬輸出通常是為系統(tǒng)提供輸出或控制信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換器的建立時間、轉(zhuǎn)換率、分辨率等因素都會影響模擬輸出信號。建立時間和轉(zhuǎn)換率決定了輸出信號幅值改變的快慢。建立時間短、轉(zhuǎn)換率高的D/A轉(zhuǎn)換器可以提供一個較高頻率的信號。應(yīng)該實際需要選擇D/A轉(zhuǎn)換器的參數(shù)指標(biāo)。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集(DAQ)是通過DAQ卡采集數(shù)據(jù)和輸出數(shù)據(jù)。通常一塊DAQ卡能實現(xiàn)多種功能，其

68、中包括模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)、數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)、數(shù)字輸入輸出(DI/O)和計算器/定時器功能。</p><p>　　圖7.2數(shù)據(jù)采集卡各接口介紹 </p><p><b>　　小結(jié)</b></p><p>　　虛擬儀器是我們測控技術(shù)與儀器專業(yè)主修的專業(yè)課之一，記得上學(xué)期我們剛接觸這門課的時候，根本就不知道它是一門什么樣的課程，每次上課的時

69、候我們就是按照書本上的例子來做題，老師要是讓我們自己來實現(xiàn)一個什么樣的功能，感覺可難了，不知如何下手。但是，后來在xx老師的指導(dǎo)下，覺得自己對虛擬儀器這門課已經(jīng)有了最基本的了解，自己能編一些簡單的程序，能實現(xiàn)一些簡單的功能。通過這次課程設(shè)計，我所收獲的是對虛擬儀器的軟件編程系統(tǒng)LabVIEW有了更深層次的了解。</p><p>　　LabVIEW是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于C和

70、BASIC開發(fā)環(huán)境，但是LabVIEW與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW使用的是圖形化編輯語言G編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。從學(xué)習(xí)的過程中我也深深地體會到了這一點，利用框圖來編程序既形象又容易記憶，當(dāng)熟悉各個框圖在什么地方，又知道它們的功能時，編一個程序變得容易多了。</p><p>　　與C和BASIC一樣，LabVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個

71、完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫。LabVIEW的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲等等。LabVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點、以動畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。</p><p>　　再來談?wù)勎易龅恼n程設(shè)計，在做此題目時我的感觸很多，在設(shè)計過程中也遇到了很多困難。這個項目雖然看似短小，實質(zhì)精悍。在設(shè)計的過程中我也學(xué)到了很多東西。特

72、別是對PWM寬度控制溫度這部分的設(shè)計。最開始接到這個題目的時候，不知道怎么利用PWM寬度來控制溫度，后來經(jīng)過了一天的思考，我終于弄明白了，PWM寬度調(diào)制實質(zhì)上就是根據(jù)外界采集的溫度值和你設(shè)定的溫度值相差多少，如果相差的很多就要對外界物體加熱，使溫度值達(dá)到我設(shè)定的溫度；如果外界的溫度超過了我設(shè)定的溫度，就要給外界物體降溫。這個升溫和降溫的過程都是通過調(diào)節(jié)PWM的占空比來實現(xiàn)的。</p><p>　　總之，通過這次課

73、程設(shè)計，鍛煉了我的獨立思考和自主創(chuàng)新的能力，還培養(yǎng)了我思考問題能從不同的角度去考慮，不僅僅局限在書本上那點理論知識。這次課程設(shè)計從頭到尾都是我自己設(shè)計出來的，我感覺通過這次課程設(shè)計我又跨上了一個新的臺階，真正的做到了超越自己的目標(biāo)。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　為其一周的虛擬儀器課程設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束了，在本次設(shè)計中首先我要感謝我們既可

74、愛又可敬的xx老師，在這一周的課程設(shè)計中，xx老師每天都要到實驗室來看看同學(xué)們的設(shè)計過程，如果哪位同學(xué)有什么自己不能解決的問題，xx老師都會不耐其煩的給同學(xué)們指出思路。xx老師是我們教研室的主任，每天他都會很忙，有的時候xx老師正在辦公室忙著搞科研，同學(xué)們有問題了就會到他的辦公室去找他，每次去辦公室找老師時心里都會有些害怕，擔(dān)心會因為打擾他他會批評我們，但是每次找xx老師時，他的臉上總是面帶著微笑，然后給同學(xué)們認(rèn)真的講解。</p&

75、gt;<p>　　我認(rèn)為xx老師最大的優(yōu)點就是，他特別注重培養(yǎng)我們的創(chuàng)新精神，就像是這次課程設(shè)計，老師只給了我們一個要設(shè)計的題目，沒有任何要求。xx老師之所以沒給我們設(shè)計要求，是因為他想讓我們自由發(fā)揮，能設(shè)計出什么功能就設(shè)計什么功能，而且是越新穎越好，越有思想越好。</p><p>　　xx老師絕對不會對那些考試成績不好的同學(xué)有什么偏見，因為在xx老師的眼里沒有好同學(xué)和壞同學(xué)之分，他總強調(diào)這樣一句話

76、，別拿考試成績給同學(xué)們定高低，因為有的同學(xué)他在這方面不行，他可定在其它方面有什么特長。</p><p>　　因此我因我們教研室有這樣一位德高望重的老師而驕傲。再多華麗的言語也顯蒼白，在此，謹(jǐn)向xx老師致以最誠摯的謝意和最崇高的敬意。最后我還要感謝學(xué)校能給我們提供這樣一個自主創(chuàng)新的平臺，因為做課程設(shè)計可以開拓我的大腦思維，陪養(yǎng)我的動手能力。</p><p><b>　　參考文獻&l

77、t;/b></p><p>　　【1】張毅，周紹磊. 虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2004</p><p>　　【2】張重雄. 虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2008</p><p>　　【3】王利強，彭月祥，寧可慶. 計算機測控系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)用.北京：機械工業(yè)出版社，2007</p><p>