自动检测技术及应用-传感器的.ppt

机电类自动检测技术及应用 教材配套多媒体课件教材配套多媒体课件统一书号：统一书号：ISBN978-7-111-34300-4配套教学网站：配套教学网站：或或http:/www.sensor-（共（共13章，第十三章章，第十三章 上）上）2012年年7月版月版12/24/20221第十三章第十三章 传感器在现代传感器在现代检测系统中的综合应用检测系统中的综合应用 本章介绍本章介绍传感器在现代检测系统中的综传感器在现代检测系统中的综合应用合应用，以及，以及如何组成测控系统如何组成测控系统，对，对现代现代检测系统检测系统、虚拟仪器虚拟仪器、LabVIEW、DAQ等等在检测系统中的应用作了介绍。并简单介在检测系统中的应用作了介绍。并简单介绍绍检测系统中常用的硬件检测系统中常用的硬件。12/24/2022213.1现代检测系统的基本结构现代检测系统的基本结构13.2基于虚拟仪器的检测系统基于虚拟仪器的检测系统传感器在汽车中的应用传感器在汽车中的应用、传感器在数控机床中传感器在数控机床中的应用的应用、传感器在机器人中的应用传感器在机器人中的应用、传感器在传感器在智能楼宇中的应用智能楼宇中的应用：见十三章（下）见十三章（下）第十三章传感器在现代检测系统中的应用第十三章传感器在现代检测系统中的应用 目目 录录进入进入进入进入12/24/20223传感器在控制系统中的综合应用传感器在控制系统中的综合应用举例举例 一个现代化火力发电厂需要一个现代化火力发电厂需要多台计算机联网多台计算机联网，来，来快快速地测量速地测量锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的锅炉、汽轮机、发电机上许多重要部位的温温度、压力、流量、液位度、压力、流量、液位、燃烧状况、转速、振动、位、燃烧状况、转速、振动、位移、应力等移、应力等热工、机械参数热工、机械参数，还必须测量发电机的，还必须测量发电机的电电压、电流、功率、功率因数压、电流、功率、功率因数以及各种辅机的运行状态，以及各种辅机的运行状态，然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行然后进行综合处理，将各被监测的重要参数进行数字数字或模拟显示或模拟显示，自动，自动调整运行工况调整运行工况，对某些超限参数进，对某些超限参数进行行声光报警声光报警或采取紧急措施。在上述这个系统中，需或采取紧急措施。在上述这个系统中，需要数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电要数百个不同的传感器将各种机械、热工量转换成电量，供计算机量，供计算机采样采样、运算运算和和记录记录。12/24/20224现代化火力发电厂及其控制系统现代化火力发电厂及其控制系统火力发电厂火力发电厂控制室控制室火力发电厂机组火力发电厂机组汽轮机汽轮机发电机发电机励磁机励磁机12/24/20225第一节第一节 现代检测系统的基本结构现代检测系统的基本结构 现代检测系统可分为三种基本结构体系现代检测系统可分为三种基本结构体系（智能仪器、智能仪器、.个人仪器、自动测试系统）个人仪器、自动测试系统）1.1.智能仪器：智能仪器：将诸如微处理器、存储器、将诸如微处理器、存储器、接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能接口等芯片与传感器融合在一起，可组成智能仪器。它有仪器。它有专用的小键盘、开关、按键及显示专用的小键盘、开关、按键及显示屏屏等，等，多使用汇编语言，体积小，专用性强多使用汇编语言，体积小，专用性强。12/24/20226智能传感器的硬件结构图智能传感器的硬件结构图12/24/20227智能传感器的特点智能传感器的特点“IntelligentSensor”或或“SmartSensor”称称为智能传感器，就是为智能传感器，就是带微处理器、兼有信息检带微处理器、兼有信息检测和信息处理功能的传感器测和信息处理功能的传感器，具有类似于人工具有类似于人工智能的作用智能的作用。它将微处理器、存储器、接口芯。它将微处理器、存储器、接口芯片与传感器融合在一起，组成的检测系统，有片与传感器融合在一起，组成的检测系统，有专用的小键盘专用的小键盘、开关、按键及显示器（如数码、开关、按键及显示器（如数码管）等，多使用汇编语言，体积小，专用性强，管）等，多使用汇编语言，体积小，专用性强，性价比高。性价比高。12/24/20228智能仪器的单片机芯片及模块智能仪器的单片机芯片及模块51系列单片机芯片系列单片机芯片12/24/20229智能仪器的智能仪器的数字信号处理数字信号处理DSPDSP芯片芯片12/24/20221051系列单片机数据采集模块系列单片机数据采集模块12/24/202211各种智能仪器各种智能仪器最低最低温度温度最高最高温度温度手持式频谱仪和手持式频谱仪和示波器示波器12/24/2022122.2.个人仪器个人仪器 个人仪器又称个人仪器又称个人计算机仪器系统个人计算机仪器系统。它。它是以个人计算机（必须是以个人计算机（必须符合工控要求符合工控要求）配配以适当的硬件电路与传感器组合而成的检以适当的硬件电路与传感器组合而成的检测系统测系统。组装个人仪器时，组装个人仪器时，将传感器信号传送到相将传感器信号传送到相应的接口板（或接口盒）中应的接口板（或接口盒）中，再，再将接口板插将接口板插到工控机总线扩展槽中到工控机总线扩展槽中，或将，或将接口盒的接口盒的USB插头插头插入计算机相应的插座上，插入计算机相应的插座上，编写相应的编写相应的软件就可以完成自动检测功能软件就可以完成自动检测功能。12/24/202213个人仪器的硬件结构框图个人仪器的硬件结构框图利用个人计算机本身所具有的完整配置来取代智能仪器中的利用个人计算机本身所具有的完整配置来取代智能仪器中的微处理器、开关、按键、显示数码管、串行口、并行口等，充微处理器、开关、按键、显示数码管、串行口、并行口等，充分利用了个人计算机的软硬件资源，并保留了个人计算机原有分利用了个人计算机的软硬件资源，并保留了个人计算机原有的许多功能。传感器信号送到相应的接口板上，再将接口板插的许多功能。传感器信号送到相应的接口板上，再将接口板插到工控机总线扩展槽中或专用的接口箱中，配以相应的软件就到工控机总线扩展槽中或专用的接口箱中，配以相应的软件就可以完成自动检测功能。开发者的重点在于程序的编写。可以完成自动检测功能。开发者的重点在于程序的编写。12/24/202214一体化工作站一体化工作站平板式平板式工作站工作站（带触摸屏）（带触摸屏）军用便携式军用便携式工作站工作站12/24/202215一体化工作站（续）一体化工作站（续）12/24/202216工业计算机（工控机）机箱工业计算机（工控机）机箱工工控控机机的的抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力、防防振振、防防潮潮、防防尘尘能能力力均均较较强强，有有较较多多的的扩扩展展槽槽，它它的的电电源源系系统统有有较较好好的的抗抗电电磁磁干干扰扰能能力力。虽虽然然工工控控机机的的价价格格比比个个人人电电脑脑贵贵，但但可可靠靠性性强强得得多多，性性能能价价格格比比高高，适适合合在在工工业业现现场场条条件件较恶劣的场合使用较恶劣的场合使用。12/24/202217工业级底板工业级底板底板上的扩展槽用于底板上的扩展槽用于 插接各种插接各种数据采集卡数据采集卡PCI扩展槽扩展槽ISA扩展槽扩展槽12/24/202218各种数据采集卡各种数据采集卡ISA数据采集卡数据采集卡ISA数据采集卡的插脚间隔为数据采集卡的插脚间隔为2.54mm（0.1英寸）英寸）12/24/202219各种数据各种数据 采集卡（续）采集卡（续）PCI数据采集数据采集传输卡传输卡12/24/202220ISA槽与槽与PCI槽的槽的外形区别外形区别ISA槽槽PCI槽槽将功能卡插到将功能卡插到ISA槽中槽中功能卡的镀金脚功能卡的镀金脚12/24/202221端子板与功能卡的连接端子板与功能卡的连接端子板作为功能卡的扩展附件，端子板作为功能卡的扩展附件，用于连接传感器信号用于连接传感器信号光耦光耦25芯排线芯排线数据锁存器数据锁存器去去计算机计算机ISA槽槽传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子12/24/202222端子板与功能卡的连接端子板与功能卡的连接37芯排线芯排线端子板端子板PCI数据采集、数据采集、控制卡控制卡传感器信号线接线端子传感器信号线接线端子输出信号接线端子输出信号接线端子去去计算机计算机PCI槽槽12/24/202223其他端子扩展板其他端子扩展板34芯排线芯排线插座插座37芯排线芯排线插座插座12/24/202224USB 数据采集系统卡（盒）数据采集系统卡（盒）USB数据采集电缆数据数据接线端子接线端子12/24/202225数据采集便携式工控整机数据采集便携式工控整机12/24/202226笔记本电脑数据笔记本电脑数据采集整机采集整机信号从信号从USB 端口输入端口输入12/24/202227笔记本电脑数据采集笔记本电脑数据采集 USB接口盒接口盒及信号电缆及信号电缆利用利用USB扩展分线器可扩展分线器可配接多个配接多个接口盒接口盒信号输入信号输入12/24/202228USB接口卡及接口卡及USB电缆电缆12/24/202229嵌入式计算机数据采集系统嵌入式计算机数据采集系统传感器信号采集卡可多层叠合，插入到传感器信号采集卡可多层叠合，插入到嵌入嵌入式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集式计算机的总线接口中，就可以构成数据采集系统。系统。12/24/202230各种嵌入式计算机数据采集卡各种嵌入式计算机数据采集卡12/24/202231自动测试系统自动测试系统 自动测试系统是自动测试系统是以工控机为核心以工控机为核心，以，以标准接标准接口总线为基础口总线为基础，以，以可程控的多台智能仪器为下可程控的多台智能仪器为下位机位机组合而成的一种现代检测系统。一个自动组合而成的一种现代检测系统。一个自动测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级测试系统还可以通过各种标准总线成为其它级别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测别更高的自动测试系统的子系统。许多自动测试系统还可以试系统还可以作为服务器工作站加入到作为服务器工作站加入到Intern网络中网络中，成为网络化测试子系统，从而，成为网络化测试子系统，从而实现实现远程监测、远程控制、远程实时调试远程监测、远程控制、远程实时调试等。等。12/24/202232自动测试系统的原理框图自动测试系统的原理框图以工控机为核心以工控机为核心,以标准总线接口为基础以标准总线接口为基础,以可程控以可程控的多台智能仪器为下位机组合的多台智能仪器为下位机组合而成的一种现代检测系统。而成的一种现代检测系统。在现代检测系统中，往往要安装上百个传感器，都在现代检测系统中，往往要安装上百个传感器，都通过各自的通用接口总线通过各自的通用接口总线,与上位机连接与上位机连接。上位机利用。上位机利用测试软件测试软件,对每一台智能仪器进行参数设置、数据读写，对每一台智能仪器进行参数设置、数据读写，控制整个系统的运行。控制整个系统的运行。许多自动测试系统还可以许多自动测试系统还可以作为服务器工作站作为服务器工作站,加入到加入到互联网络中互联网络中,实现实现远程监测远程监测、远程控制远程控制、远程实时调试远程实时调试.12/24/202233网络化仪表示意图网络化仪表示意图工业总线工业总线12/24/202234网络化仪表网络化仪表工业总线工业总线局域网局域网12/24/202235钢厂自动化监控系统实例钢厂自动化监控系统实例12/24/202236粮食温湿度测控系统实例粮食温湿度测控系统实例上位机上位机(内插内插CANCAN通信卡通信卡)温度分线器温度分线器CAN总线总线通风机械通风机械测湿测湿探头探头测温电缆测温电缆智能分机智能分机通风控制器通风控制器湿度分线器湿度分线器12/24/202237测温电缆测温电缆测测温温电电缆缆多多采采用用数数字字式式温温度度传传感感器器，还还包包括括导导线线、抗抗拉拉钢钢丝丝绳绳及及护护套套组组成成的的。测测温温电电缆缆内内包包含含一一组组温温度度传传感感器器，有有些些能能监监测测到到整整个个被被测测区区域域最最高高的的温温度度。不不论论包包含含多多少少个个温温度度传传感感器器芯芯片片，内内芯芯线线只只需需23条条总总线线。在在传传感感器器位位置置，有有突突出出的的保保护护节节，间间隔隔几几米米，计计算算机机能能确确定定温温度度异异变变的的区区域域。测测温温电电缆缆可可以以实实现现计计算算机机远远程程监监测测定定多多地地点点、大大范范围围温温度度群群，可可以以应应用用于于各各类类仓仓储储业业、农农业业、矿业、隧道、供电电缆等。矿业、隧道、供电电缆等。12/24/202238带计算机的检测系统简介带计算机的检测系统简介 一、带计算机的检测系统的一、带计算机的检测系统的特点及功能特点及功能1.1.性能价格比高；性能价格比高；2.2.设计灵活性高；设计灵活性高；3.3.操作方便；操作方便；4.4.有强大的运算功能；有强大的运算功能；5.5.具有记忆功能；具有记忆功能；6.6.有自校准功能；有自校准功能；7.7.能进行自动故障诊断。能进行自动故障诊断。12/24/202239二、带计算机的检测系统的工作流程二、带计算机的检测系统的工作流程 巡回检测概念巡回检测概念:计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码计算机首先向多路采样开关阵列的选通地址译码器写入准备采样的器写入准备采样的传感器地址传感器地址，由译码器，由译码器接通该地接通该地址对应的采样开关址对应的采样开关，所要采样的信号被，所要采样的信号被连接到放大连接到放大器器，放大后的信号，放大后的信号经经A/D转换器转换成数字量转换器转换成数字量，计，计算机算机通过数据总线接受该数字信号通过数据总线接受该数字信号。一个采样点采样结束后，计算机转而一个采样点采样结束后，计算机转而发送第二发送第二个采样地址个采样地址，对第二个传感器采样，直至全部被测，对第二个传感器采样，直至全部被测点均被采样完毕为止。计算机点均被采样完毕为止。计算机不可能在同一时刻读不可能在同一时刻读取所有传感器来的信号取所有传感器来的信号，而是，而是分时但快速地轮流读分时但快速地轮流读取所有的被测量取所有的被测量，这种采样方式称为，这种采样方式称为“巡回检测巡回检测”。12/24/2022408通道巡回检测数据采集器通道巡回检测数据采集器8个个传感器信号传感器信号 输入端口输入端口12/24/202241信号噪声的滤波电路信号噪声的滤波电路许多检测系统都用于许多检测系统都用于慢速变化慢速变化的非电量测量，的非电量测量，例对如温度和压力传感器的模拟数据进行采样。例对如温度和压力传感器的模拟数据进行采样。在许多情况下，在许多情况下，传感器噪声会使原本缓慢波传感器噪声会使原本缓慢波动的数据跳动不止动的数据跳动不止。为了降低高频噪声，经常。为了降低高频噪声，经常会会在传感器和采样模在传感器和采样模/数转换器级之间接一个模数转换器级之间接一个模拟拟RC低通滤波器低通滤波器。但是，。但是，要获得分钟级的时间要获得分钟级的时间常数，就需要非常大的常数，就需要非常大的R、C值值，而不易做到。，而不易做到。12/24/202242简易数字滤波技术简易数字滤波技术在工业中经常采用如下软件抗干扰技术：在工业中经常采用如下软件抗干扰技术：对存在干扰和随机误差的信号进行等准确度对存在干扰和随机误差的信号进行等准确度快快速多次采样速多次采样，然后，然后先舍去不稳定的第一个采样值先舍去不稳定的第一个采样值，再舍去若干个最大值和最小值再舍去若干个最大值和最小值，将，将余下的几个中余下的几个中间值求算术平均值间值求算术平均值，该算术平均值可以认为是排，该算术平均值可以认为是排除了干扰后的较正确的结果，这种方法有时也被除了干扰后的较正确的结果，这种方法有时也被称为称为简易数字滤波简易数字滤波。12/24/202243三、检测系统中的几种重要部件三、检测系统中的几种重要部件 1.1.采样开关采样开关 1 1）干簧继电器：）干簧继电器：干簧继电器主要由干簧继电器主要由驱动线圈驱动线圈和和干簧管干簧管组成，驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈组成，驱动线圈绕在干簧管外面。当线圈通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相通以额定电流后，干簧管中的两根常开弹簧片互相吸引而吸合。它的吸引而吸合。它的耐压较高耐压较高，额定电流较大，导通额定电流较大，导通电阻接近零电阻接近零。耗电较大耗电较大、速度较慢速度较慢是干簧继电器的是干簧继电器的主要缺点。主要缺点。干簧管干簧管干簧继电器干簧继电器12/24/202244(2)CMOS模拟采样开关模拟采样开关 模拟采样开关模拟采样开关切换对象切换对象是是多路模拟信号多路模拟信号。它的控制端。它的控制端处于处于“有效有效”状态时，内部的状态时，内部的P沟道沟道MOS管或管或N沟道沟道MOS管导通，模拟开关处于导通状态，管导通，模拟开关处于导通状态，导通电阻约几导通电阻约几欧至几百欧欧至几百欧（视型号而定）。当控制端处于（视型号而定）。当控制端处于“无效无效”状状态时开关截止，态时开关截止，截止电阻大于截止电阻大于10108 8。其其优点是集成度优点是集成度高高，动作快动作快（小于（小于1 1 s s）、）、耗电省等。耗电省等。缺点是有一定的缺点是有一定的导通电阻导通电阻、各通道间有一定的漏电各通道间有一定的漏电、击穿电压低、易损击穿电压低、易损坏坏等。等。12/24/2022452.放大器放大器 从从传感器来的信号有许多是传感器来的信号有许多是毫伏级的微弱信毫伏级的微弱信号号，须经放大才能进行，须经放大才能进行A/D转换。系统对放大器转换。系统对放大器的主要要求是：的主要要求是：准确度高准确度高、温漂小温漂小、共模抑制共模抑制比高比高、频带宽至直流频带宽至直流。目前常用的放大器有以下几种型式：一种是目前常用的放大器有以下几种型式：一种是高准确度高准确度、低漂移的双极型放大器低漂移的双极型放大器；另一种为；另一种为隔离放大器隔离放大器，它，它带有光电隔离或变压器隔离的带有光电隔离或变压器隔离的低漂移信号放大器低漂移信号放大器，以及一个，以及一个高隔离度的高隔离度的DC/DC电源电源。12/24/202246精密隔离精密隔离放大器举例放大器举例 线性误差：小于线性误差：小于0.01%输入阻抗：输入阻抗：1M隔离度：隔离度：2500V/50Hz/1min工作温度：工作温度：-10+6012/24/202247隔离电源隔离电源精密隔离精密隔离放大器电路框图放大器电路框图12/24/202248精密隔离精密隔离放大器举例（续）放大器举例（续）导轨安装式导轨安装式 12/24/202249隔离放大器用的隔离电源隔离放大器用的隔离电源 典型技术指标：典型技术指标：封装：封装：SIP、DIP（符合（符合UL94-V0标准）标准）；电压准确度：电压准确度：1%；工作温度：工作温度：-40+85；效效率：率：80%Min（满载（满载)；隔离电压：隔离电压：1500VDC；80mVp-pMax；输出纹波输出纹波/噪声（噪声（20MHz带宽带宽)；功率：功率：0.1W2W（可选）（可选）12/24/2022503.A/D转换器转换器（ADC）放大器放大后的模拟信号必须进行放大器放大后的模拟信号必须进行A/D转转换才能由计算机进行运算处理。目前采用较换才能由计算机进行运算处理。目前采用较多的多的A/D转换器有两大类：转换器有两大类：一类是并行一类是并行A/D转转换器换器，另一类是，另一类是串行串行A/D转换器转换器。在并行在并行A/D转换器中，又有转换器中，又有逐位比较型逐位比较型和和双积分型双积分型之分。前者转换速度较快，有之分。前者转换速度较快，有8位、位、12位、位、16位等规格。位数越高，准确度也越位等规格。位数越高，准确度也越高，但价格也相应提高；后者高，但价格也相应提高；后者转换速度较慢转换速度较慢（每秒（每秒10次左右），不太适合巡回检测系统，次左右），不太适合巡回检测系统，常见的有常见的有3位半、位半、4位半等规格。位半等规格。12/24/202251A/D转换器转换器的的光耦合接口电路光耦合接口电路 12/24/2022524.D/A转换器转换器（DAC）与接口电路与接口电路 计算机运算处理后的数字信号经常必须转换计算机运算处理后的数字信号经常必须转换为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。为模拟信号，才能用于工业生产的过程控制。它的它的输入是计算机给出的数字量输入是计算机给出的数字量，它的，它的输出是输出是与数字量相对应的电压或电流与数字量相对应的电压或电流。如果。如果在计算机在计算机与与D/A之间插入多路光耦合器之间插入多路光耦合器就能较好地就能较好地防止防止工业控制设备干扰计算机的工业控制设备干扰计算机的工作工作。如果使用多。如果使用多路采样保持器，只要使用一只路采样保持器，只要使用一只D/A即可进行多即可进行多路路D/A转换。转换。12/24/202253D/A转换器转换器的的光耦接口电路光耦接口电路 420mA12/24/202254可编程序控制器中的传感器接口板可编程序控制器中的传感器接口板 传感器与传感器与PLC的联系主的联系主要是输入接口。不同的要是输入接口。不同的“I/O模板模板”与各种不同的与各种不同的传感器配套：传感器配套：模拟量输入模板模拟量输入模板、开关开关量输入模板量输入模板、温度输入控温度输入控制模板制模板等。用户只须按照等。用户只须按照说明书选购不同功能的模说明书选购不同功能的模板即可构成完整的自动检板即可构成完整的自动检测控制系统。测控制系统。三菱系列三菱系列可编程控制器可编程控制器西门子系列西门子系列 可编程控制器可编程控制器12/24/202255PLC的模拟量输入模板接线举例的模拟量输入模板接线举例热敏电阻与模拟输入模块热敏电阻与模拟输入模块的四线连接图的四线连接图12/24/202256可编程序控制器中的光耦接口电路可编程序控制器中的光耦接口电路 PLC的的开关量输入电路开关量输入电路1现场开关盒现场开关盒2传输线传输线3电源电源4光耦合器光耦合器 请分析工作过程：请分析工作过程：当现场开关当现场开关S（例如行程开关）例如行程开关）闭合时闭合时，反相器，反相器IC2的输出是高电平还是低电平？的输出是高电平还是低电平？LED亮还是暗？亮还是暗？12/24/202257PLC中的开关量传感器接口电路中的开关量传感器接口电路 PLC的低电平有效无源输入电路的低电平有效无源输入电路 12/24/202258PLC中的开关量传感器接口电路（续）中的开关量传感器接口电路（续）PLC的高电平有效有源输入电路的高电平有效有源输入电路12/24/202259 五、带计算机的检测技术应用实例五、带计算机的检测技术应用实例 1.陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统陶瓷隧道窑温度、压力监测控制系统 该该系系统统涉涉及及热热工工参参数数的的测测量量，它它采采用用工工控控机机。该该系系统统将将巡巡回回数数据据采采集集电电路路及及控控制制电电路路装装在在独独立立的的接接口口箱箱中中，接接口口箱箱中中有有定定时时器器、计计数数器器、并并行行输输入入输输出出接接口口等等，接接口口箱箱与与主主机机之之间间通通过过并并行行接接口口插插卡卡与与计计算机通信算机通信。12/24/202260隧道窑外形隧道窑外形 12/24/202261隧道窑隧道窑计算机计算机检测控检测控制系统制系统框图框图 12/24/2022622.智能化流量积算仪智能化流量积算仪 使用计算机技术，使用计算机技术，将一次仪表送来的将一次仪表送来的瞬时流量瞬时流量q对时对时间间t t作积分作积分，求出流量累积总量求出流量累积总量q总总：也可将也可将短暂时段短暂时段ti与与该时段的瞬时流量该时段的瞬时流量qi的平均值相的平均值相乘乘，并对乘积进行累加并对乘积进行累加，从而得到累积流量：，从而得到累积流量：12/24/202263智能化流量积算仪原理智能化流量积算仪原理智能化流量积算仪采用智能化流量积算仪采用差压法测量瞬时流速差压法测量瞬时流速，因此必，因此必须首先测出须首先测出差压差压p。由于温度和压力会引起流体的密由于温度和压力会引起流体的密度的变化，有时还需要度的变化，有时还需要进行温度补偿和压力补偿进行温度补偿和压力补偿，所以，所以必须测出流体的温度和压力。如果使用热电偶，必须测出流体的温度和压力。如果使用热电偶，还必须还必须测量热电偶的冷端（室温）测量热电偶的冷端（室温）温度。温度。上述四种信号先上述四种信号先由标准的一次仪表转换由标准的一次仪表转换为为420mA的的电流信号电流信号，经信号传输线传送到本积算仪的输入端，再，经信号传输线传送到本积算仪的输入端，再用用取样电阻（取样电阻（250.）转换成个低内阻的转换成个低内阻的15V电压电压信号信号：Up、Up、Ut、Uto。上述四个电压信号按顺序轮上述四个电压信号按顺序轮流通过流通过采样继电器采样继电器K1K2传送至传送至模模/数转换器的输入端数转换器的输入端，再再经光耦经光耦，由，由单片机计算出累积流量单片机计算出累积流量。12/24/202264智能化流量积算仪原理框图智能化流量积算仪原理框图 12/24/202265智能化流量积算仪的设计要点智能化流量积算仪的设计要点 单单片片机机必必须须将将瞬瞬时时流流量量对对时时间间作作积积分分运运算算，本本项项目目中中，单单片片机机在在标标准准的的时时间间段段（例例如如1s）内内，对对V/F转转换换器器输输出出的的脉脉冲冲数数进进行行累累加加计计数数，就就可可以以达达到到近近似似于于积分的目的。积分的目的。为为了了显显示示累累计计结结果果，一一般般必必须须设设置置6位位或或更更多多的的数数码码管管。为为了了选选择择显显示示吨吨、或或千千克克、或或立立方方米米等等不不同同的的单单位位，也也为为了了选选择择显显示示瞬瞬时时流流量量还还是是累累计计流流量量，积积算算仪仪面面板板上上还还必必须须设设置置选选择择按按键键，由由单单片片机机读读取取不不同同的的选择方式，并在数码管的右边显示出相应的单位。选择方式，并在数码管的右边显示出相应的单位。使使用用多多只只光光耦耦，能能将将左左边边的的传传感感器器回回路路及及继继电电器器与与右边易受干扰的单片机回路隔离开来右边易受干扰的单片机回路隔离开来。12/24/2022663.传感器在模糊控制洗衣机中的应用传感器在模糊控制洗衣机中的应用 所所谓谓模模糊糊控控制制系系统统是是模模拟拟人人智智能能的的一一种种控控制制系系统统。它它将将人人的的经经验验、知知识识和和判判断断力力作作为为控控制制规规则则，根根据据诸诸多多复复杂杂的的因因素素和和条条件件作作出出逻辑推理去影响控制对像。逻辑推理去影响控制对像。模糊洗衣机能自动判断模糊洗衣机能自动判断衣物的数量（重衣物的数量（重量）量）、布料质地（粗糙、软硬）布料质地（粗糙、软硬）、肮脏程度肮脏程度来决定来决定水位的高低水位的高低、洗涤时间洗涤时间、搅拌与水流搅拌与水流方式方式、脱水时间脱水时间等，将洗涤控制在最佳状态。等，将洗涤控制在最佳状态。不但使洗衣机省电、省水、省洗涤剂，又能不但使洗衣机省电、省水、省洗涤剂，又能减少衣物磨损。减少衣物磨损。12/24/202267模糊洗衣机的模糊洗衣机的模糊推理模糊推理 12/24/202268模糊控制洗衣机中的传感器模糊控制洗衣机中的传感器 1 1脱水缸（内缸）脱水缸（内缸）2 2外缸外缸 3 3外壳外壳 4 4悬吊弹簧悬吊弹簧(共共4 4根根)5 5水位传感器水位传感器6 6布量传感器布量传感器7 7变速电动机变速电动机 8 8带轮带轮 9 9减速、离合、减速、离合、刹车装置刹车装置 1010排水阀排水阀 1111光电传感器光电传感器12/24/202269第二节第二节 基于虚拟仪器的检测系统基于虚拟仪器的检测系统虚虚拟拟仪仪器器的的概概念念是是美美国国国国家家仪仪器器公公司司（NI）于于1986年年提提出出的的。它它引引发发了了传传统统仪仪器器领领域域的的一一场场重重大大变变革革，使使得得计计算算机机和和网网络络技技术术得得以以进进入入仪仪器器领领域域，从从而而开开创创了了“软软件件就就是是仪仪器器”（TheSoftwareistheInstrument）的的先河。先河。虚虚拟拟仪仪器器（VI）是是指指：在在以以通通用用计计算算机机为为核核心心的的硬硬件件平平台台上上，用用途途由由用用户户自自己己定定义义的的、测测试试功功能能由由测测试试软软件件实实现现的的、具具有有虚虚拟拟面面板板的的一一种种计计算算机机仪仪器器系系统统。虚虚拟拟仪仪器器可可以以代代替替传传统统的的测测量量仪仪器器，如如示示波波器器、逻逻辑辑分分析析仪仪、信号发生器、频谱分析仪等信号发生器、频谱分析仪等。回目录回目录12/24/202270虚拟仪器的特点虚拟仪器的特点 1）突突破破了了传传统统仪仪器器在在数数据据处处理理、显显示示、存存储储等等方方面面的限制，增强了传统仪器的功能。的限制，增强了传统仪器的功能。2）实实现现了了部部分分仪仪器器硬硬件件的的软软件件化化，增增加加了了系系统统的的灵灵活活性性；可可实实时时、直直接接地地对对测测试试数数据据进进行行各各种种分分析析与与处处理理；通过图形用户界面技术，实现了通过图形用户界面技术，实现了界面友好、人机交互界面友好、人机交互。3）基基于于计计算算机机总总线线，硬硬件件实实现现了了模模块块化化、系系列列化化，大大大大缩小了系统尺寸缩小了系统尺寸。4）基基于于计计算算机机网网络络技技术术和和接接口口技技术术，广广泛泛支支持持诸诸如如CAN、FieldBus、PROFIBUS等等各各种种工工业业总总线线标标准准，可可方方便便地地构构建建自自动动测测试试系系统统，实实现现测测量量、控控制制过过程程的的网网络络化化。12/24/202271虚拟仪器用虚拟仪器用PC机仪器板卡机仪器板卡代替传统仪器代替传统仪器用计算机软件用计算机软件代替硬件分析电路代替硬件分析电路12/24/202272虚拟仪器与传统仪器的性能比较虚拟仪器与传统仪器的性能比较 传统仪器传统仪器虚拟仪器虚拟仪器功能由仪器生产厂家定义功能由仪器生产厂家定义功能由用户定义功能由用户定义与其他设备连接受限与其他设备连接受限可方便地连接到网络及其他外围设备可方便地连接到网络及其他外围设备图形界面小，信息量小图形界面小，信息量小全汉化图形界面，信息量大全汉化图形界面，信息量大信号电缆和开关多，操作复杂信号电缆和开关多，操作复杂采用虚拟旋钮，故障率低，有操作保护采用虚拟旋钮，故障率低，有操作保护系统封闭，功能固定，扩张性低系统封闭，功能固定，扩张性低系统开放、灵活，可构成多种仪器系统开放、灵活，可构成多种仪器测试系统开发时间长测试系统开发时间长测试系统开发时间短测试系统开发时间短数据无法编辑数据无法编辑数据可编辑、存储、打印数据可编辑、存储、打印硬件是关键，必须由专业厂家升硬件是关键，必须由专业厂家升级级软件是关键，升级方便软件是关键，升级方便仪器间一般无法通用，昂贵仪器间一般无法通用，昂贵仪器之间利用率高，整体价格相对便宜仪器之间利用率高，整体价格相对便宜技术更新慢（周期为技术更新慢（周期为510年）年）软件技术更新快（周期为软件技术更新快（周期为12年）年）开发和维护费用高开发和维护费用高基于软件体系的开发和升级，费用较低基于软件体系的开发和升级，费用较低12/24/202273虚拟仪器结构框图虚拟仪器结构框图 传传统统仪仪器器由由信信号号采采集集、信信号号处处理理、结结果果表表达达以以及及仪仪器器控制控制等等4部分组成，部分组成，大多是用电子线路来实现大多是用电子线路来实现的。的。在在虚虚拟拟仪仪器器中中，信信号号采采集集和和A/D、D/A转转换换仍仍由由硬硬件件实实现现，而而信信号号处处理理和和结结果果表表达达用用软软件件实实现现。虚虚拟拟仪仪器器通通常由常由三大功能块组成三大功能块组成：模模块块化化数数据据采采集集硬硬件件、计计算算机机硬硬件件平平台台和和用用于于数数据据分分析、过程通信及图形用户界面的软件析、过程通信及图形用户界面的软件组成。组成。12/24/202274虚拟仪器体系结构图虚拟仪器体系结构图12/24/202275LabVIEW简介简介 LabVIEW是是基基于于C语语言言的的、革革命命性性的的图图形形化化开开发发语语言言，用用来来进进行行数数据据采采集集和和控控制制、数数据据分分析析和和表表达达。它它的的目目标标是是简简化化程程序序的的开开发发工工作作，让让工工程程师师和和科科学学家家能能充充分分利利用用PC的的功功能能，快快速速、简简便便地地完完成成自自己己的的工工作作。二二十十余余年年的的不不断断充充实实，使使LabVIEW成成为为丰丰富富、强强大大的的实实用用工工具具软软件件包包。它它的的内内部部配配有有GPIB、VXI、串串口口和和插插入入式式DAQ板板的的库库函函数数，以以及及全全球球数数百百家家厂厂商商的的仪仪器器驱驱动动程程序序。围围绕绕这这些些核核心心软软件件还还陆陆续续开开发发出出多多种种附附件件。使用使用LabVIEW编程时，主要是编程时，主要是“绘制绘制”程序流程图。程序流程图。12/24/202276LabVIEW在虚拟仪器中的应用在虚拟仪器中的应用在在LabVIEW中开发的程序称为中开发的程序称为VI，其，其扩展名为扩展名为“.vi”。VI包括三个部分：包括三个部分：前面板（前面板（FrontPanel）、程序框图（程序框图（Blockdiagram）和和图标图标/连接器（连接器（Iconandconnectorpane）。程序框图是定义程序框图是定义VI功能的程序源代码。功能的程序源代码。每一个程序每一个程序前面板都对应着一段框图程序前面板都对应着一段框图程序。框图程序用框图程序用LabVIEW图形编程语言编写图形编程语言编写，可以把它，可以把它理解成传统程序的源代码理解成传统程序的源代码。框图程序由框图程序由“端口端口”、“节点节点”、“图框图框”和连线构成和连线构成。其中其中端口用来完成程序前面板的控制以及显示、传递数端口用来完成程序前面板的控制以及显示、传递数据据。节点用来实现函数和功能调用节点用来实现函数和功能调用，图框用来实现结构图框用来实现结构化程序控制命令化程序控制命令，而连线代表程序执行过程中的数据流而连线代表程序执行过程中的数据流，从而定义框图内的数据流动方向。从而定义框图内的数据流动方向。12/24/202277虚拟仪器的软件开发平台虚拟仪器的软件开发平台 虚拟仪器应用软件的编写大致可分为两种虚拟仪器应用软件的编写大致可分为两种方式：方式：1）用）用通用编程软件进行编写通用编程软件进行编写。主要有。主要有Microsoft公司的虚拟仪器公司的虚拟仪器VisualBasic和虚拟和虚拟仪器仪器VisualC+、Borland公司的公司的Delphi和和Sybase公司的公司的PowerBuilder等；等；2）用专业图形化编程软件进行开发用专业图形化编程软件进行开发。如。如HP公司的公司的VEE、NI公司的公司的LabVIEW和和Labwindows/CVI等。等。12/24/202278LabVIEW与其他系统的结合使用与其他系统的结合使用12/24/202279用用LabVIEW编写的编写的虚拟仪器面板虚拟仪器面板 传统仪器只传统仪器只有一块仪器面有一块仪器面板；板；虚拟仪器虚拟仪器的的“面板面板”可可根据用户自己根据用户自己定义定义。仪器的操作仪器的操作是通过鼠标选是通过鼠标选中不同的按键中不同的按键和旋钮和旋钮来完成来完成的。的。12/24/202280程序前面板程序前面板用用于于设设置置输输入入数数值值和和观观察察输输出出量量，用用于于模模拟拟真真实实仪仪表表的的前前面面板板。输输入入量量称称为为控控制制器器，输输出出量量称称为为显显示示器器。控控制制和和显显示示是是以以各各种种图图标标形形式式出出现现在在前前面面板板上上，如如旋旋钮钮、开开关关、按按钮钮、图图表