诚成设计,基于LabVIEW的液位测试处理系统设计.docx
《诚成设计,基于LabVIEW的液位测试处理系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《诚成设计,基于LabVIEW的液位测试处理系统设计.docx(49页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、SHANDONG毕业设计说明书基于LabVIEW的液位测试处理系统设计 学 院: 电气与电子工程学院 专 业: 自动化 学生姓名: 陈 啸 学 号: 指导老师: 邢雪宁 2012年 月摘 要虚拟仪器技术是现在计算机系统和仪器系统相结合的产物,是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它推动着传统仪器朝着数字化,智能化,模块化,网络化的方向发展。虚拟仪器系统利用了计算机系统的强大功能,大大突破了传统仪器在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制,用户可以自由定义,自由组合计算机平台、 硬件、软件以及完成系统功能所需的附件,可以方便的对其进行维护、扩展、升级,“Soft is Instruments
2、(软件就是仪器)的观念正逐步被人们接受。因此虚拟仪器VI(Visual Instrument)正在成为当今世界流行的一种仪器构成方案,它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统。本课题主要内容是研制以Lab VIEW为主控制平台,以单片机为控制的智能实时液位检测处理系统。该系统具有数据实时采集、采集数据实时显示、存储,并通过数据采集卡输出控制信号对液位信号实时控制等功能。本设计是虚拟仪器在测控领域的一次成功尝试。实践证明虚拟仪器是一种优秀的解决方案,能够高效的实现各种测控任务。关键字:虚拟仪器,液位控制,Lab VIEWAbstractVrtual instrumen
3、t technology is now the computer system and instrumentation system combining the product of todays computer-aided testing is an important technology area. It advances towards the traditional digital instrumentation, intelligent, modular, network-based direction.Nowadays the Visual Instrument ( VI )
4、is becoming a popular scheme of instruments constitution. It combines the computer platform with standard interface hardware modules and develops testing software to form a system. Utilizing the powerful function of computer system, the visual instrument system has dramatically broken through the li
5、mitation of traditional instruments in data acquisition, processing, displaying, storage, etc. The user can not only freely define and combine the computer platform, hardware, software and the required accessories to complete system functions, but also make maintenance, expansion and upgrading. Ther
6、efore people gradually accept the conception that software is the instrument.The main topic is to develop a control platform based on Lab VIEW, and also a Intelligent real-time microcontroller for the control of liquid level detection processing system. This system has the functions of real-time dat
7、a acquisition, real-time data displaying . Besides, it can output the control signal through the data-acquisition card to a real-time control of the liquid level, etc.This design is a successful attempt of the visual instruments in the testing and controlling field. Practice proves that the Visual I
8、nstrument is an excellent solution to efficiently fulfill various testing and controlling tasks.Key words: Visual instrument, Liquid-level control, Lab VIEW目录第一章 绪 论21.1 引言21.2 课题背景31.2.1 虚拟仪器技术的国外发展现状31.2.2 国内虚拟仪器的研究现状41.3 虚拟仪器的开发软件81.3.1 虚拟仪器的开发语言81.3.2 图形化虚拟仪器开发平台Labview81.3.3 基于Labview平台的虚拟仪器程序设
9、计91.4 本设计所做的工作10第二章 系统设计理论及硬件平台122.1 数据采集理论122.1.1 数据采集技术概论122.2 核心芯片的选择及简介142.2.1 核心芯片的选择142.2.2 AT89S52简介152.2.3 ADC08038芯片简介192.3 控制系统的总体实现202.3.1 控制系统的总体模块划分202.3.2 控制系统的各个模块功能及作用212.4 控制系统各模块的具体实现222.4.1 热敏电阻简介及调理电路的设计222.4.2 电流互感器简介及调理电路的设计252.4.3 AT89S52与ADC08038的接口电路设计282.4.4 AT89S52与振荡电路的接口
10、设计292.4.5 AT89S52与键盘、数码管显示的接口设计302.4.6 风扇和蜂鸣器控制模块的设计342.5 本章小结36第三章 系统软件设计373.1 程序模块化设计概述373.1.1 软件系统的模块化设计原则373.1.2 本设计的软件系统模块划分393.2 系统各模块应用程序403.2.1 数据采集与显示程序403.2.2 数据保存程序413.2.3 历史数据读取程序423.2.4 报警模块433.2.5 参数设置模块44第四章 系统软件的具体实现454.1 系统监控界面454.2 实验步骤及其调试结果464.3 历史数据读取46第五章 总 结48参 考 文 献50致 谢51第一章
11、 绪 论1.1 引言在人们生产生活的过程中越来越多的涉及到液位控制和处理的问题。比如,在饮品生产、食品加工、化工生产、污水净化等各个领域,都会使用蓄液池,而对于蓄液池内液体的高度控制要求也越来越精准。水量过多会导致不必要的浪费,水量过少达不到标准而无法满足要求,在很多情况下,即使是很小的测量相对误差也会造成较大的经济损失。因此,为了保证生产的效益和产品质量,必须要有合适的控制器自动调节储液池内液体的流量,从而使液位保持在正常水平。这些不同背景的实际问题我们都可以把他们简化为某种水箱的液位控制和处理问题。在工业控制过程中,液位是一个很重要的参数。特别是在动态的状态下,采用合适的方法对液位进行检测
12、与控制,能起到很好的生产效果。测控技术与仪器实验室有5套液位控制实验装置,但这些控制装置目前都是用传统模拟仪表进行控制。为了在这些实验装置上进行开展研究性实验,必须先将这些实验装置改造为由计算机进行液位检测和控制。虚拟仪器VI(Visual Instrument)正在成为当今世界流行的一种一起构成方案,它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统。工业液位控制中, 常常用到液位控制。在这些控制中,最重要的参数是液位,因此有必要对液位控制进行自动的、 实时的监控。 过去通用的方法是由工作人员分班定时监测液位计的指示值, 将指示值与规定液位数值比较, 并算出两者的差值, 根
13、据液位变化大小作出判断、控制阀门的开度大小。其弊端是定时查看缺乏实时性, 不能对系统中的突发事件进行及时地处理; 不能排除人为发生错误的因素, 如记录时的误读和误记等2。所以, 本毕业设计要设计一套实时、自动的液位控制监控系统,并充分引入虚拟仪器的概念, 使所设计的监控系统结构清晰、概念简单。1.2 课题背景1.2.1 虚拟仪器技术的国外发展现状虚拟仪器技术目前在国外发展很快,以美国国家仪器公司(NI公司)为代表的一批厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器系统及其图形编程语言,已作为各大学理工科学生的一门必修课程。美国的斯福坦大学的机械工程系要求三、四年级
14、的学生在实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。近年来,世界各国的虚拟仪器公司开发了不少虚拟仪器开发平台软件,以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建自己的虚拟仪器或测试系统,并编制测试软件。最早和最具有影响力的开发软件,是NI公司的LABVIEW软件和Lab windows/CVI开发软件。LABVIEW采用图形化编程方案,是非常实用的开发软件。Lab windows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的、在windows 环境下的标准ANSI C开发环境,除了上述优秀的开发软件之外,美国HP公司的HP-VEE和HPTIG平台软件,美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-T
15、NS软件,以及美国的HEM Data公司的Snap-Master平台软件,也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发平台软件。当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括传统的RS232串行总线、GPIB通用接口总线、VXI总线,以及已经被PC机广泛采用的USB串行总线和IEEE1394总线(即Fire wire,也叫做火线)。世界各国的公司,特别是美国NI公司,为使虚拟仪器能够适应上述各种总线的配置,开发了大量的软件以及适应要求的硬件(插件),可以灵活的组建不同复杂程度的虚拟仪器自动检测系统。虚拟仪器开发商不仅注意使虚拟仪器能够适应各种通用计算机总线系统,使之为虚拟仪器服务,而且也注意建立各种仪器专用的总线系
16、统。美国NI公司在1997年9月1日推出模块化仪器的主流平台PXI,这是与Compact PCI 完全兼容的系统。这种虚拟仪器模块化主流平台PXI/Compact PCI的传输速度已经达到100Mb/s。是目前已经发布的最高传输速度。1.2.2 国内虚拟仪器的研究现状目前主流的虚拟仪器主要是VXI.PX各种计算机总线和总线标准的各种插卡和仪器模块间或有其它总线式的仪器模块,工作方式多是插入各种总线机箱内或直接插入计算机机箱内,少数情况下是独立模块以接口形式接入计算机。它们多数属于中低频范围,主要是工程应用类仪器设备。我国VXI总线技术是反映我国目前虚拟仪器水平的一个方面,互联网已经使数据共享进
17、入新阶段,加速了虚拟仪器的新网络技术及远程计算机技术的发展,而这些技术是传统仪器不可能实现的,虚拟仪器很好的利用了互联网的功能,因此可以把来自测量和设计的数据直接发布到网上。国内已有部分院校的实验室引入了虚拟仪器系统,上海复旦大学、上海交通大学、广州暨南大学、华中理工大学、四川联合大学等。近一、两年来这些学校在原有的基础上,又开发了一批新的虚拟仪器系统用于教学和科研。其中,华中理工大学机械学院工程测试实验室将其开发成果在网上公开展示。四川联合大学的教师基于虚拟仪器的设计思想,研制了“航空电台二线综合测试仪”将8台仪器集成于一体,组成虚拟仪器系统,使用方便、灵活。清华大学利用虚拟仪器技术构建的汽
18、车发动机检测系统,用于汽车发动机的出厂检验。主要检测发动机的功率特性、负荷特性等。一台发动机检测完后,就可打印出完整的检测报告。此外,国内已有几家企业在研制PC虚拟仪器,哈工大仪器王电子有限责任公司就是其中之一,它的产品已达到一定的批量。其主要产品有数字存储示波器系列、任意波形发生器及频率计系列、多通道大容量波形记录系列。国内专家预测:未来几年内,我国将有50%的仪器为虚拟仪器。国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时监测。随着微型计算机的发展,虚拟仪器将会逐步取代传统的测试仪器而成为测试仪器的主流。虚拟仪器技术的提出和发展,标志着二十一世纪自动测试与电子测试仪器领域技术发
19、展的一个重要方向虚拟仪器技术发展趋势虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。自从1785年库仑发明静电扭秤,1834年哈里斯提出静电电表结构以来,电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段,如图1.1所示。图1. 1测量技术的发展从十九世纪初到二十世纪末,测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段,发展到现在的虚拟仪器。模拟仪器主要有模拟式电压表、电流表等,这些仪表解决了当时对某些量的测量的需求。从二十世纪初到五十年代左右,测量仪器的材料性能得到改善出现了电子管
20、,同时测量理论和方法与电子技术、控制技术相结合,出现了以记录仪和示波器为代表的电子仪表五十年代以后随着晶体管和集成电路的出现以及应用电子技术的发展将数字技术成功地应用到测量仪器。这时电子控制集成电路和计算机技术开始融为一体成为测量仪器的主要特征。七十年代初第一片微处理器问世,微型计算机技术从此发展迅猛,在其影响下测量仪器呈现出新的活力并取得了长足进步。伴随微电子技术、计算机技术、网络技术的迅速发展及在电工电子测量技术领域的应用,测量仪器也不断进步和发展,出现了智能仪器。智能仪器是将微机置于仪器内部,使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点,并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化
21、程度、运用能力及解决测量技术问题的深度和广度等方面都有明显的进步。这种内置微处理器的仪器,既能进行自动测试又能完成数据处理,可取代部分的脑力劳动。随着电子技术、微计算机技术的发展,智能仪器的智能水平不断提高。但是在数字化仪器、智能仪器阶段基本上没有摆脱传统仪器那种独立使用、手动操作的模式,难以胜任更复杂、多任务的测量需求。为解决这样的问题,总线式仪器与系统应运而生。人们发明制造出CAMAC、RS-232和GPIB等多种仪器通讯接口总线,用于将多台智能仪器连在一起,以构成更复杂的测试系统。1982年美国西北仪器公司总裁德伯克提出了微机化仪器的概念,也就是人们现在常提到的卡式仪器。卡式仪器是虚拟仪
22、器的雏形,是将传统独立式仪器的测量电路部分与接口部分集合在一起制成仪器功能卡,将其插入微机的内部插槽或外部插件箱中形成的仪器。PC总线仪器系统是卡式仪器的一种,它是利用PC机内部的总线,把若干块仪器卡插在PC机内部或外部扩展机箱内而组成的。插卡总线机箱与PC机间的通信,可利用RS-232、GPIB接口总线或以太网电缆等进行。虽然许多厂家通过定义新的仪器总线,不断对卡式仪器进行改进,但其大多是在微机内总线的插槽上进行开发,没有统一标准,且各厂家生产的插卡尺寸大小不一,设备兼容性较差。在这种情况下,用户自然会提出标准化的要求。1987年,美国的惠普和泰克等5家公司在VME总线的基础上,联合提出了一
23、种新型总线系统-VXI(VME eXtension For Instrumentation)总线,即由微机总线VME扩展而成的微机化仪器专用总线。1997年美国NI公司推出了一种新的仪器总线标准PXI总线标准。制定PXI规范的目的是为了将PC的性能价格比优势和PCI总线面向仪器领域的必要扩展结合起来,以期形成一种主流的虚拟仪器测试平台。相对VXI仪器,按PXI总线标准制成的PXI仪器具有成本低、便于组成便携式测试系统等优点2。这些以PC为核心、由测量功能软件支持,具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的PC仪器或VXI仪器就是虚拟仪器。虚拟仪器技术的出现,使得用户可以自己定义仪器,灵活地设计
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 设计 基于 LabVIEW 测试 处理 系统
限制150内