基于labview的扫频仪设计.doc-资料库

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大连民族大学课程设计（论文）项目开发技能培训学院（系）：物理与材料工程学院专业：光电信息科学与工程学生姓名：张金博学号：2014151328 指导教师：刘佳宏完成日期：2017 年 1 月 11 日大连民族大学

┊ ┊ 摘要本次课程设计的题目是基于 LabView 的虚拟温度控制系统，主要讲述控制系统软件方面的设计，首先对温度传感器采集到的温度信号（转化并处理为电压信号）输入到采集卡模拟输入端口，采集卡将信号送入 LabView 程序处理后从模拟输出端输出相关有效的 PWM 调制波形。由于条件有限本次课设忽略了传感器的设计，只是通过模拟一个温度值，就在采集卡的模拟输入端送一个 0~5V 的可手动调整的电压，通过手动改变的电压，就可以模拟对外部温度的变化的监控行为。本文中的温度控制系统是为了应对当今对大规模、自动化、智能化电子测控系统的需求愈发迫切的形势而设计的，设计中所采用是由计算机计术、仪器技术和通信技术的结合而来的虚拟仪器技术。这项技术的意义对仪器仪表、自动控制领域的发展非常大，它大大简化了系统的硬件设备，降低了开发和更新的成本，并且使系统的灵活性增强，易于维修，方便工程人员开发设计，为工厂节省了大批大批的财富。关键词虚拟仪器，LabView，自动化控制，数据采集卡

目录 1.设计任务描述 .......................................................... 1 1.1 设计题目：基于 LABVIEW 的虚拟温度控制器的设计 ........................ 1 1.2 设计要求 ........................................................... 1 1.2.1 基本要求.................................................................................................................1 1.2.2 发挥部分.................................................................................................................1 2.设计思路 .............................................................. 2 2.1 DAQ 数据的采集 ..................................................... 2 2.2 温度检测部分 ....................................................... 2 2.3 温度控制部分 ....................................................... 3 2.4 显示部分 ........................................................... 3 3.主程序流程图 .......................................................... 4 4.温度控制器的设计 ...................................................... 5 4.1 温度采集的部分 .................................................... 5 4.2 温度判断 .......................................................... 5 4.3 温度调节器的多级控制 ..............................................8 4.3. 1 制冷系统的温度多级控制....................................................................................8 4.3. 2 加热系统的温度多级控制....................................................................................9 4.4 显示部分的设计 ..................................................... 9 4.4.1 温度曲线图像的设计.............................................................................................9 4.4.2 温度调节器占空比图像的设计...........................................................................10 4.4.3 温度调节系统的指示灯设计...............................................................................10 4.5 温度控制器前面版的设计 ........................................... 12 5.系统的工作过程分析 ................................................... 13 6.温度控制系统的功能测试 ............................................... 14 7.主要元器件介绍 ....................................................... 17 7.1 NI-DAQ 采集卡 .................................................... 17 小结 ................................................................... 18 参考文献 ............................................................... 19 附录程序框图 .......................................................... 20

基于 labview 的虚拟温度控制器的设计 1.设计任务描述 1.1 设计题目：基于 labview 的虚拟温度控制器的设计 1.2 设计要求 1.2.1 基本要求设计基于 Labview 的函数信号发生器。要求：1）掌握 NI-DAQ 使用方法。 2）了解温度测量以及控制方法。 3）设定温度，测量及显示温度，绘出温度曲线，PWM 方式控制温度。 1.2.2 发挥部分 1）根据外部温度的变化范围自动选择温度控制器的工作级别。 1

基于 labview 的虚拟温度控制器的设计 2 .设计思路本次设计要求使用 LabView 来实现温度控制器的设计，在此我将其分为 4 个大部分：首先是 DAQ 数据采集部分；其次就是温度检测部分；第三，是温度控制部分；最后就是整个系统的显示部分。在这个温度控制系统中，使用了一个 while 循环结构就可以将以上四个部分很容易的套在一起，这样一来只要系统一开启就会不断的监视温度的变化并且自动使温度保持在设定的范围内，（不过我们实际上并不能将温度将下来因为没有必要的外设，所以我们只有通过观看制冷，加热器的占空比情况来判断程序是否正确）。在监控的过程中无需人的参与，实现了高度自动化监控。以下分别分析四个部分的简要思路。 2.1 DAQ 数据的采集从传感器出来的信号要经过数据采集卡才能送至计算机中进行数据处理和记录，所以在本次设计中数据采集卡是不可或缺的一部分，它起到一个连接纽带的作用。从传感器出来的信号接到数据采集卡的模拟输入端，然后再通过数据采集卡的 A/D 通道连接至计算机中去。数据采集卡接收到的是一个模拟电压量，但是经过它的 A/D 通道后，计算机接收到的就是一个数字量，转换为数字量后，我们就可以方便地对它进行控制了。 Labview 软件上就有一个数据采集小助手（以下简称 DAQ），利用 DAQ 就能够对计算机里的数据采集卡进行设置并使用，使用上非常简单、方便。在本次设计中`，为了将采集到的电压信号乘以 100 就当作是实际的温度了。 2.2 温度检测部分通过 DAQ 传入到计算机里的数据就需要进行判断和处理了。因为我做的是温度控制系统所以实际上我要判断的数据其实就是只有温度而已，我程序的核心思想其实就是利用这个系统能够根据温度的变化作出相应的处理，比如说外部温度比设定的温度高那么我就需要让制冷设备发挥作用来降低温度，如风扇作为制冷设备时，就需要将其的占空比设置的高一些，要是反之就要将电炉的占空比设置的高一些，所以数据的判断也就是这个系统的核心部分，在这里我使用了 Labview 里面的公式节点作为整个程序的核心部分，通过 C 语言编程可以大大的降低程序的难度，判断温度的信息只需要简单的通过几句 C 命令就可以解决，在这里我就是只用两个判断语句就可以知道温度是过高还是过低。为了在以后几个部分使用上的方便，计算出实际温度与上下限温度的差值，在进行判断。根据判断所得的结果，选择不一样的警报灯显示警报。 2

基于 labview 的虚拟温度控制器的设计 2.3 温度控制部分升温、降温是通过调节方波的占空比（PWM 方式调控）来实现的，如果外界温度值还没有达到设定温度范围时，那么就需要使得火炉的占空比高一些，同时风扇的占空比为 0，以达到对外界物体进行升温的效果，当外界的温度逐渐接近设定温度值时，火炉的方波的占空比会变小甚至为零，当外部的温度超过设定的温度时，就要增加电扇的占空比来降低温度，进而使得温度维持平衡。上面的只是我设计的基本的要求，我的发挥部分也在温度的控制的这一部分，通过判断外部温度和设定温度的差值的温度范围来实现温度调节器的档位选取，经过了判断程序，通过接下来简单的几句 C 程序就可以实现这部分的程序设计。 2.4 显示部分显示部分是验证程序是否正确的重要环节，从显示的图像上我们可以直观的看到经过系统处理后的成果，这样便于分析系统中可能存在的问题，这个程序的显示部分由三大部分组成，首先就是温度的曲线图像，利用电压来模拟外部的温度变化可以从温度曲线图像上直观的看到，第二部分就是比温度控制器的图像，温度控制器是由电炉和风扇组成，所以这部分的就有两个图像组成，一个是加热占空比图像，另一个就是制冷占空比图像，温度的变化必定会使得这两个温度占空比的图像发生变化所以，通过这两个占空比图像我们就可以了解到程序的是否正确，第三部分就是温度调节器的温度显示以及档位指示灯部分，这里我设计了两个表用来显示我加热和制冷的仪器的工作示数，档位指示灯就是用来更为清晰地掌握此时温度调节器工作在什么档位级别，方便使用者更加的了解其工作的状态。 3

基于 labview 的虚拟温度控制器的设计 3 主程序流程图温度信息 DAQ 采集实际温度值与设定值比 N 大于给定 Y N 小于给定 Y 增加电扇转速电扇、电炉不工作增加电炉温度显示降温升温图 3.1 主程序流程图 4

基于 labview 的虚拟温度控制器的设计 4 温度控制器的设计 4.1 温度采集的部分本次设计采用的是 NI SC-2075 采集卡，由于该卡支持 DAQmx 驱动程序，所以本设计是直接使用 DAQmx-DataAcquisition 开发的，在这部分中，主要是采集参数的设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通道采样数、输入方式的配置，采样最大最小值的设置。 DAQ 的设置部分的步骤如下：（1）首先要创建一个 DAQ 助手，在程序框图设计窗口中打开【函数】模块,执行【函数】→【express】→【DAQ 助手】，调入 DAQ。然后用右键单击调入的“DAQ 助手”，选择属性选项，就会出现如图 4.1.2 所示。在生成信号中选择【模拟输出】→【电压】输出，选择通道 ao1，DAQ 创建完成。（2）打开程序框图编辑窗口，调整与前面板相对应的控件图标位置，以便后续摆图 4.1.2 创建 DAQ 放函数与连线。（3）在函数选板的【编程】→【数值】子选板中选择“乘”函数和一个数值常量（设定值为 100），将 DAQ 输出扩大 100 倍，并将这些数据视为实际温度。完成以上 4 个步骤后温度采集程序框图就设计完了如图 4.1.3 所示。 4.2 温度判断这部分的我的设计思路：通过判断外部变化的温度和给定的温度的进行比较，外部的温度大于给定的温度那么就启动制冷功能来降低温度，反之就需要启动加热功能，鉴于公式节点编程的高效性，这里我使用了公式节点来实现这部分的功能程序如下： int t; int m; int n; 5

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