基于ad590的虛擬測溫系統設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ，可以通 本 科 畢 業 設 計 第 6 頁 共 33 頁 過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱 G 代碼。 LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于 流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。 它是由美國 NI 公司推出的虛擬儀器開發平臺，也是目前應用最廣、發展最快、功能最強的圖形化軟件集成開發環境之一 [12] LabVIEW 的發展 1986 年，美國 NI 公司于正式推出了 ，現在已發展到 2020 版本。 20多年來，經過公司的不斷改進和完善， LabVIEW 的功能更加豐富完備：包含眾多附加軟件包，比如控制與仿真、統計過程控制、高級數字信號處理、模糊控制、 PID 和 PDA等；可運行于多種平臺，比如 Macintosh、 UNIX、 Windows 和 Linux 等。作為一個具有強大功能的標準的虛擬儀器開發平臺， LabVIEW 廣泛地被研究實驗室、學術界及工業界所接受，廣泛地應用于航空航天、工業控制、電子半導體、汽車和通信等眾多領域 。 LabVIEW 的結構 利用 LabVIEW 軟件開發的虛擬儀器，包括前面板和程序框圖兩個主要部分。前面板就是虛擬儀器的測試界面，是由形象化的控件組成的，可以高度模擬傳統儀器中的各種控件。通過前面板，用戶可以展現包括參數設置、菜單、結果顯示等各種測試交互接口。 程序框圖類似于傳統編程語言中的程序源代碼，是測試系統中的數據處 理的流程。程序框圖與前面板對象一一對應，程序框圖中的數據流對應于前面板對象的相關操作。程序框圖采用圖形化節點進行編程，使編程更加簡便、高效。 LabVIEW 的優勢 傳統的電子儀器的主體為硬件，虛擬儀器的出現突破了這種模式。與傳統的電子儀器相比，它更為通用。隨著當代科學技術的迅猛發展，人們對測量儀器不斷提出新的要求，虛擬儀器更能適應這種要求，它推動著傳統儀器朝著虛擬化、模塊化、數字化、網絡化的方向發展。 虛擬儀器技術的出現，打破了傳統儀器由廠家定義功能、用戶無法改變的固定模式。虛擬儀器技術給了用 戶一個充分發揮自己才能和想象力的空間。用戶可以隨心所欲地根據自己的需求，設計自己的儀器系統，滿足多種多樣的應用需求。 概括地說，作為一款成功的虛擬儀器開發軟件， LabVIEW 具有許多明顯的特點和優點，如：采用圖形化編程語言，開發效率高，支持多種儀器和數具采集卡硬件的驅動， 本 科 畢 業 設 計 第 7 頁 共 33 頁 調試、查錯能力強大，支持多種操作系統，網絡通信功能強大等諸多優點 [13]。正是由于LabVIEW 軟件具有的這些優點，使得 LabVIEW 成為開發虛擬儀器的首選平臺。 本 科 畢 業 設 計 第 8 頁 共 33 頁 3 系統總體方案及硬件電路設計 系統總體方案 虛擬儀器測溫系統是用虛擬儀器技術改造傳統的測溫儀，使其具有更強大的功能。系統框架如圖 所示， AD590 溫度傳感器將被測對象的溫度轉換為電壓或電流等模擬信號，經信號調理電路進行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數據采集卡采集的標準電壓信號。在數據采集卡內將模擬信號轉換為數字信號，并在數據采集指令下將其送入計算機總線，在 PC 機內利用已經安裝的虛擬儀器軟件對采集的數據進行所需的各種處理。 圖 系統框圖 硬件電路設計 傳感器 的選型 AD590 是美國 ADI 公司生 產的是恒流源式模擬集成溫度傳感器。它兼有集成恒流源和集成溫度傳感器的特點，具有測量誤差小、動態阻抗高、傳輸距離遠、體積小、功耗低等優點。 AD590 的測溫范圍是 55～ +150℃ ，對應于熱力學溫度 T 每變化 1K，輸出電流就變化 1 A? 。這表明其輸出電流 I( A? )與熱力學溫度 T(K)嚴格成正比。同時在(對應于 ℃ )時輸出電流恰好等于 A。 數據采集卡的選型 考慮到 LabVIEW 軟件所能提供的驅動支持數據采集卡選用中泰公司 （ National Instrument） 生產的 PCI8333。 PCI8333 多功能模入模出接口卡適用于提供了 PCI 總線插槽的 PC 系列微機，具有即插即用（ PnP）的功能。其操作系統可選用目前流行的 Windows 系列、高穩定性的 Unix 等多種操作系統以及專業數據采集分析系統 LabVIEW 本 科 畢 業 設 計 第 9 頁 共 33 頁 等軟件環境。在硬件的安裝上也非常簡單，使用時只需將接口卡插入機內任何一個 PCI總線插槽中并用螺絲固定 ，信號電纜從機箱外部直接接入。 PCI8333 多功能模入模出接口卡安裝使用方便，程序編制簡單。其模入模出及 I/O信號均由卡上的 37 芯 D 型插頭與外部信號源及設備連接。對于模入部分，用戶可根據實際需要選擇單端或雙端輸入方式。對于模出部分，用戶可根據控制對象的需要選擇電壓或電流輸出方式以及不同的量程。本卡上的 A/D、 D/A 轉換均為 12 位，同時還備有16 路數字量輸入和 16 路數字量輸出接口，三路 16 位字長的計數 /定時器，以及 1Mhz 的基準時鐘。本卡的 A/D 轉換啟動方式可以選用程序觸發、定時器自動觸發、外 同步觸發等方式，轉換狀態可以用程序查詢，也可以用中斷方式通知 CPU讀取轉換結果。 主要技術參數： 輸入通道數：單端 16 路 雙端 8 路 輸入信號范圍： 0V～ 10V*； 5V～ +5V 輸入阻抗：≥ 10MΩ A/D 轉換分辨率： 12 位 A/D 轉換速度： 10μ S A/D 啟動方式：程序啟動 /定時觸發啟動 /外觸發啟動 A/D 轉換結束識別：程序查詢 /中斷方式 A/D 轉換非線性誤差：177。 1LSB A/D 轉換輸出碼制：單極性原碼 */雙極性偏移碼 系統綜合誤差：≤ ％ 測溫信號轉換電路的設計 由于要求 測量的溫度范圍為 55～ 150℃ ，測量分辨率為 ℃ ，此時 AD590 的輸出電流在 ～ A? 之間變化。若選擇取樣電阻為 1k? 時，輸出電壓 V590 在～ 。由于虛擬測試系統采用的數據采集卡的滿度輸入設置為 5V，放大器增益設置為 10 即可， 通過計算此時 R=19Rf。通常電租的選擇范圍為 1～ 10K，因此選擇 R 的阻值為 1K， Rf的阻值為 19K。 此時輸出電壓 V? 的范圍為 ～ 。同時當溫度變化 ℃ 時， AD 的輸出電流為 A? ， V590=，則放大器的輸出V? =5mV。 本 科 畢 業 設 計 第 10 頁 共 33 頁 設計中選用美國 PMI 公司生產的電壓運算放大器 OP07。 OP07 是一種高精度單片運算放大器，具有很低的輸入失調電壓和漂移。使用 OP07 一般不用考慮調零和頻率問題就能滿足要求。 AD590 測溫模塊的調理電路如圖 所示 。 圖 AD590 測溫系統調理電路圖 AD590 的測溫范圍是 55～ +150℃，對應于熱力學溫度 T 每變化 1K，輸出電流就變化 1 A? 。這 表明其輸出電流 I( A? )與熱力學溫度 T(K)嚴格成正比。 實驗數據如下表31 所示： 表 31 AD590 實驗數據 本 科 畢 業 設 計 第 11 頁 共 33 頁 4 溫控系統軟件設計 登錄系統設計 完整的系統設計都必須要有使用權限設置。本系統首先設計了一個登錄系統。 登錄界面力求簡單、明了。在前面版上設置了帳號和密碼的輸入框以及登陸和退出按鈕。面板上還設計了指示燈。 登錄系統前面板及程序框圖如圖 、 所示。 圖 登錄系統前面板 圖 登錄系統程序框圖 本 科 畢 業 設 計 第 12 頁 共 33 頁 用戶進入主程序之前，需要輸入正確的用戶姓名及登錄密碼，否則就不可以進行主程序的操作。 輸入用戶名和密碼，當執行完此句后，系統會把輸入的用戶名和密碼與程序中的用戶名和密碼進行比較如果相同則顯示登陸成功。此時 前面板 的 指示燈會由紅色變為綠色 ,并彈出對話框登陸成功如圖 所示 。 圖 成功登陸 當用戶填寫不正確的用戶名或密碼時， 分別 會彈出如圖 、 所示的對話框，直至用戶輸入正確的用戶名和密碼。圖 為 提醒 用戶 重新輸入 用戶名 ，圖 為 提醒 用戶 重新輸入 密碼對話框。 圖 用戶名錯誤時的提示對話框 本 科 畢 業 設 計 第 13 頁 共 33 頁 圖 密碼錯誤 時的提示對話框 數據采集模塊的設計 溫度信號的采集 基于虛擬儀器的采集系統典型框架為：傳感器 → 信號調理器 → 數據采集