基于虛擬儀器大棚溫度檢測控制系統(tǒng)

1、-. z期末考試設計工程報告課程名稱：測控技術應用 工程名稱： 溫度測控工程 班 級：姓 名：學 號：小組成員：指導教師：日 期：期末考試設計工程信息表工程名稱溫度測控工程考試時間指導教師成績目的測控技術應用，自己選題完成測控系統(tǒng)的搭建和調試；任務要求明確測控系統(tǒng)的構成；測控參數(shù)定義與參數(shù)圍；測控系統(tǒng)的搭建；測控系統(tǒng)調試與實現(xiàn)；設備材料LabVIEW 2011軟件；Ne*t Board 軟件和硬件平臺；6221數(shù)據(jù)采集卡；相關傳感器等硬件；評語指導教師簽名日期測控技術應用期末考試設計工程報告概述1.1引子隨著我國國民經(jīng)濟的開展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市場日漸擴大，尤其是北方地區(qū)

2、在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更表達出經(jīng)濟價值。所以，依靠農(nóng)業(yè)科技，大力推廣溫室大棚種植蔬菜能更好地滿足人民生活需要?，F(xiàn)代化溫室，通過傳感器技術、微型計算機及單片機技術和人工智能技術，能自動調控溫室的環(huán)境，其中包括溫度、濕度、光照、Co2濃度、水分等，使作物在不適宜生長發(fā)育的反季節(jié)中，獲得比室外生長更優(yōu)的環(huán)境條件，到達早熟、優(yōu)質、高產(chǎn)的目的。冬季大棚蔬菜最重要的一個管理因素是溫度的控制。溫度太低，會發(fā)生蔬菜凍死或者停頓生長，所以要將溫度始終控制在適合蔬菜生長的圍。測試當前溫度，根據(jù)設定的溫度上限值及下限值，判定當前有無警報：高溫警報/無警報/低溫警報。每種警報，都有文字提示，有不同顏色的警報

3、燈顯示如高溫為紅色，低溫為藍色，正常為綠色。當前溫度數(shù)值用多種方式顯示，如數(shù)值形式、波形圖。1.2 工程設計容及要求1容：設計蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)2要求： 設計一個模擬蔬菜大棚溫度控制系統(tǒng)，實現(xiàn)如下功能：1.采集大棚的溫度信號，與溫度上限值進展比擬，高于上限溫度翻開窗戶，給大棚降溫；低于上限溫度，關閉窗戶。2.當窗戶開啟時，紅色指示燈點亮，窗戶關上時，綠色指示燈點亮。3.要求在運行VI時，程序進入等待狀態(tài)，當點擊前面板上的開場按鈕，系統(tǒng)開場進展溫度測控；當點擊前面板上的停頓按鈕，測控系統(tǒng)停頓工作，將所有的硬件通道清零并釋放；當有錯誤時停頓運行VI。4.在實現(xiàn)上述功能的同時，還要在前面板上進展實

4、時溫度顯示、溫度變化趨勢圖顯示、高溫報警指示等。1.3 工程設計所需器材硬件：ne*tboard實驗平臺、NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡、ne*tsense_03 RTD熱電阻模塊說明：NI PCI-6221數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)安裝在電腦主機箱中，并且與ne*tboard實驗平臺連接。使用時，只需要把選定的模塊安置在ne*tboard平臺模相應的槽位上即可。軟件平臺：LabVIEW8.5以上版本、ne*tpad第2章系統(tǒng)前面板設計2.1工程設計說明前面板設計在前面板要設計溫度測控的人機交互界面、進展資源配置和參數(shù)設置以及系統(tǒng)簡介等容，因此應使用3個選項的選項卡，把各分容分別放置在不同的選項卡中，如

5、圖1 所示。圖1 前面板第3章系統(tǒng)功能實現(xiàn)3.1 各局部細節(jié)分析LabVIEW中的模擬信號采集：本教程中，程序開發(fā)都是基于LabVIEW軟件開發(fā)環(huán)境，包括大家使用的ne*tpad平臺，也是基于LabVIEW軟件平臺開發(fā)的。后續(xù)教程中，不再重復提及LabVIEW軟件，編寫程序，即指LabVIEW程序編寫。LabVIEW軟件是NI公司的明星產(chǎn)品，NI公司的硬件產(chǎn)品，都提供基于LabVIEW的軟件驅動。Ne*tboard硬件平臺即提供專用的LabVIEW驅動，也可以直接使用數(shù)據(jù)采集驅動DAQm*來編程。在前面的根底實驗中，編程全部基于DAQm*驅動。綜合實驗中，會講解如何使用ne*tboard的驅動

6、編寫程序。鼓勵學生學習掌握DAQm*的編程方式，在未來的科研或是工作中，DAQm*的編程模式更加通用。Ne*tboard驅動也是基于DAQm*驅動完成的。本實驗系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)采集設備采集模擬信號。故，重點描述模擬信號采集線程。如下列圖所示，為模擬信號連續(xù)采集線程。圖 2 模擬信號連續(xù)采集信號采集函數(shù)選板DAQm*如下列圖所示，為信號采集函數(shù)選板。左下角為DAQ助手，該助手可以非常便捷的配置數(shù)據(jù)采集程序，對于初學者而言，可以迅速搭建實驗軟件平臺。假設編寫系統(tǒng)或是大型工程，不推薦使用該VI。推薦使用選板上面兩排VI做程序編寫?？梢杂行峁┏绦虻倪\行效率。VI全稱Virtual Instrument

7、，在LabVIEW軟件環(huán)境中，特指使用LabVIEW編寫的程序，一個程序稱為一個VI。圖 3 信號采集函數(shù)選板中的DAQ助手模擬信號采集線程LabVIEW中編寫信號采集線程，主要有如下幾大局部：配置資源 時鐘設定 - 開場采集 - 讀/寫操作 - 關閉資源如下列圖所示，包含了上述五個步驟，假設是連續(xù)信號采集，則將讀/寫操作這個步驟放置于while循環(huán)構造中。圖 4 模擬信號連續(xù)采集在配置硬件資源時，需要設定硬件連接信號的物理通道是哪一個AI通道，需要設定采集信號的信號電壓圍最大值、最小值，需要設定信號的采樣模式，本系統(tǒng)中使用的是差分模式。選用該模式，是因為ne*tboard上的實驗模塊，硬件資

8、源已經(jīng)部路由好，使用的采集模式為差分方式differential。使用差分模式，每路信號用兩個AI通道做信號連接，信號正負兩端分別和AIn和AIn+8相連接。例如使用AI0通道做信號連接，實際的使用端口為：AI0(信號正端)和AI8信號負端。使用差分模式可以抑制共模電壓和共模噪聲。時鐘設定VIsample clock，用來設定采樣率和采樣方式連續(xù)采樣。采樣方式設定為連續(xù)采樣后，需要將讀寫函數(shù)放置于while循環(huán)中。讀操作的VI為多態(tài)VI，其下拉選項中有多種選項可以配置。如單通道單采樣，多通道N采樣，等等?？筛訉嶋H的應用需求，設定讀寫的通道數(shù)和每通道的讀寫點數(shù)。釋放資源，這是優(yōu)質線程不可或缺的

9、局部，在讀寫操作完成后，將線程中使用到的硬件資源全部釋放。便于資源的重復利用，提高效率。While循環(huán)在程序框圖中，右擊空白處，函數(shù)選板-構造-while循環(huán)。在程序框圖上拖放出所需的面積大小。一個while循環(huán)包含：外框、計數(shù)接線端i、條件接線端右下角。計數(shù)端i從0開場計數(shù)，即第一次循環(huán)完畢，i=0，依次累加。條件端，當接入布爾量為真，循環(huán)停頓。如下列圖左所示。While循環(huán)的執(zhí)行次數(shù)是不確定的，其何時停頓操作，有條件接線端承受的布爾量是否為真決定。圖5 while循環(huán)及隧道可以看到，while循環(huán)是可以有數(shù)據(jù)的輸入和輸出的。數(shù)據(jù)連線在while循環(huán)上留有隧道，通過隧道將數(shù)據(jù)傳遞出去。錯誤簇

10、假設查看LabVIEW例查找器中的程序，可能會看到如下的接線方式。一，可將VI右下角的錯誤簇連線連接至while循環(huán)的條件接線端。二，使用按名稱解除捆綁函數(shù)將錯誤簇中的布爾分量與前面板的停頓按鈕做或運算，將布爾運算值連接至while循環(huán)的條件接線端。如下列圖兩種接線方式，都可以作為while循環(huán)的停頓過方式，右邊的方式更常用。圖 6 循環(huán)停頓條件設定則什么是錯誤簇？選取錯誤簇：在LabVIEW的程序前面板上，右擊空白處，控件選板 - 數(shù)組、矩陣與簇 錯誤輸入3D。選中錯誤輸入3D，并拖放在前面板上。觀察圖2-12，錯誤簇無論輸入或輸出包含有三個元素：狀態(tài)state：值為TRUE叉時表示在節(jié)點運

11、行前已發(fā)生錯誤，值為FALSE勾時表示警告或無錯誤。默認值為FALSE。 代碼code：表示錯誤或警告代碼。默認為0。如狀態(tài)為TRUE，代碼為錯誤代碼。如狀態(tài)的值為FALSE，代碼為0或警告代碼。 源source：表示錯誤或警告的源，大多數(shù)情況下表示出現(xiàn)錯誤或警告的節(jié)點名稱。默認值為空字符串。圖7 錯誤簇大多數(shù)LabVIEW程序框圖上的節(jié)點如子VI、運算函數(shù)、DAQm*驅動VI等都包含錯誤簇的輸入和輸出端口。編寫程序時，合理使用錯誤簇，程序可帶有錯誤處理機制。如錯誤在節(jié)點運行前發(fā)生，節(jié)點將把錯誤輸入的值傳遞至錯誤輸出。如節(jié)點運行之前沒有錯誤發(fā)生，該節(jié)點將正常運行。如在節(jié)點運行時發(fā)生錯誤，節(jié)點運

12、行完畢后在錯誤輸出中設置其錯誤狀態(tài)。錯誤輸入和錯誤輸出簇用于在VI中傳遞錯誤信息。在多數(shù)情況下，源中標識了錯誤發(fā)生的位置。 如錯誤輸入中發(fā)現(xiàn)了錯誤，VI將在錯誤輸出中返回錯誤信息，并停頓運行。默認狀態(tài)下，LabVIEW將通過掛起執(zhí)行、高亮顯示出現(xiàn)錯誤的子VI或函數(shù)并且顯示錯誤對話框的方式來自動錯誤每個錯誤。等待函數(shù)wait選取等待函數(shù)：程序框圖 函數(shù)選板 定時 等待ms為了控制構造如循環(huán)構造的執(zhí)行時長或執(zhí)行頻率，可以使用定時函數(shù)來框定構造執(zhí)行一次的時間長度。通常定時時長 構造中功能代碼的執(zhí)行時長，否則定時形同虛設，構造的執(zhí)行時長由執(zhí)行時間更長的那一局部決定。比方循環(huán)中的執(zhí)行容很簡單，1ms就可

13、執(zhí)行完成，可是程序邏輯需要循環(huán)的執(zhí)行頻率為100ms執(zhí)行一次，此時就需要放置等待函數(shù)，等待時間輸入端口填寫數(shù)值100.圖8 定時函數(shù)選板常用的等待函數(shù)有兩個，如下圖，等待(ms)和 等待下一個整數(shù)倍毫秒。等待函數(shù)的計時精度由系統(tǒng)確定，依據(jù)使用的平臺，精度可能低于1毫秒。使用等待下一個整數(shù)倍毫秒，可提高精度。3.2程序框圖設計圖9 程序框圖比擬算法前面板 比擬算法程序框圖第4章 調試測試4.1運行調試、測試硬件電路搭接完成后，根據(jù)硬件位置，配置硬件資源，并設置溫度上限等相關參數(shù)，然后運行程序進展調試、測試。根據(jù)任務書要求，撰寫設計說明書。運行圖：高溫警報此時提醒工作人員應翻開窗戶對大棚降溫無警報正常低溫警報此時提醒工作人員應關閉窗戶給大棚加溫第5章 總結通過這次的工程設計，最終完成了對大棚溫度控制的設計。在這次工程設計中，學到了很多知識，對測控技術這門課有了更深的了解。剛開場時，覺得很難，網(wǎng)上搜索的都是些沒用的材料，不是設計復雜就是無參考價值的。之后，我們小組就查找一些以前做過的實驗，看看有沒有相似的，或者是一樣原理的。我們在以前的實驗中找到了CPU智能散熱模擬系統(tǒng)的實驗，這與我們所做的設計有一樣之處，我們看了以