基于LabVIEW的计算机控制技术.docx

1、基于LabVIEW的计算机控制技术 HEFEI UNIVERSITY基于LabVIEW的计算机控制技术设计题 目 基于LabVIEW的温度与湿度测量系统系 别 电子信息与电气工程系 专 业 09 自 动 化 班 级 自 动 化（1）班 姓 名 学 号 指导 老师 丁 健 完成 时间 2012 -6- 3 基于LabVIEW的温度与湿度测量系统 摘要：LabVIEW是美国 NI公司推出的虚拟仪器(Virtual Instrument, 简称 VI)开发台软件。由于虚拟仪器具有开发周期短，成本低等优点，使得基于LabVIEW的计算机控制技术具有很大的发展前景。虚拟仪器（virtual instru

2、mention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。使用虚拟仪器用户可以通过操作显示屏上的“虚拟”按钮或面板，完成对被测量的采集、分析、判断、调节和存储等功能。本文设计就是建立在VI基础上，在此平台上完成对温度和湿度的实时测量。关键词： LabVIEW；教学虚拟仪器；采集；VI；温度；湿度2.1Labview简介LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生

3、的程序是框图的形式。与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能

4、也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。下面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。虚拟仪器的主要特点有：尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。计算机控制技术是我国高等院校各类自动化、电子与电气工程、计算机应用、机电一体化等专业的专业主干课程。工业控制是计算机的一个重要应用领域, 计算机控制技术正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术, 它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于生产过程, 并设计出所需要的计算机控制系统。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理

5、功能，可以创造出功能更强的仪器。用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。 虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在Microsoft公司的Windows诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。对虚拟仪器和LabVIEW长期、系统、有效的研究开发使得该公

6、司成为业界公认的权威。目前LabVIEW的最新版本为LabVIEW2009，LabVIEW 2009为多线程功能添加了更多特性，这种特性在1998年的版本5中被初次引入。使用LabVIEW软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。 它主要的方便就是，一个硬件的情况下，

7、可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件。2.2温度传感器的介绍本系统的温度测量是使用Pt100热电阻来实现的。PT100，又叫铂电阻，热电阻，是一种温度传感器，铂电阻温度系数为0.0039，0时电阻值为100，电阻变化率为0.3851/。 采用不锈钢外壳封装，内部填充导热材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，适用于精密仪器、恒温设备、流体管道等温度的测量，非常经济实用。铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，是中低温区（-200400）最常用的一种温度检测器，不仅广泛应用于工业测温，而且被制成各种标准温度计。 按IEC751国际标准， 温度系数TC

8、R=0.，Pt100（R0=100）、Pt1000（R0=1000）为统一设计型铂电阻。三线制PT100要求引出的三根导线截面积和长度均相同，测量铂电阻的电路一般是不平衡电桥，铂电阻作为电桥的一个桥臂电阻，将导线一根接到电桥的电源端，其余两根分别接到铂电阻所在的桥臂及与其相邻的桥臂上，当桥路平衡时，导线电阻的变化对测量结果没有任何影响，这样就消除了导线线路电阻带来的测量误差KT2000A通过Pt100传感器测出水样的温度后，转换成420mA电流信号，送至采集模块R8017的输入端，输入端并联250精密电阻（此电阻已被焊接于KT2000A内部），将420mA电流信号转换成15V电压信号，计算机采

9、集R8017测得的电压信号以后，再转换成0100的测量结果。2.3数据的采集2.3.1RemoDAQ-8017S数据采集卡的概述本系统采用RemoDAQ-8017S族8路模拟量输入模块，其是基于RS-485网络的数据采集和模块控制。他们提供了模拟量输入、模拟量输出、数字量输入输出、dingshiq 、计数器、交流电量采集、无限通讯等功能。这些模块可以由命令远程控制。RemoDAQ-8017SV是8通道电压输入模块。RemoDAQ-8017SC是8通道电流输入模块。具有如下共同特点：1、3000VDC隔离。2、24位ADC提供极高的精确度。3、软件校准。4、TVS过压保护、PTC过流保护。2.3

10、.2RemoDAQ-8017S端子分布如下：2.3.3RemoDAQ-8017S默认设置：地址：01模拟输入类型：RemoDAQ-8017SVC:-20mA-+20mA。RemoDAQ-8017SSV:-5-+5V波特率：9600bps校验和禁止：抑制60Hz干扰，工程量单位格式RemoDAQ-8017SV设成6路差分和2路单端模式。2.3.4温度与电压关系的分析Pt100采集的电压为线性，因此采用线性分析来分析电流与温度之间的关系。设线性方程为y=kx+b,经测量当电流为1.8mA时，温度为20.3摄氏度，当电流为1.70mA时，温度为17.2摄氏度。将上述数据代入公式得：20.3=1.8k

11、+b17.2=1.70+b解得：k=31.43 b=-36.272.3.5lab view对温度数据的采集程序说明：将上面所有控件设置成隐藏模式。2.4VI前面板的设计2.4.1图形界面2.4.2温度计的设计：在【控件选板】的【经典中选择【带标签椭圆形按钮】控件放置到前面板设计窗口的合适位置。然后，用鼠标右键单击该控件，在弹出的快捷菜单中，单击【显示项】中的【标签】，将该控件的标签显示。2.4.3报警指示灯的设计：在【控件选板】选择【指示灯】中的【原型指示灯】放置到前面板合适的位置。2.4.4温度数据记录的设计：在【控件选板】选择【新式】中的【列表与表格】中的【express表格】。2.4.5

12、温度计标签的设计：在【控件选板】中选择【新式】中的【修饰】，然后选择【标签】控件，放置前面板设计窗口的合适位置，并输入文本“温度与湿度测试系统”。2.4.6温度数值显示的设计：在【控件选板】选择【express】中的【数值显示控件】中的【数值显示控件】放在前面板合适的位置。2.4.7开关按钮的设计：在【控件选板】中选择【经典布尔型】中选择【带标签椭圆形按钮】，放置到前面板合适的位置。然后，用鼠标右击该控件，在弹出的快捷菜单中，单击【显示项】中的【标签】，隐藏该控件的标签显示。2.4.8湿度表盘的设计：在【控件选板】中选择【经典数值】，然后选择【仪表】控件，放置前面板合适的位置，将标签改为湿度。

13、然后，用鼠标右键单击该控件，在弹出的快捷菜单中选择【属性】，在标尺窗口中设置最小值0，最大值为1000。2.4.9湿度数据记录的设计：在【控件选板】选择【新式】中的【列表与表格】中的【express表格】。2.4.10温度波形的显示在【控件选版】中的【express】中选择【图形显示控件】，然后选择【波形图】。2.4.11温度波形的显示 在【控件选版】中的【express】中选择【图形显示控件】，然后选择【波形图】。2.5VI的程序框图的设计2.5.1线性关系的程序设计 说明：1、on为开关，AI-data（float）为模拟数据的输入。2、在【函数】选板中选择【编程】，然后选择【数值】子选板

14、中的乘，放置程序框图的合适位置3、在函数选板中选择【编程】，然后选择【比较】函数中选择【选择】函数4、在【函数】选板中选择【数值】子选板中选择数值常量2.5.2温度计、温度数值、温度波形图标的设计2.5.3湿度波形与数据显示的设计2.5.4报警系统的设计 说明：当温度超过80摄氏度时开始报警2.5.5温度数据存储的设计2.5.6总程序框图说明：按照上图进行完整进行布线。5 结束语利用虚拟仪器技术开发的计算机控制试验系统, 具有易于实际操作,功能定义灵活,可扩展性强的优点。虚拟仪器有着惊人的通用性 , 利用其基本的函数和控件 , 可以创建拥有几乎无限功能组合的仪器。基于 LabVIEW的计算机控

15、制技术实验系统大大简化了实验设备和步骤 。在本次实验中，通过对LabVIEW软件控制应用的了解，使我对计算机控制有了一个更加直观的认识。作为其中一种计算机控制软件，LabVIEW有着独特的优势，相信这能使它在未来发展计算机控制中有着很大的前景。本次论文工作得以顺利完成要感谢丁健老师的辛勤指导，以及同学给予我的鼓励和帮助，在此深表谢意。参考文献：1.张凯.LabVIEW虚拟仪器工程开发与设计。北京：国防工业出版社，20042.杨乐平.LabVIEW程序设计与应用.北京：电子工业出版社，20013.张重雄.虚拟仪器技术分析与设计.北京：电子工业出版社，20074.詹惠琴.虚拟仪器设计. 北京：高等教育出版社，2007