基于LabVIEW的温度测控系统-开题报告

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本科生毕业论文(设计)开题报告论文题目基于LabVIEW仿真的温度监控系统设专业电子信息科学与技术姓名韩定坤学号12038108指导教师肖芳完成时间2014.3.15教务处印商洛学院本科生毕业设计(论文)开题报告课题名称基于LabVIEW仿真的温度监控系统设学生姓名韩定坤学号12038108专业电子信息科学与技术指导教师肖芳职称讲师所在系课题来源校级基金课题课题类型计算机软件设计类1.研究的目的和意义:本课题对LabVIEW的应用进行研究与设计,基于LabVIEW仿真的温度监控系统设,其研究意义如下:1.虚拟仪器具有强大的数据处理能力,并且具备多种仪器设备功能于一体,能够从分享用计算机所有资源,实现普通仪器所不能实现的功能。而且拥有良好的人机设计界面,简单易学,设备集成度高,灵活多变。用虚拟图标来表示实物仪器,用鼠标点击图标代表对实物仪器的实际操作,极大的节省了人力物力财力。而用电脑来实时监控温度,极大的方便了实际对目标区域温度监控的监控和采集。2.物体的许多物理现象和化学温度有关,需要测量温度和控制温度的场合极其广泛。目前的温度测量控制系统一般使用的都是传统仪器,传统一起的功能大多数都是通过硬件实现。这就决定它只能由仪器厂家来定义和制造,用户无法随意改变其结构和功能。而利用虚拟仪器开发和设计的温度测量系统,采用普通的PC机为主机,利用图形化可视软件LabVIEW为软件开发平台,来检测温度变化情况,期在控制领域有更广泛的应用,其有灵活性和可扩张性好、行价高、人机界面友好等优点。3.本设计的目的和效果是利用LabVIEW在虚拟仪器平台上开发出一个温度采集系统,以单片机为下位机,以LabVIEW软件作为上位机的虚拟仪器利用LabVIEW的串口通信模块实现与单片机的串口通信,而侧重点将主要放在虚拟界面及LabVIEW程序设计上,利用LabVIEW强大的图形处理能力搭建整个温度测量系统。2.国内外研究现状(文献综述):(1)国外环境因素控制技术国外对这类环境控制技术研究较早,始于20世纪70年代。先是采用模拟式的组合仪表,采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统。现在正在开发和研制计算机数据采集控制系统。现在世界各国的控制技术发展很快,一些国家在实现自动化的基础上正朝着完全自动化、无人化的方向发展。像园艺强国荷兰,以先进的鲜花生产技术著称于世,其玻璃温室全部由计算机操作。英国伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术,可以观测50Km以外的光、温、湿、气和水等环境状况,并进行遥控。荷兰是土地资源非常紧缺的国家,靠围海、围湖造田等手段扩大耕地,其依靠现代农业,成为仅次于美国、法国的世界第三大农业出口大国。荷兰是设施农业最发达的国家,目前有现代温室1.1万hm,全部为玻璃温室,占世界玻璃温室的1/4,主要用于种植蔬菜和花卉。温室及配套设施的生产完全靠一种高度社会化专业化和国际化的市场体系。日本于20世纪60年代快速发展现代设施园艺业,温室由单栋向连栋大型化结构金属化发展,到70年代为高速发展期。美国总的指导思想是搞适地栽培,温室面积约1.9万hm,多数玻璃温室,少数是双层充气塑料薄膜温室,近几年也建造了少量聚碳酸脂板温室。以色列的现代设施园艺更具鲜明的特点,其采用大型塑料薄膜连栋温室,充分利用光热资源的优势和先进的节水灌溉技术,主要生产花卉和高档蔬菜。现代温室及配套设施已采用专业化、集约化和规模化生产,规范有序的市场经营和国际化的市场体系运作,成为当今世界最具活力的新兴产业之一和现代农业的亮点。在今后一个时期,随着科学技术的发展、全球经济的一体化和社会的进步,现代温室及配套设施,将以节能、环保和改善工作条件为核心,深入广泛采用高新技术,向实质意义上的“工厂化”方向稳步持续快速地发展,前景十分广阔。(2)我国室内环境控制技术进入21世纪后,特别在我国加入WTO后,国内产品面临巨大挑战。各行业特别是传统产业都急切需要应用电子技术、自动控制技术进行改造和提升。例如纺织行业,温湿度是影响纺织品质量的重要因素,但纺织企业对温湿度的测控手段仍很粗糙,十分落后,绝大多数仍在使用干湿球湿度计,采用人工观测,人工调节阀门、风机的方法,其控制效果可想而知。制药行业里也基本如此。而在食品行业里,则基本上凭经验,很少有人使用湿度传感器。值得一提的是,随着农业向产业化发展,许多农民意识到必需摆脱落后的传统耕作、养殖方式,采用现代科学技术来应付进口农产品的挑战,并打进国外市场。各地建立了越来越多的新型温室大棚,种植反季节蔬菜,花卉;养殖业对环境的测控也日感迫切;调温冷库的大量兴建都给温湿度测控技术提供了广阔的市场。我国已引进荷兰、以色列等国家较先进的大型温室四十多座,自动化程度较高,成本也高。国内正在逐步消化吸收有关技术,一般先搞调温、调光照,控通风;第二步搞温湿度自动控制及CO2测控。此外,国家粮食储备工程的大量兴建,对温湿度测控技术提也提出了要求。在我国,多年来对小气候的研究一直偏重于农田等无护围的农业生产环境小气候以及温室小气候。随着人们生活水平的提高和生产的发展,有关室内环境的研究不断丰富。我国室内环境研究起步较晚,但近年来在通风换气、温度控制方面,从基础性研究到应用性研究都取得了大量成果。室内环境自动控制技术的研究有了很大发展。目前,大多数现代化室的通风换气仍采用机械式定时控制,该控制方式远不能满足对室内小气候的调节。对室内环境进行检测的仪器一般为功能固定的传统仪器,难以满足对生产现场的实时监控。随着微电子技术和计算机技术的发展,基于单片机的室内环境监测系统相继被研究。中国农业大学、浙江大学、江苏理工大学等都进行了相关方面的研究,测控方法相对于定时控制等机电式控制方法有了很大改进,但已有的研究还没有达到室内环境协调控制的要求。因此在室内环境的智能化测量控制方面有待进一步的研究。温室大棚的控制技术与室内环境控制技术也有相通之处,本系统设计旨在提高人类生活水平,为人类的舒适生活提供有力的数据依据,以便实行更好的监测和控制。3.选题研究的内容:(1)监测参数。选择了对室内生活影响较大的温度、相对湿度、光照、二氧化碳四个环境参数进行监控。(2)系统硬件设计。系统硬件主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、二氧化碳浓度传感器、信号调理电路、数据采集卡以及连至Intert的PC机,其中温湿度传感器用于分别采集目标温度和湿度,光照传感器用于采集光照强度,二氧化碳传感器用于检测室内二氧化碳浓度。通过数据采集卡可将电压信号转换为数字信号,进而送至PC机。通过NI公司提供的NIDAQmax来配置相应数据采集卡的测量通道,可以完成信号滤波和单位换算。从而借助于Labview强大的网络编程功能,并连接到lnternet的PC机来实现对目标温度的监测和控制。(3)系统软件设计。采用工具软件Labview实现软硬件的仿真调试。(4)抗干扰设计。采取多种抗干扰措施,提高系统的稳定性和精度。(5)本系统中环境因子的检测,采用直插式USB虚拟仪器数据采集卡系统,通过PCI总线实现并行32位传输数据,数据采集卡要求四通道循环采集。对于室内环境监控系统的硬件设计,主要包括环境参数检测系统的设计,首先,由传感变送器将室内环境中待检测的信息转化为电量,传感器输出的电量信号经过信号调理电路的调理,输入到数据采集板,由数据采集板的A/D转换模块将模拟信号转化为数字信号,然后由计算机进行处理。4.选题研究的技术路线、研究方法和要解决的主要问题:由于本课题主要研究软件部分依靠LabVIEW来实现的温度检测以及相应的程序编写测试,所以硬件部分不做详细分析,下面至给出硬件部分的设计思路,不做具体研究:系统硬件设计思路:该系统以一片STC89C52为核心的最小系统作为前端的数据采集系统,两片DS18B20进行温度测量,通过一片MAX232串口与PC机进行连接,LabVIEW软件自身有串口驱动程序,可以实现串口功能,将采集到的数据传送到PC机主系统,在LabVIEW环境下对数据进行处理与分析。总的系统结构框图如图1所示:图1硬件系统结构框图如图1所示,前端的温度测量及数据采集使用的是DS18B20数字温度传感器来实现的,它是美国DALLAS公司生产的,具有耐磨耐碰,体积小,使用方便,封装形式多样,适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。DS18B20采用单总线专用技术,既可通过串行口线,也可通过其它I/O口线与微机接口,无须经过其它变换电路,直接输出被测温度值(9位二进制数,含符号位),测温范围为-55℃-+125℃(此温度范围可自行设计),测量分辨率为0.0625℃,内含64位经过激光修正的只读存储器ROM,适配各种单片机或系统机,用户可分别设定各路温度的上、下限,内含寄生电源。串口通信模块的电平转换则使用MAX232芯片,它是专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5v单电源供电,耗电5mA,外接4个1uF电容。该器件包含2个驱动器、2个接收器和1个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-E电平。每个接收器将TIA/EIA-232-E电平输入转换为5VTTL/CMOS。这些接收器具有1.3V的典型门限值及0.5V的典型迟滞,而且可以接收正负30V的输入。每个驱STC89C52MAX232DS18B20数字温度传感器PC机DS18B20数字温度传感器电源复位电路时钟电路动器将TTL/CMOS电平输入转换为TIA/EIA-232-E电平。系统软件设计思路:此温度系统的软件设计主要分为两个部分:下位机单片机软件设计和上位机LabVIEW软件设计。下位机程序用C语言编写,它主要完成对温度数据的读取以及同上位机的串口通讯。分为几个程序模块:传感器温度控制程序、数据的读程序和写程序、数据存储及回放程序等。图2程序流程图上位机使用的是LabVIEW虚拟仪器对数据进行分析和处理,主要分为几个部分,前面板的设计、串口通信模块的设计、温度测量模块的设计、数据存储模块和数据回放模块的设计。5.研究进度安排:1.2014年3月查阅和设计任务相关的资料,进行LabVIEW软件的入门学习和初步系统构架设计;(1周)2.2014年4月温度测试系统原理的学习;(1周)3.2014年4月确定系统结构,进一步的系统框图设计;确立工作方案,利用LabVIEW软件进行前面板的设计、串口通信模块的设计、温度测量模块的设计、数据存储模块和数据回放模块的设计;系统调试;(2-3周)4.2011年5月系统整体功能通调;(2周)5.2011年5月毕业论文撰写;(2周)6.2011年6月最终答辩。开始初始化写入温度数据温度数据储存及回放读出温度数据结束6、研究的特色及创新点:本设计在LabVIEW虚拟仪器平台上开发出一个温度采集系统,利用LabVIEW的良好界面对数据采集进行有效控制,在LabVIEW里实时显示数据。但是LabVIEW开发的虚拟仪器通常都是建立在LabVIEW支持的价格昂贵的数据采集硬件之上的。以单片机为核心的多点温度采集虽然硬件成本较低,但开发过程复杂,编程工作量大,周期长,效率低。为提高系统的性价比,本课题以单片机为核心的最小系统作为前端的数据采集系统,通过串口与PC机进行连接,LabVIEW软件自身有串口驱动程序,可以实现串口功能,将采集到的数据传送到PC机主系统,在LabVIEW环境下对数据进行处理与分析。这样,既充分利用了LabVIEW的强大功能,又发挥了单片机快速及灵活的特点,降低了系统的开发成本,提高了效率。根据温度传感器的性能特点和测试要求,利用虚拟仪器(VirtualInstruments,简称VI)代替真实的仪器设备,基本不用投入仪器设备及硬件,设计出具有优越性价比的传感器特性测试系统。7、主要参考文献:[1]刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京:北京电子出版社,2003[2]杨乐平,李海涛,肖相生.LabVIEW程序设计与应用[M].北京:北京电子工业出版社,2002[3]张凯.LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发[M].北京:国防工业

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