基于LabVIEW的溫度測控系統(tǒng)-開題報告

1、 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告 論文題目 基于LabVIEW仿真的溫度 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù) 姓 名 韓定坤 學(xué) 號 12038108 指 導(dǎo) 教 師 肖芳 完 成 時 間 2014.3.15 教務(wù)處 印商洛學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告課題名稱基于LabVIEW仿真的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)學(xué)生姓名韓定坤學(xué) 號12038108專 業(yè)電子信息科學(xué)與技術(shù)指導(dǎo)教師肖芳職 稱講師所在系課題來源校級基金課題課題類型計算機(jī)軟件設(shè)計類1.研究的目的和意義：本課題對LabVIEW的應(yīng)用進(jìn)行研究與設(shè)計，基于LabVIEW仿真的溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)，其研究意義如下：1. 虛擬儀器具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，并

2、且具備多種儀器設(shè)備功能于一體，能夠從分享用計算機(jī)所有資源，實(shí)現(xiàn)普通儀器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。而且擁有良好的人機(jī)設(shè)計界面，簡單易學(xué)，設(shè)備集成度高，靈活多變。用虛擬圖標(biāo)來表示實(shí)物儀器，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊圖標(biāo)代表對實(shí)物儀器的實(shí)際操作，極大的節(jié)省了人力物力財力。而用電腦來實(shí)時監(jiān)控溫度，極大的方便了實(shí)際對目標(biāo)區(qū)域溫度監(jiān)控的監(jiān)控和采集。2物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)溫度有關(guān)，需要測量溫度和控制溫度的場合極其廣泛。目前的溫度測量控制系統(tǒng)一般使用的都是傳統(tǒng)儀器，傳統(tǒng)一起的功能大多數(shù)都是通過硬件實(shí)現(xiàn)。這就決定它只能由儀器廠家來定義和制造，用戶無法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。而利用虛擬儀器開發(fā)和設(shè)計的溫度測量系統(tǒng)，采用普通的PC機(jī)為主

3、機(jī)，利用圖形化可視軟件LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，來檢測溫度變化情況，期在控制領(lǐng)域有更廣泛的應(yīng)用，其有靈活性和可擴(kuò)張性好、行價高、人機(jī)界面友好等優(yōu)點(diǎn)。3本設(shè)計的目的和效果是利用LabVIEW在虛擬儀器平臺上開發(fā)出一個溫度采集系統(tǒng), 以單片機(jī)為下位機(jī)，以LabVIEW軟件作為上位機(jī)的虛擬儀器利用LabVIEW的串口通信模塊實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)的串口通信，而側(cè)重點(diǎn)將主要放在虛擬界面及LabVIEW程序設(shè)計上，利用LabVIEW強(qiáng)大的圖形處理能力搭建整個溫度測量系統(tǒng)。2.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（文獻(xiàn)綜述）：（1）國外環(huán)境因素控制技術(shù)國外對這類環(huán)境控制技術(shù)研究較早，始于20世紀(jì)70年代。先是采用模擬式的組合儀表，采

4、集現(xiàn)場信息并進(jìn)行指示、記錄和控制。80年代末出現(xiàn)了分布式控制系統(tǒng)?，F(xiàn)在正在開發(fā)和研制計算機(jī)數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。現(xiàn)在世界各國的控制技術(shù)發(fā)展很快，一些國家在實(shí)現(xiàn)自動化的基礎(chǔ)上正朝著完全自動化、無人化的方向發(fā)展。像園藝強(qiáng)國荷蘭，以先進(jìn)的鮮花生產(chǎn)技術(shù)著稱于世，其玻璃溫室全部由計算機(jī)操作。英國倫敦大學(xué)農(nóng)學(xué)院研制的溫室計算機(jī)遙控技術(shù)，可以觀測50Km以外的光、溫、濕、氣和水等環(huán)境狀況，并進(jìn)行遙控。荷蘭是土地資源非常緊缺的國家，靠圍海、圍湖造田等手段擴(kuò)大耕地，其依靠現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，成為僅次于美國、法國的世界第三大農(nóng)業(yè)出口大國。荷蘭是設(shè)施農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的國家，目前有現(xiàn)代溫室1.1萬hm，全部為玻璃溫室，占世界玻璃溫室的1

5、/4，主要用于種植蔬菜和花卉。溫室及配套設(shè)施的生產(chǎn)完全靠一種高度社會化專業(yè)化和國際化的市場體系。日本于20世紀(jì)60年代快速發(fā)展現(xiàn)代設(shè)施園藝業(yè)，溫室由單棟向連棟大型化結(jié)構(gòu)金屬化發(fā)展，到70年代為高速發(fā)展期。美國總的指導(dǎo)思想是搞適地栽培，溫室面積約1.9萬hm，多數(shù)玻璃溫室，少數(shù)是雙層充氣塑料薄膜溫室，近幾年也建造了少量聚碳酸脂板溫室。以色列的現(xiàn)代設(shè)施園藝更具鮮明的特點(diǎn)，其采用大型塑料薄膜連棟溫室，充分利用光熱資源的優(yōu)勢和先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，主要生產(chǎn)花卉和高檔蔬菜?，F(xiàn)代溫室及配套設(shè)施已采用專業(yè)化、集約化和規(guī)?；a(chǎn)，規(guī)范有序的市場經(jīng)營和國際化的市場體系運(yùn)作， 成為當(dāng)今世界最具活力的新興產(chǎn)業(yè)之一和現(xiàn)

6、代農(nóng)業(yè)的亮點(diǎn)。在今后一個時期，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、全球經(jīng)濟(jì)的一體化和社會的進(jìn)步，現(xiàn)代溫室及配套設(shè)施，將以節(jié)能、環(huán)保和改善工作條件為核心，深入廣泛采用高新技術(shù)， 向?qū)嵸|(zhì)意義上的“工廠化”方向穩(wěn)步持續(xù)快速地發(fā)展，前景十分廣闊。（2）我國室內(nèi)環(huán)境控制技術(shù)進(jìn)入21世紀(jì)后，特別在我國加入WTO后，國內(nèi)產(chǎn)品面臨巨大挑戰(zhàn)。各行業(yè)特別是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)都急切需要應(yīng)用電子技術(shù)、自動控制技術(shù)進(jìn)行改造和提升。例如紡織行業(yè)，溫濕度是影響紡織品質(zhì)量的重要因素，但紡織企業(yè)對溫濕度的測控手段仍很粗糙，十分落后，絕大多數(shù)仍在使用干濕球濕度計，采用人工觀測，人工調(diào)節(jié)閥門、風(fēng)機(jī)的方法，其控制效果可想而知。制藥行業(yè)里也基本如此。而在食品行

7、業(yè)里，則基本上憑經(jīng)驗，很少有人使用濕度傳感器。值得一提的是，隨著農(nóng)業(yè)向產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，許多農(nóng)民意識到必需擺脫落后的傳統(tǒng)耕作、養(yǎng)殖方式，采用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來應(yīng)付進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品的挑戰(zhàn)，并打進(jìn)國外市場。各地建立了越來越多的新型溫室大棚，種植反季節(jié)蔬菜，花卉；養(yǎng)殖業(yè)對環(huán)境的測控也日感迫切；調(diào)溫冷庫的大量興建都給溫濕度測控技術(shù)提供了廣闊的市場。我國已引進(jìn)荷蘭、以色列等國家較先進(jìn)的大型溫室四十多座，自動化程度較高，成本也高。國內(nèi)正在逐步消化吸收有關(guān)技術(shù)，一般先搞調(diào)溫、調(diào)光照，控通風(fēng)；第二步搞溫濕度自動控制及CO2測控。此外，國家糧食儲備工程的大量興建，對溫濕度測控技術(shù)提也提出了要求。在我國，多年來對小氣候的研究一直

8、偏重于農(nóng)田等無護(hù)圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境小氣候以及溫室小氣候。隨著人們生活水平的提高和生產(chǎn)的發(fā)展，有關(guān)室內(nèi)環(huán)境的研究不斷豐富。我國室內(nèi)環(huán)境研究起步較晚，但近年來在通風(fēng)換氣、溫度控制方面，從基礎(chǔ)性研究到應(yīng)用性研究都取得了大量成果。室內(nèi)環(huán)境自動控制技術(shù)的研究有了很大發(fā)展。目前，大多數(shù)現(xiàn)代化室的通風(fēng)換氣仍采用機(jī)械式定時控制，該控制方式遠(yuǎn)不能滿足對室內(nèi)小氣候的調(diào)節(jié)。對室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行檢測的儀器一般為功能固定的傳統(tǒng)儀器，難以滿足對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時監(jiān)控。隨著微電子技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)相繼被研究。中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)、江蘇理工大學(xué)等都進(jìn)行了相關(guān)方面的研究，測控方法相對于定時控制等機(jī)電式控

9、制方法有了很大改進(jìn)，但已有的研究還沒有達(dá)到室內(nèi)環(huán)境協(xié)調(diào)控制的要求。因此在室內(nèi)環(huán)境的智能化測量控制方面有待進(jìn)一步的研究。溫室大棚的控制技術(shù)與室內(nèi)環(huán)境控制技術(shù)也有相通之處，本系統(tǒng)設(shè)計旨在提高人類生活水平，為人類的舒適生活提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，以便實(shí)行更好的監(jiān)測和控制。3.選題研究的內(nèi)容： (1)監(jiān)測參數(shù)。選擇了對室內(nèi)生活影響較大的溫度、相對濕度、光照、二氧化碳四個環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。(2)系統(tǒng)硬件設(shè)計。系統(tǒng)硬件主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、二氧化碳濃度傳感器、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡以及連至Intert的PC機(jī)，其中溫濕度傳感器用于分別采集目標(biāo)溫度和濕度，光照傳感器用于采集光照強(qiáng)度，二氧

10、化碳傳感器用于檢測室內(nèi)二氧化碳濃度。通過數(shù)據(jù)采集卡可將電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，進(jìn)而送至PC機(jī)。通過NI公司提供的NI DAQmax來配置相應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡的測量通道，可以完成信號濾波和單位換算。從而借助于Labview強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程功能，并連接到lnternet的PC機(jī)來實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)溫度的監(jiān)測和控制。(3)系統(tǒng)軟件設(shè)計。采用工具軟件Labview實(shí)現(xiàn)軟硬件的仿真調(diào)試。(4)抗干擾設(shè)計。采取多種抗干擾措施，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度。(5)本系統(tǒng)中環(huán)境因子的檢測，采用直插式USB虛擬儀器數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)，通過PCI總線實(shí)現(xiàn)并行32位傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集卡要求四通道循環(huán)采集。對于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要

11、包括環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)的設(shè)計，首先，由傳感變送器將室內(nèi)環(huán)境中待檢測的信息轉(zhuǎn)化為電量，傳感器輸出的電量信號經(jīng)過信號調(diào)理電路的調(diào)理，輸入到數(shù)據(jù)采集板，由數(shù)據(jù)采集板的A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后由計算機(jī)進(jìn)行處理。4.選題研究的技術(shù)路線、研究方法和要解決的主要問題： 由于本課題主要研究軟件部分依靠LabVIEW來實(shí)現(xiàn)的溫度檢測以及相應(yīng)的程序編寫測試，所以硬件部分不做詳細(xì)分析，下面至給出硬件部分的設(shè)計思路，不做具體研究：系統(tǒng)硬件設(shè)計思路：該系統(tǒng)以一片STC89C52為核心的最小系統(tǒng)作為前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，兩片DS18B20進(jìn)行溫度測量，通過一片MAX232串口與PC機(jī)進(jìn)行連接，LabVIE

12、W軟件自身有串口驅(qū)動程序，可以實(shí)現(xiàn)串口功能，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)主系統(tǒng)，在LabVIEW環(huán)境下對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。總的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示：STC89C52MAX232DS18B20數(shù)字溫度傳感器PC機(jī)DS18B20數(shù)字溫度傳感器電源復(fù)位電路時鐘電路圖1 硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，前端的溫度測量及數(shù)據(jù)采集使用的是DS18B20數(shù)字溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)的，它是 HYPERLINK /view/2398.htm t _blank 美國DALLAS公司生產(chǎn)的，具有耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。DS18B20采用單總線專用技術(shù)，既可通過串行

13、口線，也可通過其它I/O口線與微機(jī)接口，無須經(jīng)過其它變換電路，直接輸出被測溫度值（9位二進(jìn)制數(shù)，含符號位），測溫范圍為-55-+125(此溫度范圍可自行設(shè)計)，測量分辨率為0.0625，內(nèi)含64位經(jīng)過激光修正的只讀存儲器ROM，適配各種單片機(jī)或系統(tǒng)機(jī)，用戶可分別設(shè)定各路溫度的上、下限，內(nèi)含寄生電源。串口通信模塊的電平轉(zhuǎn)換則使用MAX232芯片，它是專門為電腦的 HYPERLINK /view/112004.htm t _blank RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，使用+5v單電源供電，耗電5mA，外接4個1uF電容。該器件包含2個驅(qū)動器、2個接收器和1個電壓發(fā)生器電路提供TIA/

14、EIA-232-E電平。每個接收器將TIA/EIA-232-E電平輸入轉(zhuǎn)換為5V TTL/CMOS。這些接收器具有1.3V的典型門限值及0.5V的典型遲滯，而且可以接收正負(fù)30V的輸入。每個驅(qū)動器將TTL/CMOS電平輸入轉(zhuǎn)換為TIA/EIA-232-E電平。 系統(tǒng)軟件設(shè)計思路：此溫度系統(tǒng)的軟件設(shè)計主要分為兩個部分：下位機(jī)單片機(jī)軟件設(shè)計和上位機(jī)LabVIEW軟件設(shè)計。下位機(jī)程序用C語言編寫，它主要完成對溫度數(shù)據(jù)的讀取以及同上位機(jī)的串口通訊。分為幾個程序模塊：傳感器溫度控制程序、數(shù)據(jù)的讀程序和寫程序、數(shù)據(jù)存儲及回放程序等。開始初始化寫入溫度數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)儲存及回放讀出溫度數(shù)據(jù)結(jié)束圖2 程序流程圖上

15、位機(jī)使用的是LabVIEW虛擬儀器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，主要分為幾個部分，前面板的設(shè)計、串口通信模塊的設(shè)計、溫度測量模塊的設(shè)計、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)回放模塊的設(shè)計。5.研究進(jìn)度安排：12014年3月 查閱和設(shè)計任務(wù)相關(guān)的資料，進(jìn)行LabVIEW軟件的入門學(xué)習(xí)和初步系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計；（1周）22014年4月 溫度測試系統(tǒng)原理的學(xué)習(xí)；（1周）3. 2014年4月 確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步的系統(tǒng)框圖設(shè)計；確立工作方案，利用LabVIEW軟件進(jìn)行前面板的設(shè)計、串口通信模塊的設(shè)計、溫度測量模塊的設(shè)計、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)回放模塊的設(shè)計；系統(tǒng)調(diào)試；（2-3周）42011年5月 系統(tǒng)整體功能通調(diào)；（2周）52011年5

16、月 畢業(yè)論文撰寫；（2周）62011年6月 最終答辯。6、研究的特色及創(chuàng)新點(diǎn)：本設(shè)計在LabVIEW虛擬儀器平臺上開發(fā)出一個溫度采集系統(tǒng)，利用LabVIEW的良好界面對數(shù)據(jù)采集進(jìn)行有效控制，在LabVIEW里實(shí)時顯示數(shù)據(jù)。但是LabVIEW開發(fā)的虛擬儀器通常都是建立在LabVIEW支持的價格昂貴的數(shù)據(jù)采集硬件之上的。以單片機(jī)為核心的多點(diǎn)溫度采集雖然硬件成本較低，但開發(fā)過程復(fù)雜，編程工作量大，周期長，效率低。為提高系統(tǒng)的性價比，本課題以單片機(jī)為核心的最小系統(tǒng)作為前端的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過串口與PC機(jī)進(jìn)行連接，LabVIEW軟件自身有串口驅(qū)動程序，可以實(shí)現(xiàn)串口功能，將采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)主系統(tǒng)，

17、在LabVIEW環(huán)境下對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。這樣，既充分利用了LabVIEW的強(qiáng)大功能，又發(fā)揮了單片機(jī)快速及靈活的特點(diǎn)，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本，提高了效率。根據(jù)溫度傳感器的性能特點(diǎn)和測試要求，利用虛擬儀器(Virtual Instruments，簡稱VI)代替真實(shí)的儀器設(shè)備,基本不用投入儀器設(shè)備及硬件,設(shè)計出具有優(yōu)越性價比的傳感器特性測試系統(tǒng)。7、主要參考文獻(xiàn)：1劉君華.基于LabVIEW的虛擬儀器設(shè)計M.北京：北京電子出版社，20032楊樂平，李海濤，肖相生. LabVIEW程序設(shè)計與應(yīng)用M北京：北京電子工業(yè)出版社，20023張凱. LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計與開發(fā)M北京：國防工業(yè)出版社，

18、20044劉君華，賈惠芹虛擬儀器圖形化編程語言Labview教程M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001 5李瑩. HYPERLINK /Article/CDMD-11412-2006065778.htm%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09%09 t _blank 基于LabVIEW的多路信號發(fā)生器軟件開發(fā)D北京:華北電力大學(xué)，20066陳叔旺，張秀清.傳感器應(yīng)用及電路設(shè)計M北京：化工工業(yè)出版社，20087李光軍實(shí)用接口技術(shù)M成都：電子科技大學(xué)出版社，19978 S.Y.Chen;J.Cheng;J.H.Chen; HYPERLINK /Article/CPFDTOTAL-ZGWJ200