基于虛擬儀器的溫室溫度控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于虛擬儀器的溫室溫度控制系統(tǒng) 目

錄一、緒

論1.1選題的背景1.2溫室環(huán)境控制1.3我國農(nóng)業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀1.4虛擬儀器(VirtualInstrumentation)概述二、設(shè)計(jì)方案與思路2.1執(zhí)行器的選擇2.2分析控制器的選擇2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的選擇2.4軟件系統(tǒng)的選擇2.5系統(tǒng)框圖三、硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)的基本原則3.2傳感器的選擇3.3信號調(diào)理電路3.4電機(jī)控制電路四、軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)的基本原則4.2軟件功能實(shí)現(xiàn)4.3程序流程圖4.4LabVIEW具體編程4.4.1前面板設(shè)計(jì)4.4.2程序框圖（后面板）設(shè)計(jì)4.5程序運(yùn)行結(jié)果與分析五、硬件調(diào)試與分析5.1溫室大棚實(shí)地考查5.2第一次實(shí)驗(yàn)記錄5.3第二次實(shí)驗(yàn)記錄5.3第三次實(shí)驗(yàn)記錄5.4第四五六次實(shí)驗(yàn)記錄5.5第七次實(shí)驗(yàn)記錄六、結(jié)

論七、參考文獻(xiàn)附錄一：

硬件參數(shù)表附錄二：

基于LabVIEW的程序設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟附錄三：組員分工第第頁2.5系統(tǒng)框圖控制對象（溫度）控制對象（溫度）溫度傳感器信號調(diào)理SC-2075接線端子板PCI-6014多功能數(shù)據(jù)采集卡執(zhí)行器計(jì)算機(jī)（LabVIEW程序開發(fā)）圖1系統(tǒng)框圖三、硬件設(shè)計(jì)3.1硬件設(shè)計(jì)的基本原則（1）經(jīng)濟(jì)合理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)中，一定要注意在滿足性能指標(biāo)的前提下，盡可能地降低硬件價(jià)格，以便得到高的性價(jià)比，這是硬件設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮的一個重要因素。（2）安全可靠選取設(shè)備要考慮環(huán)境的溫度、濕度、壓力、震動、粉塵等要求，以保證在規(guī)定的工作環(huán)境下，系統(tǒng)性能穩(wěn)定、可靠。要有超量程和過載保護(hù)，保證輸入、輸出通道正常工作。要注意對交流市電及電火花等的隔離。要保證連接件的接觸可靠。（3）足夠的抗干擾能力有完善的抗干擾措施，是保證系統(tǒng)精度、工作正常和不產(chǎn)生錯誤的必要條件。3.2傳感器的選擇在經(jīng)過對論文的大量閱讀后，我們初步選定DS18B20和AD590中的一款傳感器，并考慮了4種方案：分布式DS18B20測溫、分布式AD590測溫、單點(diǎn)式DS18B20測溫、單點(diǎn)式AD590測溫。實(shí)際使用中要監(jiān)測溫室大棚的溫度，肯定是要設(shè)置多個點(diǎn)的溫度傳感器，這種情況下DS18B20比AD590更占據(jù)優(yōu)勢，因?yàn)樗菃尉€就能達(dá)到信號的傳輸，而AD590是雙線工作的，因此，在固定的接口下，DS18B20比AD590就能夠提供更多的測量組數(shù)。同時也無需AD590這般較復(fù)雜的硬件調(diào)理電路。但我們向NI工程師咨詢后得知，DS18B20由于是單線傳輸，就會有個輸入與輸出的時序性問題。受到我們使用的數(shù)據(jù)采集卡PCI6014數(shù)字信號端口的限制，信號的傳遞無法在486us中完成以達(dá)到精確的時序匹配，因此必須在PCI6014和傳感器間插入單片機(jī)來進(jìn)行控制。這樣一來，單從我們這個簡單的檢測實(shí)驗(yàn)來說，硬件上面反而要更加復(fù)雜。再加上多個DS18B20的程序編寫，需要加上一個搜索序列號的復(fù)雜算法，程序難度遠(yuǎn)大于AD590?？紤]到以上的事實(shí)，DS18B20的多點(diǎn)優(yōu)勢和硬件優(yōu)勢在我們實(shí)驗(yàn)的特殊環(huán)境下形同虛設(shè)，再加上我們要花費(fèi)的時間和精力成本，我們小組決定先采用單點(diǎn)輸入的AD590溫度傳感器方案。若成功后，則可以再繼續(xù)改進(jìn)，以后也可以引進(jìn)DS18B20的使用。3.3信號調(diào)理電路圖2信號調(diào)理電路原理：左側(cè)的AD590作為一個電流源輸出電流，通過1K的電阻得到1000倍的電壓，兩電壓的差值在AD524輸入并進(jìn)行放大，使其能夠在Vo端輸出的信號更能接近數(shù)據(jù)采集卡的檢測范圍。理想情況：參考電壓穩(wěn)定模塊：AD580為2.5V穩(wěn)壓源，使輸出電壓信號更穩(wěn)定。以室溫為華氏273.2度（攝氏0度）為例，AD580輸出的電壓為2.5V，經(jīng)過9.09KΩ電阻、滑動變阻器、1.2Ω電阻后接地，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器平衡兩邊分得的電壓，使得在AD524的參考端，接收到的為273.2mV電壓；溫度傳感器模塊：由于AD590本身的特性（輸出電流與絕對溫度成比例，即1K=1uA），當(dāng)為0℃室溫時，它會輸出一個為273.3uA的電流，通過1kΩ的電阻，得到273.2mV的電壓。當(dāng)為20℃室溫時，它會輸出一個為293.3uA的電流，通過1kΩ的電阻，得到293.2mV的電壓。儀用放大器模塊：AD524的正端輸入溫度模塊的電壓，負(fù)端輸入?yún)⒖茧妷海?73.2mV）。根據(jù)AD524放大器的特性，正負(fù)兩端的電壓做差值處理且放大100倍后后，在室溫為0℃時由Vo端口輸出0V電壓，在室溫為20℃時由Vo端口輸出2V電壓。實(shí)際情況：我們在購買元器件的時候向商家討取了1KΩ和2KΩ的電阻，但缺少穩(wěn)壓模塊的9.09K和滑動變阻器。再向?qū)嶒?yàn)室咨詢現(xiàn)有電阻之后，我們選用了100Ω和810Ω的電阻進(jìn)行分壓。由于電阻元件的限制，使得參考端的接收值與理想有差別。AD590溫度傳感器在-55℃~+150℃的測溫范圍內(nèi)，Ir—流過器件(AD590)的電流，單位為μA；T—熱力學(xué)溫度，單位為K；而AD590采用的是測控實(shí)驗(yàn)室的裝備，器件時間較久，經(jīng)多次測量，0攝氏度時溫度漂移約為3uA。則放大器設(shè)置為G=100該偏差可以在軟件中進(jìn)行消除。（a）(b)(c)圖3AD524G=100連線圖與實(shí)物圖(a)(b)（c）圖4AD590連線圖與實(shí)物圖（a）(b)圖5AD580連線圖與實(shí)物圖圖6實(shí)驗(yàn)硬件總圖3.4電機(jī)控制電路雖然我們沒有對執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行硬件搭建，但我們依然進(jìn)行了理論上的研究。圖7電機(jī)控制電路采用場效應(yīng)管作為驅(qū)動電路的開環(huán)PWM直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。虛擬儀器LabVIEW的輸出端輸出的PWM信號通過光電耦合器隔離后由場效應(yīng)管驅(qū)動電機(jī)（光電耦合器的作用是切斷以LabVIEW為主的控制系統(tǒng)與以電機(jī)等為主的控制現(xiàn)場之間的電氣聯(lián)系而提高整個系統(tǒng)的可靠性）。在電機(jī)的兩端連接一個二極管，用于保護(hù)電機(jī)，因?yàn)殡姍C(jī)是一個感性元件，在啟動和停止時會有較大的感性電壓，會對電路里的其他元件造成破壞。由于各元器件的參數(shù)說明過于瑣碎繁雜，因此我們在這篇論文中將其放入附錄一中以便讀者查閱。四、軟件設(shè)計(jì)4.1軟件設(shè)計(jì)的基本原則（1）結(jié)構(gòu)合理程序應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)。這不僅有利于程序的進(jìn)一步擴(kuò)充，而且也有利于程序的修改和維護(hù)。在程序編序時，要盡量使得程序的層次分明，易于閱讀和理解，同時還可以簡化程序，減少程序?qū)τ趦?nèi)存的使用量。當(dāng)程序中有經(jīng)常需要加以修改或變化的參數(shù)時，應(yīng)該設(shè)計(jì)成獨(dú)立的參數(shù)傳遞給群序，避免程序的頻繁修改。（2）操作性能好操作性能好是指使用方面。我們在開發(fā)程序時，應(yīng)該考慮如何降低對操作人員專業(yè)知識的要求。而labview簡潔的操作界面無疑可以保證這樣的效果。4.2軟件功能實(shí)現(xiàn)軟件功能即為本次設(shè)計(jì)的核心，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求，主要看的就是此階段的設(shè)計(jì)。由前面的硬件電路介紹可知，室溫為0~50℃時數(shù)據(jù)采集卡的輸入端采集到0~5V的電壓信號，經(jīng)過標(biāo)度轉(zhuǎn)換后與設(shè)定溫度值進(jìn)行比較。如果外界的溫度大于所設(shè)定的溫度，就會產(chǎn)生報(bào)警信號（布爾指示燈）和PWM信號，該P(yáng)WM信號可控制電機(jī)1轉(zhuǎn)速，從而間接控制小風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，即降溫速度；如果外界的溫度小于所設(shè)定的溫度，也會產(chǎn)生PWM信號，該P(yáng)WM信號可控制電機(jī)2轉(zhuǎn)速，從而間接控制加熱片的加熱功率，即升溫速度。升溫、降溫是先通過一個條件結(jié)構(gòu)來進(jìn)行判斷，再通過調(diào)節(jié)方波的占空比來實(shí)現(xiàn)的，而占空比則是根據(jù)外界溫度與設(shè)定溫度的絕對差值決定的，差值越大，方波的占空比越大，升溫或降溫的速率越大。當(dāng)外界的溫度越來越接近設(shè)定溫度值時，方波的占空比會變小，升溫或降溫的速度也會變小，從而慢慢升溫或降溫來是外界溫度與設(shè)定溫度完全相同。所謂PWM就是脈寬調(diào)制器，通過調(diào)制器給電機(jī)提供一個具有一定頻率的脈沖寬度可調(diào)的脈沖信號。脈沖寬度越大即占空比越大，提供給電機(jī)的平均電壓越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就高。反之脈沖寬度越小，則占空比越越小。提供給電機(jī)的平均電壓越小，電機(jī)轉(zhuǎn)速就低。

PWM不管是高電平還是低電平時電機(jī)都是轉(zhuǎn)動的，電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于平均電壓。PWM的頻率設(shè)定，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，和電機(jī)感抗和所需的速度響應(yīng)時間有很大的關(guān)系。一般的電機(jī)用14KHz就足夠了。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速比較高，感抗比較小，可以使用比較高的頻率,但一般最好不要超過20KHz。對于電機(jī)應(yīng)用，功率越大，PWM頻率越低，最低有500Hz或者1KHz的。實(shí)驗(yàn)中PWM的頻率為500Hz(即T為2ms)時能使直流電機(jī)平衡運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)占空比從0%~100%時，轉(zhuǎn)速以1%的變化率連續(xù)可調(diào)。4.3程序流程圖啟動DAQmax驅(qū)動程序啟動DAQmax驅(qū)動程序采集信號（0~5V電壓）調(diào)整數(shù)據(jù)采集任務(wù)的工作參數(shù)實(shí)時溫度值與溫度設(shè)定值比較超過預(yù)設(shè)溫度？執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)的假（以實(shí)時溫度值與溫度設(shè)定值的絕對差值的2倍為占空比，產(chǎn)生振幅為5、頻率為500Hz的PWM信號）執(zhí)行條件結(jié)構(gòu)的真（以實(shí)時溫度值與溫度設(shè)定值的絕對差值的2倍為占空比，產(chǎn)生振幅為5、頻率為500Hz的PWM信號）打開溫室溫度控制器.vi報(bào)警實(shí)時顯示PWM信號的占空比NYPCI-6014工作正常？YN排除硬件電路故障開始標(biāo)度轉(zhuǎn)換（0~5v轉(zhuǎn)為0~50℃）顯示實(shí)時溫度建立數(shù)據(jù)輸出任務(wù)（將PWM信號通過DAQAssistant2傳給電機(jī)1）建立數(shù)據(jù)輸出任務(wù)（將PWM信號通過DAQAssistant3傳給電機(jī)2）降溫升溫結(jié)束NY消除溫度偏差0.15V停止溫度監(jiān)控?圖8程序流程圖4.4LabVIEW具體編程LabVIEW圖形化編程軟件由面板、流程方框圖、圖標(biāo)/連接器組成。其中，面板是用戶界面，流程方框圖是虛擬儀器源代碼，圖標(biāo)/連接器是調(diào)用接口。流程方框圖包括輸入/輸出（I/O）部件、計(jì)算部件和子虛擬儀器部件，它們用圖標(biāo)和數(shù)據(jù)流的連線表示。這里利用LabVIEW作為語言開發(fā)平臺．設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件．并利用計(jì)算機(jī)串口與下位機(jī)串行通訊，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時測量與控制。通過對前面的介紹，我們了解到一個VI程序由前面板和程序框圖組成。4.4.1前面板設(shè)計(jì)虛擬溫室溫度控制器前面板如圖9所示：圖9溫室溫度控制器的前面板4.4.2程序框圖（后面板）設(shè)計(jì)程序框圖無疑是整個設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。我們在設(shè)計(jì)該部分時，首要要考慮的是功能的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)各個功能選擇需要用到的器件，并在其中完成各器件的連接?；谔摂M儀器的溫室溫度控制器的完整程序框圖如圖10所示。（a）幀為“True”時程序框圖（b）幀為“假”時程序框圖圖10溫度控制器的程序框圖（后面板）4.5程序運(yùn)行結(jié)果與分析：在第七次實(shí)驗(yàn)硬件調(diào)試成功后，我們根據(jù)當(dāng)時的室溫進(jìn)行測溫。打開已經(jīng)編好的LabVIEW程序，在前面板窗口上，單擊工具欄上的【運(yùn)行】按鈕，運(yùn)行結(jié)果如圖11所示。第一次：外界采集進(jìn)來的溫度小于設(shè)定溫度（a）程序前面板顯示（b）水銀溫度計(jì)測溫顯示圖11外界采集進(jìn)來的溫度小于設(shè)定溫度從圖11（a）中可以看出，我們的設(shè)定溫度為28℃,而當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)測量水溫為23.97℃，由于采集進(jìn)來的外界溫度沒有超過設(shè)置的溫度值，所以沒有產(chǎn)生報(bào)警。設(shè)定溫度隨意設(shè)的，為的是觀察是否能正常產(chǎn)生PWM脈沖寬度調(diào)制信號。由圖可知能正常產(chǎn)生。精度核查：水銀溫度計(jì)的精度為水銀計(jì)溫度實(shí)驗(yàn)測量溫度溫度范圍相對精度==0.14%絕對精度=因?yàn)樗y溫度計(jì)精度在，所以這里的精度沒有意義。第二次：外界采集進(jìn)來的溫度大設(shè)定溫度（a）程序前面板顯示（b）水銀溫度計(jì)測溫顯示圖12外界采集進(jìn)來的溫度大于設(shè)定溫度從圖12（a）中可以看出，我們的設(shè)定溫度為28℃,而當(dāng)時的實(shí)驗(yàn)測量水溫為42.94℃，由于采集進(jìn)來的外界溫度超過了設(shè)置的溫度值，所以產(chǎn)生報(bào)警，及PWM脈沖寬度調(diào)制信號。精度核查：水銀溫度計(jì)的精度為水銀計(jì)溫度實(shí)驗(yàn)測量溫度溫度范圍相對精度==0.08%絕對精度=因?yàn)樗y溫度計(jì)精度在，所以這里的精度沒有意義。實(shí)驗(yàn)要求指標(biāo)為絕對精度相對精度綜上所述，符合實(shí)驗(yàn)精度要求。由于基于LabVIEW的程序設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟過于繁碎，因此我們將其放在附錄二中。五、硬件調(diào)試與分析5.1溫室大棚實(shí)地考查時間：2013年3月16日地點(diǎn)：華家池溫室大棚組員：杜圳淵陳燕陳凱鵬方海棟郭欣波周焱銘我們小組到浙江大學(xué)華家池校區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科研實(shí)驗(yàn)基地參觀學(xué)習(xí)。智能玻璃溫室主體3500平方米，工作廠房200平方米。該溫室核心控制系統(tǒng)采用荷蘭Priva公司的最新版本，是指配備了由計(jì)算機(jī)控制的可移動天窗、遮陽系統(tǒng)、保溫、濕窗簾/風(fēng)扇降溫系統(tǒng)、噴滴灌系統(tǒng)或滴灌系統(tǒng)、移動苗床等自動化設(shè)施，控制能力達(dá)國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)，充分體現(xiàn)智能控制水平。目前，已有若干國家級重大課題和國際合作項(xiàng)目進(jìn)駐溫室開始科研工作，該溫室的建立很好的體現(xiàn)了為學(xué)科建設(shè)、科學(xué)研究服務(wù)的功能，同時，也為在校學(xué)生的教學(xué)實(shí)習(xí)提供了一條良好途徑。進(jìn)入溫室，見到了溫室的值班人，在他的介紹和指導(dǎo)下，我們參觀了智能玻璃溫室。大家對溫室里的設(shè)施做了詳細(xì)的詢問。了解了溫室的通風(fēng)主要是為了排除溫室的余熱及溫室內(nèi)的水分,調(diào)整溫室內(nèi)空氣成分,排除有害氣體,使溫室內(nèi)的環(huán)境溫度、濕度和空氣等條件適宜植物生長的要求。其通風(fēng)有自然通風(fēng)是在側(cè)墻和屋脊設(shè)置通風(fēng)窗。但在夏季氣溫較高時，采用強(qiáng)制通風(fēng)，用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫空氣流動來進(jìn)行溫室換氣并達(dá)到降溫效果。溫室的加溫有熱水加溫，用鍋爐將水加熱,然后由水泵加壓,熱水通過供熱管道加溫，熱水采暖系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,是玻璃溫室目前最常用的采暖方式。有熱風(fēng)加溫，通過燃油機(jī)提供的熱量加熱空氣換氣器,用風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫溫室內(nèi)的部分空氣流過空氣換熱器,這樣不斷循環(huán)進(jìn)行溫室加熱。還有電加溫，是將地?zé)峋€埋在地下,用來提高地溫。溫室的降溫有遮蔭降溫，是利用遮光材料遮陽降光,阻止多余的太陽輻度進(jìn)入溫室。有蒸發(fā)降溫，是利用濕簾將空氣的不飽和性和水的蒸發(fā)潛熱來降溫。還有屋頂噴淋降溫系統(tǒng)，是將水均勻地噴灑在玻璃溫室的屋面上,來降低溫室的溫度。接著，大家參觀了實(shí)驗(yàn)溫室。與作為生產(chǎn)設(shè)施的玻璃溫室不同，實(shí)驗(yàn)溫室是玻璃溫室的另一種應(yīng)用，這里有各種各樣的光照燈具，是為不同植物在不同生長周期提供光照，它有利于營造特定的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，縮短實(shí)驗(yàn)周期等。在實(shí)驗(yàn)溫室區(qū)的參觀學(xué)習(xí)后，大家來到溫室的另一側(cè)，在這里我們發(fā)現(xiàn)了種植了大量的鐵皮石斛，是一種很有藥用價(jià)值的石斛類藥材。這里是集智能控溫、控光等多項(xiàng)技術(shù)為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，可保持常年恒溫，智能調(diào)節(jié)作物所需光照。這樣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施最適宜進(jìn)行高附加值經(jīng)濟(jì)作物的栽培。此次參觀學(xué)習(xí)增進(jìn)了大家對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的了解，對同學(xué)們進(jìn)一步的了解溫控系統(tǒng)帶來了極大地益處。5.2第一次實(shí)驗(yàn)記錄（實(shí)施人：杜圳淵陳燕方海棟記錄人：周炎銘）進(jìn)過前幾次的小組開會討論，已經(jīng)把所需的元器件選擇好，及硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)都已經(jīng)做好，今天我們就要做小組的第一次試驗(yàn)來調(diào)試程序。一、實(shí)驗(yàn)的總體方案設(shè)計(jì)：該設(shè)計(jì)的思想是由溫度傳感器檢測信號，信號接到數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入端，然后再通過數(shù)據(jù)采集卡的A/D通道連接至計(jì)算機(jī)中去?；跍囟冗@種信號的特性，噪音干擾或者采集速度等要求都不高，比較關(guān)鍵的還是放大電路，將AD590輸出的ua級信號轉(zhuǎn)換放大到匹配輸入范圍（-10V~+10V）的過程是實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)部分。對采集到的溫度信號判斷和處理，溫度控制部分升溫、降溫是通過調(diào)節(jié)方波的占空比（PWM方式調(diào)控）來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)溫度不適于農(nóng)作物生長時，系統(tǒng)報(bào)警，并通過電風(fēng)扇等工具降溫。以后改進(jìn)型還需對采集的實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲、報(bào)警歷史記錄以及記錄觀察等功能的實(shí)現(xiàn)。顯示部分是驗(yàn)證程序是否正確的重要環(huán)節(jié)，從顯示的圖像上我們可以直觀的看到經(jīng)過系統(tǒng)處理后的成果，這樣便于分析系統(tǒng)中可能存在的問題，該程序由前面板和程序框圖面板兩部分組成，前面板用于顯示操作頁面，程序框圖面板用于對前面板進(jìn)行調(diào)控和控制。二、實(shí)驗(yàn)步驟：首先，因?yàn)樾〗M買的電阻、AD524等的元器件沒有到貨，而AD590實(shí)驗(yàn)室里就有，所以我們只能先借助實(shí)驗(yàn)室里的溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０謇锏碾娮韬头糯笃鬟B接電路，做好了數(shù)據(jù)的采集和調(diào)理的部分。再用了CSY-2000C型傳感器與檢測技術(shù)試驗(yàn)臺調(diào)好了電源，在與SC-2075接線端子板接入計(jì)算機(jī)。通過Labview程序的控制開始了實(shí)驗(yàn)。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：通過測量前面板顯示的溫度與實(shí)際的不符，數(shù)值偏高10%。經(jīng)過歐姆表對溫度模塊的直接測量，發(fā)現(xiàn)是溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓姆糯蟊稊?shù)偏差8%，導(dǎo)致出錯。另外也有小組成員懷疑是實(shí)驗(yàn)室提供的+5電壓不太穩(wěn)定導(dǎo)致。四、結(jié)論：我們結(jié)束了這次實(shí)驗(yàn)，等實(shí)驗(yàn)元器件到了后，我們會再次做實(shí)驗(yàn)，不斷的調(diào)試運(yùn)行，直到最后看到自己的勞動成果與基本相符。更深刻地明白，即使表面上看起來無懈可擊的設(shè)計(jì)，也可能在實(shí)驗(yàn)中漏洞百出。有些表面上簡簡單單比如放大電路這種耳熟能詳?shù)哪K，也可能是實(shí)驗(yàn)過程中的攔路虎。通過本此實(shí)驗(yàn)，我們希望可以鍛煉自己動手實(shí)踐操作的能力，使書本上的東西和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來。五、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)余地：1、溫度是不斷變化的，為提高可靠性，應(yīng)采集多個數(shù)據(jù)取平均值來提高準(zhǔn)確度；2、能否增加數(shù)據(jù)存儲功能，記錄溫度歷史和報(bào)警歷史，方便后續(xù)工作的進(jìn)行。5.3第二次實(shí)驗(yàn)記錄（實(shí)施人：杜圳淵陳燕陳凱鵬記錄人：郭欣波）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂驗(yàn)榈谝淮螌?shí)驗(yàn)采用的是實(shí)驗(yàn)室自帶的溫度模塊，溫度傳感器實(shí)驗(yàn)?zāi)０宓姆糯笃鞑皇俏覀兯璧姆糯蟊稊?shù)，所以第二次的實(shí)驗(yàn)的目的就是用自己的放大器，組建我們自己的溫度模塊。二、實(shí)驗(yàn)器材：電阻：1K歐，2K歐，100歐，810歐儀表放大器：AD524穩(wěn)壓模塊：AD580實(shí)驗(yàn)板：SC-2075（內(nèi)帶電源正負(fù)15V和正5V）采集卡：PCI6014傳感器：AD590實(shí)驗(yàn)步驟：參考元器件手冊，按上圖進(jìn)行接線，AD524電源接+15V和-15V，AD580接+5V，各器件的GND引腳接入面包板的CH5-通道，放大器輸出電壓Vout接CH5+。SC-2075上的通道經(jīng)由數(shù)據(jù)線接入計(jì)算機(jī)內(nèi)的采集卡PCI6014。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析結(jié)果：未成功，放大器電壓輸出端電壓測得13.8V?，F(xiàn)象檢測與分析：檢查電源，測得SC-2075面包板內(nèi)的5V電壓不穩(wěn)定，常在4.8V到4.1V之間跳變。當(dāng)調(diào)節(jié)電壓旋鈕時甚至出現(xiàn)電壓突然下降2V的情況，而旋鈕遠(yuǎn)未旋轉(zhuǎn)到底。分析：帶電操作旋鈕，導(dǎo)致出現(xiàn)電壓不穩(wěn)定現(xiàn)象。2.內(nèi)置5V電源處出現(xiàn)焦糊味，電壓降至2.1V，無法調(diào)節(jié)旋鈕上升。經(jīng)過歐姆表檢測，發(fā)現(xiàn)面包板的大塊橫5連孔區(qū)，橫5個孔是導(dǎo)體，上下孔絕緣。而小塊豎5連孔區(qū)，豎著5個孔是導(dǎo)體，左右絕緣。而之前實(shí)驗(yàn)只是單純知道大塊橫5連孔的情況，而未對豎區(qū)進(jìn)行測試。5V電源被短路，燒壞電源。分析：面包板研究不透徹，短接至燒壞元器件放大器輸出為13.8V，由于時間有限且未將電路各模塊進(jìn)行預(yù)檢測，因此無法找出原因。推測可能是穩(wěn)壓模塊AD580出現(xiàn)問題。分析：應(yīng)該事先將各器件功能進(jìn)行單獨(dú)地檢測，這樣才能對組合后出現(xiàn)的問題進(jìn)行有調(diào)理的分析判斷。我們小組接下來的第三次實(shí)驗(yàn)將在第二次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上展開。5.3第三次實(shí)驗(yàn)記錄（實(shí)施人：杜圳淵陳燕記錄人：郭欣波）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模哼@一次的實(shí)驗(yàn)，希望能解決找到合適穩(wěn)定的內(nèi)接電壓，然后對各模塊分別實(shí)驗(yàn)，找出放大器電壓超量程的原因，電路的設(shè)計(jì)思路不變，進(jìn)行第三次實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)步驟：分離AD580的穩(wěn)定模塊，將其單獨(dú)列出進(jìn)行連線和檢測。再次組合電路。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：部分成功，放大器電壓輸出依然是13.8V1、測試了實(shí)驗(yàn)室所有SC2075面包板，并對各個板子進(jìn)行電壓標(biāo)記，找到了一塊電壓最接近5V的板子（實(shí)測為4.7~4.1V）。隨后通過實(shí)驗(yàn)確定AD580穩(wěn)壓器電路在5V電壓下輸出2.5V，但不太穩(wěn)定分析：可能內(nèi)接電源的電壓部分低于AD580的Vs電壓范圍，使其工作不在正常范圍。2、綜合搭好電路后，PCI輸入值為-10V，而PCI的測量范圍是（-10V，+10V）估計(jì)超出量程分析：使用歐姆表測得電壓依然為13.8V，從實(shí)驗(yàn)電路來看AD580的不穩(wěn)定不至于如此大地干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果。必然有一個更加重要的因素導(dǎo)致誤差。尚未排除放大器AD524的和傳感器AD590的嫌疑四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：電源的穩(wěn)定對于電路有著極其重要的影響。活用歐姆表來判斷電壓錯誤的節(jié)點(diǎn)。5.4第四五六次實(shí)驗(yàn)記錄（實(shí)施人：杜圳淵記錄人：郭欣波）這幾次都是在檢測AD524放大器，因?yàn)閷Ψ糯笃鞴ぷ髟頉]有深入的了解，無法對放大器進(jìn)行檢測與分析，向胡老師和季老師進(jìn)行了咨詢。中間過程很多瑣碎細(xì)節(jié)與實(shí)驗(yàn)無太大關(guān)聯(lián)，因此合為一篇一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z查AD524二、實(shí)驗(yàn)步驟：將AD524的正負(fù)輸入電壓短接并接地，將Vout和sense相連，REF接地，然后只接+-15電源。測量Vout的值三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析：成功，輸出電壓為2.1V，確定放大器損壞輸入短接并接地，REF接地，理論上放大器的輸出Vout應(yīng)該為0V。但輸出電壓卻為2.1V。在排除電源、地的可能誤差原因后，確認(rèn)為放大器損壞。具體損壞時間無法確認(rèn)。分析：有2種可能：1、從商家這里買來的時候便已經(jīng)損壞2、中間的操作不規(guī)范導(dǎo)致元器件損壞1的可能比較大，因?yàn)?的話，中間操作影響最大的一次應(yīng)該就是短接5V電源，但查出AD524的|Vin|+|Vs|<36V即可。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：在任何一個實(shí)驗(yàn)之前，都要將實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行檢查，大到一個放大器的功能是否正常，小到一根導(dǎo)線是否斷路。5.5第七次實(shí)驗(yàn)記錄（實(shí)施人：杜圳淵記錄人：郭欣波）和商家交涉后，免費(fèi)拿來了新的AD524一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康臋z測AD524是否正常工作檢測AD580是否正常工作檢測AD590是否正常工作完成整個實(shí)驗(yàn)硬件的搭建二、實(shí)驗(yàn)步驟獨(dú)立連接放大電路，先將輸入、ref短接接地，測得Vout=0V。再由PCI6014向外輸出0.5V電壓加至Vin（+），Vin（-）端接地，ref接地，設(shè)置放大器G=10.測得Vout=5V獨(dú)立連接穩(wěn)壓電路，測得讀數(shù)為2.5V獨(dú)立連接傳感器電路，測得讀數(shù)為305mV，室溫為29度，理想情況讀數(shù)應(yīng)為302mV，產(chǎn)生3mV的偏差。后用冰水測試，測得讀數(shù)為276mV。確認(rèn)AD590有零位偏差3mV。4、將電路連起來，穩(wěn)壓電路輸出加在Vin（-）上，傳感器電路輸出加在Vin（+）上，將Vout連至CH7+，觀測波形。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析成功在整體連接時出現(xiàn)一些偏差，應(yīng)為2.5v的穩(wěn)壓輸出變成2.52V、傳感器出現(xiàn)零位偏差、放大器數(shù)值又超量程等。但由于獨(dú)立模塊已經(jīng)測試完成，因此可以有目標(biāo)對電路連接區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測和分析。分析：2.52V的穩(wěn)壓輸出和接地處離公共端的遠(yuǎn)近有關(guān)系，可能附加了阻抗，將每個模塊的地合在一起，再一起連至公共端較好地解決了這個問題。傳感器零位偏差在預(yù)料之內(nèi)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室AD590放置時間較長，可能出現(xiàn)一些意想不到的變化，因此特地準(zhǔn)備了冰水進(jìn)行檢測。放大器數(shù)值超量程，經(jīng)過檢測，檢測端sence和Vout的連線斷路，導(dǎo)致無反饋。將導(dǎo)線換后成功。四、實(shí)驗(yàn)總結(jié)：地是很重要的一個環(huán)節(jié)對實(shí)驗(yàn)的思路明確清晰，事先做好預(yù)備工作是實(shí)驗(yàn)成功進(jìn)行的基礎(chǔ)。六、結(jié)論由于溫室監(jiān)測中所用傳統(tǒng)儀器方法的局限性，本文提出了一種采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)件溫室溫度監(jiān)測系統(tǒng)的方案。主要從硬件和軟件兩個方面介紹了該虛擬儀器系統(tǒng)的研究開發(fā)過程及相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)，最后設(shè)計(jì)出了一套溫室溫度虛擬儀器監(jiān)測系統(tǒng)，完成了設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文設(shè)計(jì)了一種基于AD590、PCI6014采集卡、PC機(jī)及LabVIEW軟件的溫室生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了溫室環(huán)境信息的數(shù)據(jù)實(shí)時采集及處理等功能。