基于虚拟仪器的热电偶温度巡检仪的设计与实现

内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）基于虚拟仪器的热电偶温度巡检仪的设计与实现对于温度测试的结果有着很大影响，因此开发高性能的仪器是以计算机为基础，配以相应测试功能的硬件作为拟热电偶温度巡检仪的总体设计方案，用户可根据择。其次，对数据采集模块和LabVIEW软件模块设计进行了详细论述。基于LabVIEW的软件模块的设计，包括前面板和框图程序的设计内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） V I 1 2 3 4 4 4 5 5 7 9 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） 随着现代控制技术的发展，在工业控制领域需要对现场数据进行实时采集、控制，例如在发电厂、钢铁厂、化工领域的生产中都需要对大量数据进集又是其中极为重要的部分。在极端恶劣工作环境下，温度的测或高温气体的高速流动，其共同特点是温度高且方案人机界面不友好、调试期长、修改不方便，因此采用效率和方向飞速发展，小型、低功耗、高可靠性、低成并广泛应用于工业控制和自动化测量系统中。虚处理功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、路温度传感器和虚拟仪器可以方便地构建一个温随着现代测试技术的不断发展，以LabVIEW(LaboratoryVirtualInstrumentEngi-neeringWorkbench)为软件平台的虚拟越重要的位置。因此如何能将热电偶温度测量及技术有效的与LabVIEW虚拟仪器相结合就成了温度测试领域的一个新课题。本课题就将在美国国家仪器公司仪器测量技术相结合的产物，它充分利用计算机强大的低廉。常用传感器及相应的调理模块也趋向模块化、标虚拟仪器技术从八十年代末开始，已经经历究起步较晚，但近几年来也取得了长足进步。目阶段，在其设计过程中所体现出的新颖、灵活的巨大冲击。它顺应了现代测试仪器微小化、智能仪器技术的检测系统的开发与研究势在必行，同虚拟温度巡检仪系统是基于虚拟仪器平台所是利用虚拟仪器平台的功能构建一个集温度信号的据采集卡PCI—6221采集经热电偶温度传感器、信号调理电路输出的电压信号，并将此在数显示模块：采用波形显示，数值显示，使温度时可以显示实时温度值与实时温度曲线，可以使用户对和数据显示是论文的重点。多通道采样方式的设置同时也关的扫描切换，实现多通道的采样。多通道的采样方式有间隔采样。怎样将采到的多路数据进行数据处理与显示也内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）虚拟仪器是计算机技术和仪器仪表技术结合与计算机软件结合起来。除继承传统仪器的己有功能外，及的先进功能。虚拟仪器的最大特点是其灵活性。用户在或删除仪器功能，以满足各种需求，并且能充分利用计算义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作计算试仪器一样，从而完成对被测试对象的采集、分析拟仪器概念的出现，打破了传统仪器由厂家定义功己的要求，设计自己的仪器系统。在测试系统和仪虚拟仪器是现代计算机软件技术、通信技术处理能力的增强，总线吞吐能力的提高以及显示器把仪器的信号分析和处理、结果的表达与输出功能内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）在虚拟仪器中计算机处于核心地位，计算机软件技术和有机整体，使得仪器的结构概念和设计观点等都发生了归结为以下五个方面:虚拟仪器技术作为计算机技术与仪器技术相结合的创新技术，应用前景十分广泛。适应了现代测试系统网络化、智能化发展趋势。虚拟仪内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）表2.1虚拟仪器与传统仪器的比较VI开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展用户定义仪器功能关键是软件价格低、可复用与可重配置性强软件使得开发与维护费用降至最低与网络及其它周边设备方便互联的面向应用友好的图形界面，计算机读数分析处理面向应用的系统结构，可方便地与外设连接与其他仪器设备的连接十分有限传统仪器封闭、固定厂商定义仪器功能关键是硬件价格昂贵开发与维护开销高功能单一、只可连有限的设备图形界面小，人工读数，信息量小数与其他仪器设备的连接十分有限前仪器发展的一个重要方向。这种结合基本有两种这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）采集与控制采集与控制数据分析和处理结果显示插入式数采集板数字信号处理数字滤波硬盘拷贝输出VXI/PXI仪器统计分析文件I/O数值分析图形用户口图2.1虚拟仪器的内部功能划分对于传统仪器，这三个部分几乎均由硬件完成；对GPIB仪器被测信号串口仪器VXI模块PXI模块计算机等优点，它更加充分地利用计算机的资源，大大增加了测试系统的灵活相应的软件，就可以构成一台具有多功能的测试仪高档仪器的测量品质，又能满足测量需求的多样性内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）程软件来开发自己所需要的应用软件。以美国Nl公司的软件产品LabVIEW和软件开发平台提供了强大的仪器软面板设计工具和硬件厂商提供的各种硬件的驱动程序模块，大大简技术的迅速发展，软件开发的模块化、复用化，和用户界面数据处理硬件驱动程序但直接由这些语言开发虚拟仪器系统，是有相当难度的。统面板设计外，还要编制大量的设备驱动程序和底层控制悉这方面知识的工程设计人员来说，要花费大量时间和精广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）(1)前面板：前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界上面有一个显示对象，以曲线的方式显示了所产生的一系——开关，可以启动和停止工作。显然，并非简单地画两与前面板随机数与前面板结开关纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前对应的流程图。我们可以看到流程图中包括了前面板上子，还有一个随机数发生器的函数及程序的循环图上的东西相当于仪器箱内的东西。在许多情况下，使用VI可以仿真标准仪器，不仅在屏幕上出现一个惟妙惟肖的标准仪器面板，而且其功①类似流程图的设计思想，很容易被工程人员接受②设计的思路和运行过程清晰而且直观。如通过使用种方法，程序以较慢的速度运行，使没有执行的代示，同时在线显示数据流线上的数据值，完全跟踪3图标/连接器：VI具有层次化和结构化的特征。一个VI可以作为子统分为多个子系统，每一个都可完成一定的功能。①把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，程序这样把测试功能细节化，便于实现软件复用，大③便于实现“测试集成”和虚拟仪器库的思想。同时虚拟仪器正在继续迅速发展。它可以取代测器在组成和改变仪器的功能和技术性能方面具有灵进行少量的学习甚至不需要学习就可使用功能强大的虚拟拟仪器系统并完成复杂的测试内容，如何帮助用户对测试结果进行分析和判断等内世界各大相关的产品商家都在向中国这个巨大的市场进军另一方面，发展基于计算机的插卡式硬件模块为主的测控VXI总线将成为未来虚拟仪器的理想硬件平台，这是由于VXI总线的性能决定的；户的青睐，将得到高速的发展。随着计算机硬件功能使LabVIEW用户可以容易的编写出具有强大网络通信能力的LabV能量都与其本身温度密切相关，故温度检测的方法也分称之为接触法测温和非接触法测温。另外温度测试的对导热系数；边界的换热则取决于对流换热系数和发射率在对固体表面测温时，大多采用接触法。在具体测温时温度的测试结果影响较大是个重要问题。经过长期的工热及导热率都比较大，并且与检测元件有良好的接触，者速度较快而温度不高的情况，测温仍以接触法为主；温度测量的实现方法通常是使温度传感器与待测在选择温度传感器时应考虑的主要因素有温度测量范围温度传感器以及集成温度传感器。以上各种温度传感器适合的应用场合各不相同，选择环境中最适用的温度传时将有一个相应的热电势产生，该信号由引线引金属铁、铜、康铜、镍铬合金等。使用热电偶测因不同金属材料的结合产生的，故不同材料连接而增加。最常见的热电阻式温度传感器的构成材料是铂、值随温度变化而迅速变化，并且阻值相对于引线电的线性关系这一特征，与上述温度传感器相比，最大优点是输出特高。包括温敏二极管和温敏三极管，另外，温敏晶体管及其辅助电高，可就地测量和远传。在工作时，只要与显示仪量是一种传统、有效的方法，广大技术工作人员在内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）AT0TB EQ\*jc3\*hps50\o\al(\s\up2(E),A)的条件下得到的。不同的热电偶具有不同的分度表三种金属接入回路中的影响。因此,在热电偶测温时,可接入测量仪表,测得热电势后,(l)避免受到过大的震动和应力作用：当热敏电阻受到冲击、震动或其他形式的加速的状态有关。当感温元件周围存在磁场时，必将改路温度检测，虽说智能温度巡检仪能完成对多点温示，对数据的保存读取操作困难，基于虚拟仪器的而且能对温度实时变化趋势通过曲线显示，能给用好的了解现场温度变化情况，数据的存取操作简单可以根据需要查询某一时间段数据，以便进行数据内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）部分组成。软件部分采用美国NI公司的LABVIEW虚拟仪器软件平台，来完成对采集进来的八路温度信号进行数据分析和显示。本系统结果显通过修改软件还可以容易地扩展功能。针对温度信号进行的核心是温度信号调理电路的设计以及以LABVIEW为基础的软件开发。图4.1基于虚拟仪器的热电偶温度巡检仪系统框图内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）本章主要介绍虚拟温度巡检仪的硬件设计，本虚拟温度巡检仪首先通过温度传感器（热换开关主机LABVIEW软件数据分析和显示被测信号8路热电偶温度传感器换开关据采集卡前置V放大低通滤波器环境温度前置放大mV高，可就地测量和远传。在工作时，只要与显示仪温度。热电偶可以用来测量-200℃~1600℃范围内的温度，有些热电偶甚至可测2000℃量是一种传统、有效的方法，广大技术工作人员在经验。此课题采用镍铬一镍硅热电偶(K型)其使用温度范围为-200℃~1300℃。大、滤波、线性化等。由于不同传感器有不同的特根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调如同热电偶一样也要产生输出电压—即所谓的参考法和软件补偿。硬件补偿是用一种特殊电路产生热电偶必须有可在所有环境温度下正常工作的专单片集成温度传感器，是电流型集成温度传感器。其温度测量范围为-55℃~150℃,线假设环境温度范围为0℃~50℃,按图5.2所选定的电路参数，该电路的输出灵敏内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）对两输入差值放大后，就可将0℃~50℃的温度输入变换为0—5V的电压输出，即该温+-图5.2冷端温度补偿电路微弱信号都要进行放大以提高分辨率和降低噪-+AD580+5v采集卡-+二阶滤波器信号调理模块应尽可能靠近信号源或传感器，波器，用来滤除噪声。通常还需要抗混叠滤波器，许多传感器对被测量的响应是非线性的，因和参数直接影响着模拟输入的质量，要根据实际需要的精度来选择合适的A/D。转换率、分辨率等因素影响。建立时间和转换率内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）数字I/O通常用来控制过程、产生测试信号、与外设通信等。它的重要参数包括：加热器等用电器，就不必用较高的数据转换率。路电流要小于采集卡所能提供的驱动电流。但加上合应用是在计算机和外设如打印机、数据记录仪等之数，应依据具体的应用场合而选择有合适参数的数字I/O。许多场合都要用到计数器，如定时、产生方信号、计数信号、输出。门限信号实际上是触发信计数器最重要的参数是分辨率和时钟频率，高分辨被测信号分析和显示被测信号在框图中，计算机对数据采集卡发出指令，启动采量。要使计算机系统能够测量物理信号，首先要使电流之类的电信号。通常不能将被测信号直接连接更简单、更强大的编程接口；有DAQ助手，这个驱动程序是由采集卡的供应商提供，用户一般无须模拟信号，数字信号，拥有定时器的功能，同时还具有具有高性能的数据采集与控制功能。对于采集卡的设置测信号的输入方式和被测信号的输入范围设置；我们主内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）了虚拟仪器软件的重要作用。设计虚拟仪器时，一仪器的性能，也决定了是否能将虚拟仪器较传统仪本设计采用模块化设计思想，所谓模块化设择和组合，可以构成不同功能、或功能相同但性能不同、开发中，可以采用模块化设计方法。根据模块化设计的原在软件开发中采用模块化设计方法也满足了系统可不同的功能，只要为新增功能设计出新的模块，新模块会发生冲突，因此将新旧模块再有机地结合起来，就构样软件模块的设计方法也符合系统的经济性要求，正因开发不同模块，提高系统的开发速度，缩短开发周期，虚拟温度巡检仪系统软件设计包括系统安全本虚拟温度巡检仪系统的主程序采用的是模独立的功能模块，各模块内部分别完成确定的任务，模架协议相互联系。为了使各模块之间按照系统的框架协人机交互，设计了提供用户接口的主控程序。在用户通写、查错和测试；有利于程序设计务的划分；模块可以不同的条件下调用。根据阻炉温度控制系统的基本要求即：系统安全管理、温度信号采集、数据处理、数据存内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）报警记录查询报警记录查询系统初始化图6.1温度巡检仪系统软件总体组成框图统运行安全，设计了系统管理模块。只有合法内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）执行用户登录程序首先从user_management数据表中查找是否存在Adminsrator,如uPassword,Privilegefromus内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）本设计中最为重要的就是数据采集模块的设度巡检仪核心部分，数据采集是本系统软件的主要功能，也是其它模块进行数据处理、用数据采集卡采集实测信号时，得到一组离散的信号值示器上逐点显示并连线，即可实现被测信号的实时显示内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）一个A/D，而是大家共用一套A/D，在A/D之前的有一个多路开关（MUX以及放大循环采样的缺点在于不能对多通道同步采样，通道的扫平均分配给每个通道的。因为多路开关要在通道间进行采样信号波形会随着时间变化，产生通道间的时间延迟内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）A/D进行转换。图6-8给出两个通道同在这种方式下，用通道时钟控制通道间的时间间隔内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）微秒、甚至纳秒级的，效果接近于同步扫描。间隔滤波器分为模拟滤波器和数字滤波器，分别处理模拟信号和数字信号，在测试Vl中常使用数字滤波器。数字滤波器的基本工作原理信号的波形或频谱，使有用信号频率分量通过，抑题，尤其是对频率很高或很低的信号进行滤波，这内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）根据滤波要求选择合适的逼近类型，由于本系且要求滤波器在通带内没有波纹，巴特沃斯滤波器许多传感器对被测量的响应是非线性的，因偿传感器带来的误差。线性化采用分段插值算法，分段函数（或测量结果）根据变化的情况分成几段，为了提根据精度要求采用不同的逼近公式。最常用的是线性插内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）yB根据插值条件，应满足：y0=ax0+by1=ax1+b（6—2）由图6.11可看出，插值点x0和x1之间间距越小，那么在这一区间g(x)和f(x)之间内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）标度变换采用线性参数标度变换，因为参数之公式为：tx=(ti+1-ti)xEQ\*jc3\*hps39\o\al(\s\up11(-),1)EQ\*jc3\*hps23\o\al(\s\up4(i),x)i+tii=0.1.2..（6—5）传统的温度测量过程往往需要线性化、标度变换，需同的热电偶需要编写不同的程序，显示温度单位的变化就需要改变程序算的热电偶温度。减少了大量的编程，使程序简单明了，通用性强。一个程将文件写入计算机硬盘时，文件在最底层是以一串二型的存储，对某些特定的数据类型而言，采用特定的文ASCII字节流——如果希望让其他的软件（譬如字处理程序或者内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）数据转换成二进制字符串的格式，还必须清楚内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）代计算机信息系统和应用系统开发的核心技术，数据库统的组成核心，从某种意义来讲，数据库的建设规模、程序实时存取各类数据库的能力，可以轻松地完成对各类数据库的查询，存取等操作。内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）文件虽然操作简单，但每次读取数据总是从初意愿读取某一时间段的数据，读取到数据也不内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）根据需要对某一时间段数据进行访问，因为已经把内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）中断自动控温过程，以确保设备及人员的安全。中超温报警值采用信号灯来实现，即当采样得到波形显示可以提供给用户温度的实时值显示和温内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）图6.25数据显示程序框图报警记录查询查询模块可实现八路历史报警记录数据的查询，人们便可知道那一时刻出现高温报警或低温报警，根据内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）图6.26报警记录查询前面板图6.26报警记录查询程序框图电压；再次是板卡的调试，主要是看输入输出端口连接程序在设计过程中采用模块化设计，所以程序调试温度巡检仪面板发布到网页上，以便客户端远程访问。作为远程监测平台，许远程控制，客户端在面板上点击右键发送请求VI控制，服务器端允许后客户端便可内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）虚拟温度巡检仪检测系统充分利用虚拟仪器件化仪器的许多难以实现的功能。它把以前传统硬件化数据存储能力，实现温度测试数据的大容量存储，改变储或存储能力弱的状态；利用软件工程的思想和面向对思想实现，提高了整个系统的设计与制造速度，增强了速响应性；通过设计仪器的八个测温通道间隔采集功能还可方便地对这些测试数据进行个性化的温度统计分析线性化与标度转换，很好的解决了热电偶线性化问题；楼的温度进行实时检测，能够实现多点测量，监测在特定时间范围内的温度变化趋并在主机界面上显示出来。另外，还可对温度越限产生计算机网络化的飞速发展使网络成为我们生产检测数据与控制方面还有待研究，如何使远程客户内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）感谢我的导师李文涛教授，李老师对我的设感谢大学四年学校里的老师，为我提供的学内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）