粮仓的监控系统设计.doc

1、沈阳航空航天大学课程设计 粮仓的监控系统设计目 录0.前言21系统总体方案设计32. 系统硬件设计42.1 传感器42.3 数据采集卡的选用43. 系统软件设计53.1 数据采集程序53.2 超限报警并动作53.3数据保存程序64运行结果及分析95.结论106. 参考文献107. 课设体会11粮仓的监控系统设计摘要：温湿度检测在科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门得到了广泛的应用，因此设计简单方便的温湿度控制系统具有十分重要的意义。本文采用NI-6024-E传统数据采集卡，运用虚拟仪器及其相关技术来设计多通道数据采集。该系统具有数据同时采集、采集数据实时显示、保留数据、按日查

2、询、并显示历史曲线以及超限报警并动作等功能。关键字：多通道数据采集；实时显示；保留数据；按日查询；历史曲线；超限报警并动作。0.前言虚拟仪器是全新概念的最新一代测量仪器。自1987年诞生以来，这一技术与前几代测量仪器相比，以前所未有的速度迅猛发展。LabVIEW是一种图形化的编程语言和开发环境，是一个功能强大并且灵活的软件，利用它可以方便的建立自己的虚拟仪器。使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。LabVIEW尽可能利用工程技术人员熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终用户的开发工具，可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力，可以为实现仪器编程和数据

3、采集等系统提供便捷途径。虚拟仪器的功能与计算机技术同步发展。这是因为计算机是虚拟仪器的核心设备，该仪器的功能是通过软件的仿真实现的。它将传统仪器由硬件电路实现的数据分析处理与显示功能，改由功能强大的计算机来执行，所以计算机是其核心；当计算机与适当的I/O接口设备配置完毕，虚拟仪器的硬件平台就被确定，以后软件就成为仪器的关键部分，这也是“软件就是仪器”之说的来由。这意味着只要按照测量原理，采用适当的信号分析技术与处理技术，编制某种测量软件就可构成该功能的测量仪器。以LabVIEW为代表的图形化语言，有称为“G”语言。它能够以其直观简便的编程方式、众多的源码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功

4、能支持，为用户快捷地构筑自己在实际生产中所需要的仪器系统创造了基础条件，是一种通用的编程系统，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有目前十分热门的网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。此外利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，能脱离LabVIEW环境运行,像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本，这给发

5、布应用程序带来了极大的方便随着计算机技术的迅速发展，虚拟仪器正逐渐成为测试领域的发展方向。虚拟仪器的概念是由美国NI公司提出来的，是指在通用的计算机平台上，用户根据自己的需求定义和设计具有测试功能的仪器系统，即虚拟仪器是由用户利用一些基本硬件及软件编程技术组成的各种各样的仪器系统。虚拟仪器的三大主要功能是：数据采集；数据测试和分析；结果输出显示。数据采集是一切测试测量过程的第一步。目前，有很多的传统电子仪器已有相应的替代产品，而且还出现不少全新的仪器类型和测试系统体系。在科学技术高速发展的今天，如何用简单便宜，性能良好的元器件制造出对人类生活有用的产品，已经成为人们研究的主要趋势。1系统总体方

6、案设计本系统有硬件和软件两大部分做成，其中硬件是基础，软件是核心。系统的硬件主要由温湿度传感器、数据采集卡、计算机等各部分组成。根据任务要求，基于LabVIEW的温湿度控制系统设计包含以下部分:虚拟输入、数据采集、数据存储、数据查询、超限报警等电路设计及其他附属功能的设计。虚拟仪器前面板的设计美观大方、操作方便，后面板的设计简洁、布线合理、功能完善。本设计采用虚拟仪器技术搭建基于LabVIEW软件开发平台设计的温湿度控制系统结构图如图1所示。数据存储电路温度传感器1被测对象数据采集电路 超限报警信号调理 电路 温度传感器3 历史查询湿度传感器图1 系统的主程序框图2. 系统硬件设计2.1 传感

7、器 传感器部分是跟外界沟通的门户，负责把外界的各种物理信息，如：光、压力、温度、湿度、声音等物理信号变成电信号。因为本系统中被测信号的输入采用虚拟输入，所以传感器部分在设计中没有得到具体的体现，但是这部分是设计过程中必须要考虑的。2.2信号调理电路从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波等。由于不同传感器有不同的特性，除通用功能外，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。本设计中对输入的信号进行了放大操作，以提高分辨率和降低噪声，使调理后的信号的电压范围和A/D的电压范围相匹配。如图2。图2 信号调理电路2.3 数据采集卡的选用数据

8、采集卡的性能与众多因素相关，根据具体情况而定。所以在数据采集卡构成系统时，首先必须对数据采集卡的性能有所了解。例如采样频率、采样方法、分辨率、电压动态范围、I/O通道数数等。本系统中采用NI-6024-E数据采集卡采用传统DAQ驱动程序进行数据多通道采集。3 系统软件设计3.1 数据采集程序根据任务要求，要对2个温度，1个湿度进行多通道数据采集。本设计是运用传统DAQ进行的，在这部分中，主要是采集参数设置，其中包括物理通道的选择、采样模式、采样率、输入方式配置等。具体程序见图3图3数据采集程序图3.2 超限报警并动作这部分程序采用Case Structure 条件分支结构，温湿度上下限由用户自

9、行编写。经信号调理电路放大后，与温湿度阈值想比较，当温度超过温度上限时温度报警指示从而判断条件为真风扇会打开否则风扇会关闭。与此相同当湿度超过湿度上限时湿度报警指示从而判断条件为真或者为假进而控制天窗打开或者关闭。具体程序如图4图4 超限报警动作程序图3,3数据保存程序数据保存程序是把采集来的数据保存到指定文件里。在本次设计中由于采集的是波形所以使用写入波形至文件函数，同时采用格式化时间函数将时间字符串一同写入指定文件。写入波形至文件函数如图5，格式化日期时间字符串（函数）如图6，具体数据保存程序如图7图5 写入波形至文件图6 格式化日期时间字符串（函数）图7数据存储程序图3.4数据查询显示历

10、史曲线这部分采用事件结构，事件结构（Event Structure）具有同时响应多重选择能力，例如，单击鼠标的同时又移动鼠标，这时两个事件同时发生，而事件结构（Event Structure）结构能同时响应这两个事件。而传统的选择结构(Case Structure)没有这个能力,它只能一次接受并响应一个选择。事件结构（Event Structure）能够响应两种类型的事件:通知(Notify)事件和过滤(Filter)事件。事件结构（Event Structure） 位于Function 模板 Structure子模板中,如图6示，图中Structure 子模板中带有“e”字的代码框即Even

11、t Structure，其创建方法与其它构相同。图8 事件结构（Event Structure）事件结构（Event Structure）图标和端口介绍事件结构（Event Structure）图标如图7示，超时端口用于连接一个具体数值，用于指定等待事件的毫秒数，默认值是 -1，即无限等待。如果设置了处理超时事件的子图形代码框，那么在事件发生之前超时的话, LabVIEW 就会产生一个超时事件。事件数据端口用于访问事件数据,事件数据端口的数目依据事件的多少及其类型而定。事件选择标签用于指定和显示当前响应的是哪一个事件。在该图标的快捷菜单中选择Add Event Case可以添加多个子图形代码框

12、。图形代码框中用于放置事件响应后所要执行的代码，如图9示。图9事件结构（Event Structure）图标（注：1为超时端口，2为事件数据端口，3为事件选择标签） 当数据采集部分停止后可以在查询窗口按时间查询历史曲线。历史查询窗口如图10，具体程序如图11.图10历史查询窗口如图11历史查询程序图4运行结果及分析VI运行时，前面板实时显示温湿度波形，并包含报警提示，当数据采集停止时可通过历史查询窗口查询历史温湿度曲线。如图12所示。系统响应速度快，性能良好，基本符合设计要求。图12 系统运行结果5.结论通过本次课程设计“粮仓的监控系统设计”采用NI-6024-E数据采集卡，基于LabVIEW

13、的发平台，进行多通道数据采集实现了2温度1个湿度的虚拟仪器系统，实现了温湿度的实时显示，并将结果以曲线的形式显示在前面板，同时还实现了对历史数据的存储调用。与传统仪器相比较，界面友好，操作方便、直观、自动化程度高等特点6 参考文献1蔡建安 陈洁华 基于LabVIEW的工程软件应用 重庆大学出版社 20062侯国屏. LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计.北京：清华大学出版社，2007.3刘君华等.基于 LabVIEW的虚拟仪器设计. 北京: 电子工业出版社,20034王海宝等. LabVIEW虚拟仪器程序设计与应用. 四川: 西南交通大学出版社 社. 20055张易知等.虚拟仪器的设计与实现

14、.西安:西安电子科技大学出版社，20027 课设体会虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器技术的发展方向。而LabVIEW 是世界上最优秀的虚拟仪器软件开发平台。据统计，使用LabVIEW 开发虚拟仪器比使用基于文本的语言开发效率可以提高10-15倍，程序的执行速度却几乎不受影响；同时在信号处理等方面的强大功能方面是组态软件不可比拟的。同时虚拟仪器又是一个模糊的概念，例如在程序设计的时候很难找到控件，在参数设置的时候，又很难像在连接实物图那样清楚参数的大小，单位等。总体来说，我们还是非常的依赖它那强大的功能。本次课程设计根据题目的要求设计了一个基于LabVIEW的粮仓的温湿度控制系

15、统，通过仔细的查找资料，基本完成了课程设计的要求。尽管在课程设计的过程中遇到了一些困难和问题，都在指导老师的耐心指导下一一解决。实现了课程设计的任务要求，收获颇多。特别是自己在设计系统的时候，实现了课程设计的要求，很有成就感。系统的工作过程在计算机上实现，把原来以为很深奥的书本知识变的更为简单，对实验原理有更深的理解。其次，通过系统调试，将理论进一步与实践相结合，对该理论在实践中的应用有了更深一步的理解。同时，通过该课程设计，把死板的课本知识变得生动有趣，激发了学习的积极性。把学过的知识强化，能够把课堂上学的知识通过自己设计的程序表示出来，加深了对理论知识的理解。 附录 实验原理图图13 程序原理图图14 前面板窗口 第11页