貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第I頁目錄摘要.Abstract.IV第一章緒論.11.1引言.11.2課題背景.11.2.1虛擬儀器技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀.11.2.2虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì).21.3虛擬儀器的開發(fā)軟件.41.3.1虛擬儀器的開發(fā)語言.41.3.2圖形化虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)Labview.51.3.3基于Labview平臺(tái)的虛擬儀器程序設(shè)計(jì).61.4本設(shè)計(jì)所做的工作.7第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論及硬件平臺(tái).82.1數(shù)據(jù)采集理論.82.1.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)概論.82.1.2采集系統(tǒng)的一般組成.102.1.3傳感器.102.1.4信號(hào)調(diào)理.102.1.5輸入信號(hào)的連接方式.102.1.6選擇合適的測(cè)量系統(tǒng).122.2PID控制理論.132.2.1控制規(guī)律的選擇.142.3數(shù)據(jù)采集卡的選擇.172.3.1數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo).172.3.2數(shù)據(jù)采集卡(DAQ卡)的組成.182.3.3PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡.182.4PC機(jī).192.5液位控制對(duì)象.20貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第II頁2.6本設(shè)計(jì)的信號(hào)流程圖.22第三章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).243.1程序模塊化設(shè)計(jì)概述.243.1.1軟件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)原則.243.1.2本設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)模塊劃分.263.1.3系統(tǒng)總體程序流程圖.273.1.4設(shè)計(jì)過程中的量程變換.283.2系統(tǒng)各模塊應(yīng)用程序.283.2.1數(shù)據(jù)采集與輸出程序.283.2.2PID控制算法程序.293.2.3數(shù)據(jù)保存程序.293.2.4歷史數(shù)據(jù)讀取程序.30第四章系統(tǒng)軟件的具體實(shí)現(xiàn).314.1系統(tǒng)監(jiān)控界面.314.2實(shí)驗(yàn)步驟及其調(diào)試結(jié)果.314.3歷史數(shù)據(jù)讀取.33第五章總結(jié).34參考文獻(xiàn).36致謝.37附錄.38貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第III頁基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要虛擬儀器VI（VisualInstrument）正在成為當(dāng)今世界流行的一種儀器構(gòu)成方案，它把計(jì)算機(jī)平臺(tái)與具有標(biāo)準(zhǔn)接口的硬件模塊及開發(fā)測(cè)試軟件結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)。虛擬儀器系統(tǒng)利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制，用戶可以自由定義，自由組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件，可以方便的對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展、升級(jí)，因此“SoftisInstruments(軟件就是儀器)的觀念正逐步被人們接受。本設(shè)計(jì)采用PCI-1710多功能數(shù)據(jù)采集卡，運(yùn)用虛擬儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和對(duì)水箱液位進(jìn)行單回路或串級(jí)PID控制，并通過數(shù)據(jù)采集卡輸出控制信號(hào)對(duì)液位信號(hào)實(shí)時(shí)控制等功能。本設(shè)計(jì)是虛擬儀器在測(cè)控領(lǐng)域的一次成功嘗試。實(shí)踐證明虛擬儀器是一種優(yōu)秀的解決方案，能夠高效的實(shí)現(xiàn)各種測(cè)控任務(wù)。關(guān)鍵字：虛擬儀器，液位控制，PCI-1710，PID，Labview貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第IV頁liquid-levelcontrolsystemdesignBasedontheVisualinstrumentAbstractNowadaystheVisualInstrument(VI)isbecomingapopularschemeofinstrumentsconstitution.Itcombinesthecomputerplatformwithstandardinterfacehardwaremodulesanddevelopstestingsoftwaretoformasystem.Utilizingthepowerfulfunctionofcomputersystem,thevisualinstrumentsystemhasdramaticallybrokenthroughthelimitationoftraditionalinstrumentsindataacquisition,processing,displaying,storage,etc.Theusercannotonlyfreelydefineandcombinethecomputerplatform,hardware,softwareandtherequiredaccessoriestocompletesystemfunctions,butalsomakemaintenance,expansionandupgrading.Thereforepeoplegraduallyaccepttheconceptionthatsoftwareistheinstrument.ThisdesignusesthePCI-1710multi-functiondata-acquisitioncardandvisualinstrumenttodevisethecontrolsystemoftheexperimentalwatertanksliquidlevel.Thissystemhasthefunctionsofreal-timedataacquisition,real-timedatadisplayingandstorage,asingle-looporcascadePIDcontrolofthewatertanksliquidlevel.Besides,itcanoutputthecontrolsignalthroughthedata-acquisitioncardtoareal-timecontroloftheliquidlevel,etc.Thisdesignisasuccessfulattemptofthevisualinstrumentsinthetestingandcontrollingfield.PracticeprovesthattheVisualInstrumentisanexcellentsolutiontoefficientlyfulfillvarioustestingandcontrollingtasks.Keywords:Visualinstrument,Liquid-levelcontrol,PCI-1710,PID,Labview貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第1頁第一章緒論1.1引言測(cè)控技術(shù)與儀器實(shí)驗(yàn)室有5套液位控制實(shí)驗(yàn)裝置，但這些控制裝置目前都是用傳統(tǒng)模擬儀表進(jìn)行控制。為了在這些實(shí)驗(yàn)裝置上進(jìn)行開展研究性實(shí)驗(yàn)，必須先將這些實(shí)驗(yàn)裝置改造為由計(jì)算機(jī)進(jìn)行液位檢測(cè)和控制。虛擬儀器VI（VisualInstrument）正在成為當(dāng)今世界流行的一種一起構(gòu)成方案，它把計(jì)算機(jī)平臺(tái)與具有標(biāo)準(zhǔn)接口的硬件模塊及開發(fā)測(cè)試軟件結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)1。工業(yè)液位控制中,常常用到液位控制。在這些控制中，最重要的參數(shù)是液位，因此有必要對(duì)液位控制進(jìn)行自動(dòng)的、實(shí)時(shí)的監(jiān)控。過去通用的方法是由工作人員分班定時(shí)監(jiān)測(cè)液位計(jì)的指示值,將指示值與規(guī)定液位數(shù)值比較,并算出兩者的差值,根據(jù)液位變化大小作出判斷、控制閥門的開度大小。其弊端是定時(shí)查看缺乏實(shí)時(shí)性,不能對(duì)系統(tǒng)中的突發(fā)事件進(jìn)行及時(shí)地處理；不能排除人為發(fā)生錯(cuò)誤的因素,如記錄時(shí)的誤讀和誤記等2。所以,本畢業(yè)設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)一套實(shí)時(shí)、自動(dòng)的液位控制監(jiān)控系統(tǒng)，并充分引入虛擬儀器的概念,使所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰、概念簡單。1.2課題背景1.2.1虛擬儀器技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀虛擬儀器VI（VisualInstrument）正在成為當(dāng)今世界流行的一種一起構(gòu)成方案，它把計(jì)算機(jī)平臺(tái)與具有標(biāo)準(zhǔn)接口的硬件模塊及開發(fā)測(cè)試軟件結(jié)合起來構(gòu)成系統(tǒng)。虛擬儀器在國外已經(jīng)比較成熟了，由于其很強(qiáng)的靈活性，使得該技術(shù)適用于現(xiàn)代復(fù)雜的測(cè)試測(cè)量系統(tǒng)中。近幾年，虛擬儀器技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展勢(shì)也越來越受到重視3。而虛擬儀器系統(tǒng)利用了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)大功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、存儲(chǔ)等貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第2頁方面的限制，用戶可以自由定義，自由組合計(jì)算機(jī)平臺(tái)、硬件、軟件以及完成系統(tǒng)功能所需的附件，可以方便的對(duì)其進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展、升級(jí)，因此“SoftisInstruments(軟件就是儀器)的觀念正逐步被人們接受3?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，也沖擊著國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，也引起了測(cè)量儀器和測(cè)試技術(shù)的巨大變革。自從1986年美國國家儀器公司(NationalInstrumentsCorp，簡稱NI)提出虛擬儀器的概念以后，虛擬儀器由于其性價(jià)比、開放性等優(yōu)勢(shì)迅速地占領(lǐng)了市場(chǎng)。虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，就是利用計(jì)算機(jī)的硬/軟件資源，使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性4。1.2.2虛擬儀器技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器是微電子、通信、計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物。自從1785年庫侖發(fā)明靜電扭秤，1834年哈里斯提出靜電電表結(jié)構(gòu)以來，電測(cè)儀表和電子儀器隨相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步、儀器儀表元器件質(zhì)量的提高和測(cè)量理論方法的改進(jìn)得到飛速發(fā)展。有一種較普遍地說法將測(cè)量儀器的發(fā)展分為五個(gè)階段，如圖1.1所示。模擬儀器虛擬儀器智能儀器數(shù)字儀器電子儀器19世紀(jì)九十年代七十年代20世紀(jì)五十年代圖1.1測(cè)量技術(shù)的發(fā)展從十九世紀(jì)初到二十世紀(jì)末，測(cè)量儀器經(jīng)歷了模擬儀器、電子儀器、數(shù)字儀器、智能儀器等階段，發(fā)展到現(xiàn)在的虛擬儀器。模擬儀器主要有模擬式電壓表、電流表等，這些儀表解決了當(dāng)時(shí)對(duì)某些量的測(cè)量的需求。從二十世紀(jì)初到五十年代左右，測(cè)量儀器的材料性能得到改善出現(xiàn)了電子管，同時(shí)測(cè)量理論和方法與電子技術(shù)、控制技術(shù)相結(jié)合，貴州大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）第3頁出現(xiàn)了以記錄儀和示波器為代表的電子儀表五十年代以后隨著晶體管和集成電路的出現(xiàn)以及應(yīng)用電子技術(shù)的發(fā)展將數(shù)字技術(shù)成功地應(yīng)用到測(cè)量儀器。這時(shí)電子控制集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)開始融為一體成為測(cè)量儀器的主要特征。七十年代初第一片微處理器問世，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)從此發(fā)展迅猛，在其影響下測(cè)量儀器呈現(xiàn)出新的活力并取得了長足進(jìn)步。伴隨微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展及在電工電子測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，測(cè)量儀器也不斷進(jìn)步和發(fā)展，出現(xiàn)了智能儀器。智能儀器是將微機(jī)置于儀器內(nèi)部，使儀器具有控制、存儲(chǔ)、運(yùn)算、邏輯判斷及自動(dòng)操作等智能特點(diǎn)，并在測(cè)量準(zhǔn)確度、靈敏度、可靠性、自動(dòng)化程度、運(yùn)用能力及解決測(cè)量技術(shù)問題的深度和廣度等方面都有明顯的進(jìn)步。這種內(nèi)置微處理器的儀器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試又能完成數(shù)據(jù)處理，可取代部分的腦力勞動(dòng)。隨著電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能儀器的智能水平不斷提高。但是在數(shù)字化儀器、智能儀器階段基本上沒有擺脫傳統(tǒng)儀器那種獨(dú)立使用、手動(dòng)操作的模式，難以勝任更復(fù)雜、多任務(wù)的測(cè)量需求。為解決這樣的問題，總線式儀器與系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。人們發(fā)明制造出CAMAC、RS-232和GPIB等多種儀器通訊接口總線，用于將多臺(tái)智能儀器連在一起，以構(gòu)成更復(fù)雜的測(cè)試系統(tǒng)。1982年美國西北儀器公司總裁德伯克提出了微機(jī)化儀器的概念，也就是人們現(xiàn)在常提到的卡式儀器?？ㄊ絻x器是虛擬儀器的雛形，是將傳統(tǒng)獨(dú)立式儀器的測(cè)量電路部分與接口部分集合在一起制成儀器功能卡，