大佬介紹測(cè)控系統(tǒng)(二),無(wú)線溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案介紹(下)
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對(duì)于測(cè)控系統(tǒng),大家并非十分了解。為增進(jìn)大家對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),小編曾于前文對(duì)基于LabView的無(wú)線溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案做過部分介紹。在本文中,小編將對(duì)該測(cè)控系統(tǒng)的余下內(nèi)容加以講解。如果你對(duì)本文即將涉及的測(cè)控系統(tǒng)知識(shí)存在興趣,不妨繼續(xù)往下閱讀哦。
測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
1.1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
上位機(jī)軟件采用LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言來(lái)完成控制平臺(tái)的設(shè)計(jì)。LabVIEW提供了一個(gè)非常簡(jiǎn)潔直觀的圖形化編程環(huán)境,設(shè)計(jì)者可以輕松組建測(cè)量系統(tǒng),構(gòu)造友好美觀的操作界面,無(wú)需編寫繁瑣的計(jì)算機(jī)程序代碼,大大簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì),提高開發(fā)效率。
下圖給出了上位機(jī)LabVIEW控制平臺(tái)的溫度監(jiān)控界面(正在進(jìn)行溫度采集顯示時(shí)的界面)。采用模塊化設(shè)計(jì)思想,該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與顯示、數(shù)據(jù)處理與報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及PID控制等模塊組成。用戶通過鼠標(biāo)在界面上操作,便可實(shí)現(xiàn)溫度的采集、顯示、處理、報(bào)警、保存及控制等功能。
(1)數(shù)據(jù)采集與顯示模塊
數(shù)據(jù)采集與顯示模塊主要是通過計(jì)算機(jī)串口及無(wú)線通信模塊接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的溫度數(shù)據(jù),并進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。為了保證計(jì)算機(jī)與單片機(jī)的順利通信,首先應(yīng)進(jìn)行串口初始化,如設(shè)置串口號(hào)COMl、波特率9600、8個(gè)數(shù)據(jù)位、1個(gè)停止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)及流控制。程序運(yùn)行時(shí),單擊“開始采集”按鈕,系統(tǒng)便能接收到單片機(jī)發(fā)送來(lái)的溫度數(shù)據(jù),通過溫度儀表控件顯示當(dāng)前采集到的溫度值。此外,數(shù)據(jù)采集模塊所接收到的是一組離散的溫度信號(hào)值,通過波形圖表顯示控件進(jìn)行逐點(diǎn)顯示并連線,可繪制出溫度趨勢(shì)曲線,拖動(dòng)曲線圖右下方的滑塊,并可查看歷史溫度曲線。
(2)數(shù)據(jù)處理與報(bào)警模塊
數(shù)據(jù)處理主要實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)。單擊系統(tǒng)界面上的“創(chuàng)建直方圖”按鈕,系統(tǒng)便執(zhí)行相應(yīng)程序?qū)囟葦?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),在波形圖控件中顯示溫度直方圖,便于用戶進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
溫度報(bào)警模塊主要實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警和低溫報(bào)警。用戶在系統(tǒng)界面中設(shè)置溫度上下限值,當(dāng)實(shí)際溫度大于溫度上限或小于溫度下限時(shí),系統(tǒng)通過指示燈給出高溫報(bào)警(紅燈亮)或低溫報(bào)警(黃燈亮),提示用戶溫度超限,以確保人員及設(shè)備安全。
(3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主要實(shí)現(xiàn)將采集到的溫度數(shù)據(jù)保存至Excel表格,方便用戶日后調(diào)出歷史溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行查閱分析。首先利用“數(shù)組大小”VI獲取采集到的溫度數(shù)組的大小,并判斷其能否被10整除,若能整除,執(zhí)行“條件結(jié)構(gòu)”的“真”分支程序,將采集時(shí)間及10個(gè)溫度數(shù)據(jù)寫入電子表格文件后換行,然后再進(jìn)行條件判斷。這樣,溫度數(shù)據(jù)便以10個(gè)為l行記錄到電子表格文件中,同時(shí)每一行的開頭均記錄下了采集本組數(shù)據(jù)的日期與時(shí)間。
另外,利用“方法節(jié)點(diǎn)”和“寫入JPEG文件”VI可將溫度曲線以JPEG格式存儲(chǔ)。用戶單擊“保存溫度曲線”按鈕,系統(tǒng)彈出保存對(duì)話框,提示用戶將溫度曲線保存為JPEG圖片。
(4)PID控制模塊
LabVIEW提供了功能強(qiáng)大的PID控制器,使用戶避免了繁瑣的PID算法的編寫,提高開發(fā)效率。進(jìn)行PID控制時(shí),首先將溫度信號(hào)輸入至PID控制器,并輸入溫度設(shè)定值和PID增益,包括比例系數(shù)Kc、積分時(shí)間常數(shù)TI及微分時(shí)間常數(shù)Td。單擊“PID控制”按鈕,程序按照PID算法對(duì)溫度進(jìn)行控制,使溫度逼近設(shè)定值。
1.2 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
P89LV5lRD2單片機(jī)程序采用C語(yǔ)言進(jìn)行設(shè)計(jì)。P89LV51RD2內(nèi)部提供了3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及1個(gè)全雙工串行通信口,滿足本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)要求。下圖給出了單片機(jī)控制程序流程。
在系統(tǒng)初始化時(shí),設(shè)置8位串行口模式1,以及單片機(jī)的定時(shí)器T2工作在波特率發(fā)生器模式,產(chǎn)生串行通信所需的波特率。再令單片機(jī)的定時(shí)器T0工作在定時(shí)器模式,用于產(chǎn)生指定的控制周期。在TO的中斷程序中,首先將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過無(wú)線模塊發(fā)送給上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示,然后上位機(jī)利用LabVIEW中的PID控制器,確定系統(tǒng)輸出控制量的大小并發(fā)送回單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)控制量輸出PWM信號(hào),驅(qū)動(dòng)控制電路對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行溫度控制。
本文設(shè)計(jì)的溫度測(cè)控系統(tǒng)以低功耗的單片機(jī)系統(tǒng)為采集模塊,代替了價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集板卡,成本低,并以LabVIEW開發(fā)的軟件平臺(tái)進(jìn)行溫度處理與控制,與傳統(tǒng)儀器相比,具有界面友好、易于操作及擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)表明,本系統(tǒng)可以作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的一部分,嵌入到虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中,供學(xué)生學(xué)習(xí)LabVIEW編程以及虛擬儀器與單片機(jī)的通信。另外,可以將多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng),形成一個(gè)分布式無(wú)線網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度測(cè)量與控制,具有良好的應(yīng)用前景。
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