傳感器綜合應(yīng)用1

機(jī)電類(lèi)

《自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用》教材配套多媒體課件統(tǒng)一書(shū)號(hào)：ISBN978-7-111-34300-4配套教學(xué)網(wǎng)站：或（共13章，第十三章上）2012年7月版3/5/20241第十三章傳感器在現(xiàn)代

檢測(cè)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用

本章介紹傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用，以及如何組成測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)、虛擬儀器、LabVIEW、DAQ等在檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用作了介紹。并簡(jiǎn)單介紹檢測(cè)系統(tǒng)中常用的硬件。3/5/2024213.1現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)13.2基于虛擬儀器的檢測(cè)系統(tǒng)傳感器在汽車(chē)中的應(yīng)用、傳感器在數(shù)控機(jī)床中的應(yīng)用、傳感器在機(jī)器人中的應(yīng)用、傳感器在智能樓宇中的應(yīng)用：見(jiàn)十三章（下）第十三章傳感器在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用

目錄進(jìn)入進(jìn)入3/5/20243傳感器在控制系統(tǒng)中的綜合應(yīng)用舉例一個(gè)現(xiàn)代化火力發(fā)電廠需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，來(lái)快速地測(cè)量鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)上許多重要部位的溫度、壓力、流量、液位、燃燒狀況、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)、位移、應(yīng)力等熱工、機(jī)械參數(shù)，還必須測(cè)量發(fā)電機(jī)的電壓、電流、功率、功率因數(shù)以及各種輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，然后進(jìn)行綜合處理，將各被監(jiān)測(cè)的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)字或模擬顯示，自動(dòng)調(diào)整運(yùn)行工況，對(duì)某些超限參數(shù)進(jìn)行聲光報(bào)警或采取緊急措施。在上述這個(gè)系統(tǒng)中，需要數(shù)百個(gè)不同的傳感器將各種機(jī)械、熱工量轉(zhuǎn)換成電量，供計(jì)算機(jī)采樣、運(yùn)算和記錄。

3/5/20244現(xiàn)代化火力發(fā)電廠及其控制系統(tǒng)火力發(fā)電廠控制室火力發(fā)電廠機(jī)組汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁機(jī)3/5/20245第一節(jié)現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)可分為三種基本結(jié)構(gòu)體系（智能儀器、.個(gè)人儀器、自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)）

1.智能儀器：將諸如微處理器、存儲(chǔ)器、接口等芯片與傳感器融合在一起，可組成智能儀器。它有專(zhuān)用的小鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)、按鍵及顯示屏等，多使用匯編語(yǔ)言，體積小，專(zhuān)用性強(qiáng)。3/5/20246智能傳感器的硬件結(jié)構(gòu)圖3/5/20247智能傳感器的特點(diǎn)“IntelligentSensor”或“SmartSensor”稱(chēng)為智能傳感器，就是帶微處理器、兼有信息檢測(cè)和信息處理功能的傳感器，具有類(lèi)似于人工智能的作用。它將微處理器、存儲(chǔ)器、接口芯片與傳感器融合在一起，組成的檢測(cè)系統(tǒng)，有專(zhuān)用的小鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)、按鍵及顯示器（如數(shù)碼管）等，多使用匯編語(yǔ)言，體積小，專(zhuān)用性強(qiáng)，性?xún)r(jià)比高。

3/5/20248智能儀器的單片機(jī)芯片及模塊

51系列單片機(jī)芯片3/5/20249智能儀器的數(shù)字信號(hào)處理DSP芯片

3/5/20241051系列單片機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊

3/5/202411各種智能儀器

最低溫度最高溫度手持式頻譜儀和示波器3/5/2024122.個(gè)人儀器個(gè)人儀器又稱(chēng)個(gè)人計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。它是以個(gè)人計(jì)算機(jī)（必須符合工控要求）配以適當(dāng)?shù)挠布娐放c傳感器組合而成的檢測(cè)系統(tǒng)。組裝個(gè)人儀器時(shí)，將傳感器信號(hào)傳送到相應(yīng)的接口板（或接口盒）中，再將接口板插到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中，或?qū)⒔涌诤械腢SB插頭插入計(jì)算機(jī)相應(yīng)的插座上，編寫(xiě)相應(yīng)的軟件就可以完成自動(dòng)檢測(cè)功能。

3/5/202413個(gè)人儀器的硬件結(jié)構(gòu)框圖利用個(gè)人計(jì)算機(jī)本身所具有的完整配置來(lái)取代智能儀器中的微處理器、開(kāi)關(guān)、按鍵、顯示數(shù)碼管、串行口、并行口等，充分利用了個(gè)人計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，并保留了個(gè)人計(jì)算機(jī)原有的許多功能。傳感器信號(hào)送到相應(yīng)的接口板上，再將接口板插到工控機(jī)總線擴(kuò)展槽中或?qū)Ｓ玫慕涌谙渲?，配以相?yīng)的軟件就可以完成自動(dòng)檢測(cè)功能。開(kāi)發(fā)者的重點(diǎn)在于程序的編寫(xiě)。3/5/202414一體化工作站

平板式工作站（帶觸摸屏）軍用便攜式工作站3/5/202415一體化工作站（續(xù)）

3/5/202416工業(yè)計(jì)算機(jī)（工控機(jī)）機(jī)箱

工控機(jī)的抗電磁干擾能力、防振、防潮、防塵能力均較強(qiáng)，有較多的擴(kuò)展槽，它的電源系統(tǒng)有較好的抗電磁干擾能力。雖然工控機(jī)的價(jià)格比個(gè)人電腦貴，但可靠性強(qiáng)得多，性能價(jià)格比高，適合在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件較惡劣的場(chǎng)合使用。3/5/202417工業(yè)級(jí)底板底板上的擴(kuò)展槽用于插接各種數(shù)據(jù)采集卡PCI擴(kuò)展槽ISA擴(kuò)展槽3/5/202418各種數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡ISA數(shù)據(jù)采集卡的插腳間隔為2.54mm（0.1英寸）3/5/202419各種數(shù)據(jù)采集卡（續(xù)）PCI數(shù)據(jù)采集傳輸卡3/5/202420ISA槽與PCI槽的外形區(qū)別ISA槽PCI槽將功能卡插到ISA槽中功能卡的鍍金腳3/5/202421端子板與功能卡的連接端子板作為功能卡的擴(kuò)展附件，用于連接傳感器信號(hào)光耦25芯排線數(shù)據(jù)鎖存器去計(jì)算機(jī)ISA槽傳感器信號(hào)線接線端子3/5/202422端子板與功能卡的連接37芯排線端子板PCI數(shù)據(jù)采集、控制卡傳感器信號(hào)線接線端子輸出信號(hào)接線端子去計(jì)算機(jī)PCI槽3/5/202423其他端子擴(kuò)展板

34芯排線插座37芯排線插座3/5/202424USB

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)卡（盒）USB數(shù)據(jù)采集電纜數(shù)據(jù)接線端子3/5/202425數(shù)據(jù)采集便攜式工控整機(jī)

3/5/202426筆記本電腦數(shù)據(jù)采集整機(jī)

信號(hào)從USB

端口輸入3/5/202427筆記本電腦數(shù)據(jù)采集

USB接口盒及信號(hào)電纜利用USB擴(kuò)展分線器可配接多個(gè)接口盒信號(hào)輸入3/5/202428USB接口卡及USB電纜3/5/202429嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器信號(hào)采集卡可多層疊合，插入到嵌入式計(jì)算機(jī)的總線接口中，就可以構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。3/5/202430各種嵌入式計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡3/5/202431自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)是以工控機(jī)為核心，以標(biāo)準(zhǔn)接口總線為基礎(chǔ)，以可程控的多臺(tái)智能儀器為下位機(jī)組合而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。一個(gè)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以通過(guò)各種標(biāo)準(zhǔn)總線成為其它級(jí)別更高的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的子系統(tǒng)。許多自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以作為服務(wù)器工作站加入到Intern網(wǎng)絡(luò)中，成為網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試子系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)試等。3/5/202432自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的原理框圖以工控機(jī)為核心,以標(biāo)準(zhǔn)總線接口為基礎(chǔ),以可程控的多臺(tái)智能儀器為下位機(jī)組合而成的一種現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)。在現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)中，往往要安裝上百個(gè)傳感器，都通過(guò)各自的通用接口總線,與上位機(jī)連接。上位機(jī)利用測(cè)試軟件,對(duì)每一臺(tái)智能儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)，控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。許多自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)還可以作為服務(wù)器工作站,加入到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)試.3/5/202433網(wǎng)絡(luò)化儀表示意圖工業(yè)總線

3/5/202434網(wǎng)絡(luò)化儀表工業(yè)總線

局域網(wǎng)3/5/202435

鋼廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)例3/5/202436

糧食溫濕度測(cè)控系統(tǒng)實(shí)例上位機(jī)(內(nèi)插CAN通信卡)溫度分線器CAN總線通風(fēng)機(jī)械測(cè)濕探頭測(cè)溫電纜智能分機(jī)通風(fēng)控制器濕度分線器3/5/202437測(cè)溫電纜測(cè)溫電纜多采用數(shù)字式溫度傳感器，還包括導(dǎo)線、抗拉鋼絲繩及護(hù)套組成的。測(cè)溫電纜內(nèi)包含一組溫度傳感器，有些能監(jiān)測(cè)到整個(gè)被測(cè)區(qū)域最高的溫度。不論包含多少個(gè)溫度傳感器芯片，內(nèi)芯線只需2~3條總線。在傳感器位置，有突出的保護(hù)節(jié)，間隔幾米，計(jì)算機(jī)能確定溫度異變的區(qū)域。測(cè)溫電纜可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)定多地點(diǎn)、大范圍溫度群，可以應(yīng)用于各類(lèi)倉(cāng)儲(chǔ)業(yè)、農(nóng)業(yè)、礦業(yè)、隧道、供電電纜等。3/5/202438帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介一、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能1.性能價(jià)格比高；2.設(shè)計(jì)靈活性高；3.操作方便；4.有強(qiáng)大的運(yùn)算功能；5.具有記憶功能；6.有自校準(zhǔn)功能；7.能進(jìn)行自動(dòng)故障診斷。3/5/202439二、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程

巡回檢測(cè)概念:

計(jì)算機(jī)首先向多路采樣開(kāi)關(guān)陣列的選通地址譯碼器寫(xiě)入準(zhǔn)備采樣的傳感器地址，由譯碼器接通該地址對(duì)應(yīng)的采樣開(kāi)關(guān)，所要采樣的信號(hào)被連接到放大器，放大后的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，計(jì)算機(jī)通過(guò)數(shù)據(jù)總線接受該數(shù)字信號(hào)。一個(gè)采樣點(diǎn)采樣結(jié)束后，計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)而發(fā)送第二個(gè)采樣地址，對(duì)第二個(gè)傳感器采樣，直至全部被測(cè)點(diǎn)均被采樣完畢為止。計(jì)算機(jī)不可能在同一時(shí)刻讀取所有傳感器來(lái)的信號(hào)，而是分時(shí)但快速地輪流讀取所有的被測(cè)量，這種采樣方式稱(chēng)為“巡回檢測(cè)”。3/5/2024408通道巡回檢測(cè)數(shù)據(jù)采集器8個(gè)傳感器信號(hào)輸入端口3/5/202441信號(hào)噪聲的濾波電路許多檢測(cè)系統(tǒng)都用于慢速變化的非電量測(cè)量，例對(duì)如溫度和壓力傳感器的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣。在許多情況下，傳感器噪聲會(huì)使原本緩慢波動(dòng)的數(shù)據(jù)跳動(dòng)不止。為了降低高頻噪聲，經(jīng)常會(huì)在傳感器和采樣模/數(shù)轉(zhuǎn)換器級(jí)之間接一個(gè)模擬RC低通濾波器。但是，要獲得分鐘級(jí)的時(shí)間常數(shù)，就需要非常大的R、C值，而不易做到。

3/5/202442簡(jiǎn)易數(shù)字濾波技術(shù)在工業(yè)中經(jīng)常采用如下軟件抗干擾技術(shù)：對(duì)存在干擾和隨機(jī)誤差的信號(hào)進(jìn)行等準(zhǔn)確度快速多次采樣，然后先舍去不穩(wěn)定的第一個(gè)采樣值，再舍去若干個(gè)最大值和最小值，將余下的幾個(gè)中間值求算術(shù)平均值，該算術(shù)平均值可以認(rèn)為是排除了干擾后的較正確的結(jié)果，這種方法有時(shí)也被稱(chēng)為簡(jiǎn)易數(shù)字濾波。

3/5/202443三、檢測(cè)系統(tǒng)中的幾種重要部件

1.采樣開(kāi)關(guān)

1）干簧繼電器：干簧繼電器主要由驅(qū)動(dòng)線圈和干簧管組成，驅(qū)動(dòng)線圈繞在干簧管外面。當(dāng)線圈通以額定電流后，干簧管中的兩根常開(kāi)彈簧片互相吸引而吸合。它的耐壓較高，額定電流較大，導(dǎo)通電阻接近零。耗電較大、速度較慢是干簧繼電器的主要缺點(diǎn)。干簧管干簧繼電器3/5/202444

(2)CMOS模擬采樣開(kāi)關(guān)

模擬采樣開(kāi)關(guān)切換對(duì)象是多路模擬信號(hào)。它的控制端處于“有效”狀態(tài)時(shí)，內(nèi)部的P溝道MOS管或N溝道MOS管導(dǎo)通，模擬開(kāi)關(guān)處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通電阻約幾歐至幾百歐（視型號(hào)而定）。當(dāng)控制端處于“無(wú)效”狀態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)截止，截止電阻大于108Ω。其優(yōu)點(diǎn)是集成度高，動(dòng)作快（小于1

s）、耗電省等。缺點(diǎn)是有一定的導(dǎo)通電阻、各通道間有一定的漏電、擊穿電壓低、易損壞等。

3/5/2024452.放大器從傳感器來(lái)的信號(hào)有許多是毫伏級(jí)的微弱信號(hào)，須經(jīng)放大才能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)對(duì)放大器的主要要求是：準(zhǔn)確度高、溫漂小、共模抑制比高、頻帶寬至直流。目前常用的放大器有以下幾種型式：一種是高準(zhǔn)確度、低漂移的雙極型放大器；另一種為隔離放大器，它帶有光電隔離或變壓器隔離的低漂移信號(hào)放大器，以及一個(gè)高隔離度的DC/DC電源。3/5/202446精密隔離放大器舉例

線性誤差：小于0.01%

輸入阻抗：1MΩ

隔離度：2500V/50Hz/1min

工作溫度：-10℃～+60℃3/5/202447隔離電源精密隔離放大器電路框圖3/5/202448精密隔離放大器舉例（續(xù)）

導(dǎo)軌安裝式3/5/202449隔離放大器用的隔離電源

典型技術(shù)指標(biāo)：封裝：SIP、DIP

（符合UL94-V0標(biāo)準(zhǔn)）；電壓準(zhǔn)確度：±1%；工作溫度：-40～+85℃；效率：80%Min（滿(mǎn)載)；隔離電壓：1500VDC；80mVp-pMax；輸出紋波/噪聲（20MHz帶寬)；功率：0.1W～2W（可選）3/5/2024503.A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）

放大器放大后的模擬信號(hào)必須進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換才能由計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。目前采用較多的A/D轉(zhuǎn)換器有兩大類(lèi)：一類(lèi)是并行A/D轉(zhuǎn)換器，另一類(lèi)是串行A/D轉(zhuǎn)換器。在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，又有逐位比較型和雙積分型之分。前者轉(zhuǎn)換速度較快，有8位、12位、16位等規(guī)格。位數(shù)越高，準(zhǔn)確度也越高，但價(jià)格也相應(yīng)提高；后者轉(zhuǎn)換速度較慢（每秒10次左右），不太適合巡回檢測(cè)系統(tǒng)，常見(jiàn)的有3位半、4位半等規(guī)格。

3/5/202451A/D轉(zhuǎn)換器的光耦合接口電路

3/5/2024524.D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）與接口電路

計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號(hào)經(jīng)常必須轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，才能用于工業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程控制。它的輸入是計(jì)算機(jī)給出的數(shù)字量，它的輸出是與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的電壓或電流。如果在計(jì)算機(jī)與D/A之間插入多路光耦合器就能較好地防止工業(yè)控制設(shè)備干擾計(jì)算機(jī)的工作。如果使用多路采樣保持器，只要使用一只D/A即可進(jìn)行多路D/A轉(zhuǎn)換。

3/5/202453

D/A轉(zhuǎn)換器的光耦接口電路

4~20mA3/5/202454可編程序控制器中的傳感器接口板

傳感器與PLC的聯(lián)系主要是輸入接口。不同的“I/O模板”與各種不同的傳感器配套：

模擬量輸入模板、開(kāi)關(guān)量輸入模板、溫度輸入控制模板等。用戶(hù)只須按照說(shuō)明書(shū)選購(gòu)不同功能的模板即可構(gòu)成完整的自動(dòng)檢測(cè)控制系統(tǒng)。

三菱系列可編程控制器西門(mén)子系列可編程控制器3/5/202455PLC的模擬量輸入模板接線舉例熱敏電阻與模擬輸入模塊的四線連接圖3/5/202456可編程序控制器中的光耦接口電路

PLC的開(kāi)關(guān)量輸入電路

1—現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)盒2—傳輸線3—電源4—光耦合器

請(qǐng)分析工作過(guò)程：當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)S（例如行程開(kāi)關(guān)）閉合時(shí)，反相器IC2的輸出是高電平還是低電平？LED亮還是暗？3/5/202457PLC中的開(kāi)關(guān)量傳感器接口電路

PLC的低電平有效無(wú)源輸入電路

3/5/202458PLC中的開(kāi)關(guān)量傳感器接口電路（續(xù)）PLC的高電平有效有源輸入電路

3/5/202459五、帶計(jì)算機(jī)的檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例1.陶瓷隧道窯溫度、壓力監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)涉及熱工參數(shù)的測(cè)量，它采用工控機(jī)。該系統(tǒng)將巡回?cái)?shù)據(jù)采集電路及控制電路裝在獨(dú)立的接口箱中，接口箱中有定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、并行輸入／輸出接口等，接口箱與主機(jī)之間通過(guò)并行接口插卡與計(jì)算機(jī)通信。

3/5/202460隧道窯外形3/5/202461隧道窯計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)框圖

3/5/2024622.智能化流量積算儀

使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，將一次儀表送來(lái)的瞬時(shí)流量q對(duì)時(shí)間t作積分，求出流量累積總量q總：也可將短暫時(shí)段ti與該時(shí)段的瞬時(shí)流量qi的平均值相乘，并對(duì)乘積進(jìn)行累加，從而得到累積流量：

3/5/202463智能化流量積算儀原理智能化流量積算儀采用差壓法測(cè)量瞬時(shí)流速，因此必須首先測(cè)出差壓⊿p。由于溫度和壓力會(huì)引起流體的密度的變化，有時(shí)還需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償和壓力補(bǔ)償，所以必須測(cè)出流體的溫度和壓力。如果使用熱電偶，還必須測(cè)量熱電偶的冷端（室溫）溫度。上述四種信號(hào)先由標(biāo)準(zhǔn)的一次儀表轉(zhuǎn)換為4~20mA的電流信號(hào)，經(jīng)信號(hào)傳輸線傳送到本積算儀的輸入端，再用取樣電阻（250.０Ω）轉(zhuǎn)換成４個(gè)低內(nèi)阻的1~5V電壓信號(hào)：U⊿p、Up、Ut、Uto。上述四個(gè)電壓信號(hào)按順序輪流通過(guò)采樣繼電器K1~K2傳送至模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，再經(jīng)光耦，由單片機(jī)計(jì)算出累積流量。3/5/202464智能化流量積算儀原理框圖

3/5/202465智能化流量積算儀的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

單片機(jī)必須將瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間作積分運(yùn)算，本項(xiàng)目中，單片機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間段（例如1s）內(nèi)，對(duì)V/F轉(zhuǎn)換器輸出的脈沖數(shù)進(jìn)行累加計(jì)數(shù)，就可以達(dá)到近似于積分的目的。為了顯示累計(jì)結(jié)果，一般必須設(shè)置6位或更多的數(shù)碼管。為了選擇顯示噸、或千克、或立方米等不同的單位，也為了選擇顯示瞬時(shí)流量還是累計(jì)流量，積算儀面板上還必須設(shè)置選擇按鍵，由單片機(jī)讀取不同的選擇方式，并在數(shù)碼管的右邊顯示出相應(yīng)的單位。使用多只光耦，能將左邊的傳感器回路及繼電器與右邊易受干擾的單片機(jī)回路隔離開(kāi)來(lái)。3/5/2024663.傳感器在模糊控制洗衣機(jī)中的應(yīng)用

所謂模糊控制系統(tǒng)是模擬人智能的一種控制系統(tǒng)。它將人的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和判斷力作為控制規(guī)則，根據(jù)諸多復(fù)雜的因素和條件作出邏輯推理去影響控制對(duì)像。模糊洗衣機(jī)能自動(dòng)判斷衣物的數(shù)量（重量）、布料質(zhì)地（粗糙、軟硬）、骯臟程度來(lái)決定水位的高低、洗滌時(shí)間、攪拌與水流方式、脫水時(shí)間等，將洗滌控制在最佳狀態(tài)。不但使洗衣機(jī)省電、省水、省洗滌劑，又能減少衣物磨損。

3/5/202467模糊洗衣機(jī)的模糊推理3/5/202468模糊控制洗衣機(jī)中的傳感器

1－脫水缸（內(nèi)缸）2－外缸3－外殼4－懸吊彈簧(共4根)5－水位傳感器6－布量傳感器7－變速電動(dòng)機(jī)8－帶輪9－減速、離合、剎車(chē)裝置10－排水閥11－光電傳感器3/5/202469第二節(jié)基于虛擬儀器的檢測(cè)系統(tǒng)虛擬儀器的概念是美國(guó)國(guó)家儀器公司（NI）于1986年提出的。它引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以進(jìn)入儀器領(lǐng)域，從而開(kāi)創(chuàng)了“軟件就是儀器”（TheSoftwareistheInstrument）的先河。虛擬儀器（VI）是指：在以通用計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，用途由用戶(hù)自己定義的、測(cè)試功能由測(cè)試軟件實(shí)現(xiàn)的、具有虛擬面板的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器、頻譜分析儀等?；啬夸?/5/202470虛擬儀器的特點(diǎn)

1）突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制，增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。2）實(shí)現(xiàn)了部分儀器硬件的軟件化，增加了系統(tǒng)的靈活性；可實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析與處理；通過(guò)圖形用戶(hù)界面技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了界面友好、人機(jī)交互。

3）基于計(jì)算機(jī)總線，硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系列化，大大縮小了系統(tǒng)尺寸。

4）基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)，廣泛支持諸如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各種工業(yè)總線標(biāo)準(zhǔn)，可方便地構(gòu)建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量、控制過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)化。

3/5/202471虛擬儀器用PC機(jī)＋儀器板卡→代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器

用計(jì)算機(jī)軟件→代替硬件分析電路3/5/202472虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的性能比較

傳統(tǒng)儀器虛擬儀器功能由儀器生產(chǎn)廠家定義功能由用戶(hù)定義與其他設(shè)備連接受限可方便地連接到網(wǎng)絡(luò)及其他外圍設(shè)備圖形界面小，信息量小全漢化圖形界面，信息量大信號(hào)電纜和開(kāi)關(guān)多，操作復(fù)雜采用虛擬旋鈕，故障率低，有操作保護(hù)系統(tǒng)封閉，功能固定，擴(kuò)張性低系統(tǒng)開(kāi)放、靈活，可構(gòu)成多種儀器測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)測(cè)試系統(tǒng)開(kāi)發(fā)時(shí)間短數(shù)據(jù)無(wú)法編輯數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印硬件是關(guān)鍵，必須由專(zhuān)業(yè)廠家升級(jí)軟件是關(guān)鍵，升級(jí)方便儀器間一般無(wú)法通用，昂貴儀器之間利用率高，整體價(jià)格相對(duì)便宜技術(shù)更新慢（周期為5～10年）軟件技術(shù)更新快（周期為1～2年）開(kāi)發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高基于軟件體系的開(kāi)發(fā)和升級(jí)，費(fèi)用較低3/5/202473虛擬儀器結(jié)構(gòu)框圖

傳統(tǒng)儀器由信號(hào)采集、信號(hào)處理、結(jié)果表達(dá)以及儀器控制等4部分組成，大多是用電子線路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在虛擬儀器中，信號(hào)采集和A/D、D/A轉(zhuǎn)換仍由硬件實(shí)現(xiàn)，而信號(hào)處理和結(jié)果表達(dá)用軟件實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器通常由三大功能塊組成：模塊化數(shù)據(jù)采集硬件、計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)和用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通信及圖形用戶(hù)界面的軟件組成。3/5/202474虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)圖3/5/202475LabVIEW簡(jiǎn)介

LabVIEW是基于C語(yǔ)言的、革命性的圖形化開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，用來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制、數(shù)據(jù)分析和表達(dá)。它的目標(biāo)是簡(jiǎn)化程序的開(kāi)發(fā)工作，讓工程師和科學(xué)家能充分利用PC的功能，快速、簡(jiǎn)便地完成自己的工作。二十余年的不斷充實(shí)，使LabVIEW成為豐富、強(qiáng)大的實(shí)用工具軟件包。它的內(nèi)部配有GPIB、VXI、串口和插入式DAQ板的庫(kù)函數(shù)，以及全球數(shù)百家廠商的儀器驅(qū)動(dòng)程序。圍繞這些核心軟件還陸續(xù)開(kāi)發(fā)出多種附件。使用LabVIEW編程時(shí)，主要是“繪制”程序流程圖。3/5/202476LabVIEW在虛擬儀器中的應(yīng)用在LabVIEW中開(kāi)發(fā)的程序稱(chēng)為VI，其擴(kuò)展名為“.vi”。VI包括三個(gè)部分：前面板（FrontPanel）、程序框圖（Blockdiagram）和圖標(biāo)/連接器（Iconandconnectorpane）。程序框圖是定義VI功能的程序源代碼。每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序。框圖程序用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼。框圖程序由“端口”、“節(jié)點(diǎn)”、“圖框”和連線構(gòu)成。其中端口用來(lái)完成程序前面板的控制以及顯示、傳遞數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)用來(lái)實(shí)現(xiàn)函數(shù)和功能調(diào)用，圖框用來(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，從而定義框圖內(nèi)的數(shù)據(jù)流動(dòng)方向。3/5/202477虛擬儀器的軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)

虛擬儀器應(yīng)用軟件的編寫(xiě)大致可分為兩種方式：

1）用通用編程軟件進(jìn)行編寫(xiě)。主要有Microsoft公司的虛擬儀器VisualBasic和虛擬儀器VisualC++、Borland公司的Delphi和Sybase公司的PowerBuilder等；

2）用專(zhuān)業(yè)圖形化編程軟件進(jìn)行開(kāi)發(fā)。如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW和Lab

windows/CVI等。

3/5/202478LabVIEW與其他系統(tǒng)的結(jié)合使用3/5/202479用LabVIEW編寫(xiě)的虛擬儀器面板傳統(tǒng)儀器只有一塊儀器面板；虛擬儀器的“面板”可根據(jù)用戶(hù)自己定義。儀器的操作是通過(guò)鼠標(biāo)選中不同的按鍵和旋鈕來(lái)完成的。

3/5/202480程序前面板用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。輸入量稱(chēng)為控制器，輸出量稱(chēng)為顯示器?？刂坪惋@示是以各種圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板上，如旋鈕、開(kāi)關(guān)、按鈕、圖表、圖形等，這使得前面板直觀易懂。3/5/202481LabVIEW程序在LabVIEW中開(kāi)發(fā)的程序都被稱(chēng)為VI。VI包括三個(gè)部分：1.前面板（FrontPanel）；2.程序框圖（BlockDiagram）；3.圖標(biāo)/連接器（IconandConnectorPane）3/5/202482程序框圖程序框圖是定義VI功能的程序源代碼。每一個(gè)程序前面板都對(duì)應(yīng)著一段框圖程序。框圖程序用LabVIEW圖形編程語(yǔ)言編寫(xiě)，可以把它理解成傳統(tǒng)程序的源代碼?？驁D程序由“端口”、“節(jié)點(diǎn)”、“圖框”和連線構(gòu)成。

3/5/202483心電信息系統(tǒng)的虛擬儀器面板3/5/202484聲級(jí)計(jì)的虛擬面板3/5/202485聲級(jí)計(jì)的虛擬面板（續(xù)）聲級(jí)計(jì)的測(cè)試效果13/5/202486聲級(jí)計(jì)的虛擬面板（續(xù)）聲級(jí)計(jì)的測(cè)試效果23/5/202487虛擬儀器的面板（續(xù)）單蹤頻域譜陣3/5/202488便攜式和臺(tái)式

虛擬儀器外形3/5/202489虛擬儀器軟件總線體系結(jié)構(gòu)3/5/202490DAQ系統(tǒng)的組成

DAQ（數(shù)據(jù)采集）系統(tǒng)從真實(shí)世界捕捉并傳輸物理量，從傳感器等設(shè)備收集和測(cè)量被測(cè)信號(hào)，并將它們送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。3/5/202491DAQ系統(tǒng)的基本組成部分和功能（1）首先由傳感器、變換器將被測(cè)量轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)。（2）信號(hào)是DAQ系統(tǒng)中的傳感器、變換器的產(chǎn)物。（3）信號(hào)調(diào)理的功能：減小噪聲、使信號(hào)適合于測(cè)量。常用的信號(hào)調(diào)理有放大、線性化、隔離和濾波等。（4）計(jì)算機(jī)平臺(tái)用于獲取、測(cè)量和分析數(shù)據(jù)的硬件設(shè)備。（5）軟件完成測(cè)量和控制應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和編程。3/5/202492DAQ系統(tǒng)的特點(diǎn)DAQ系統(tǒng)是指基于PC標(biāo)準(zhǔn)總線的數(shù)據(jù)采集功能模塊，也稱(chēng)為數(shù)據(jù)采集卡。有各種性能和功能的系列DAQ功能模塊可供用戶(hù)選擇使用。在PC上掛接DAQ功能模塊，配合相應(yīng)的軟件，就可以構(gòu)成一臺(tái)虛擬儀器。市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集卡都有專(zhuān)門(mén)配套的驅(qū)動(dòng)程序，甚至有的驅(qū)動(dòng)程序可以在不同的高級(jí)語(yǔ)言中被調(diào)用，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集卡的識(shí)別與數(shù)據(jù)傳輸，這就在使用上大大減少了使用的難度以及復(fù)雜性。3/5/202493DAQ系統(tǒng)的功能和分類(lèi)（1）功能

①將傳感器、變送器等被測(cè)量,如光、溫度、壓力或振動(dòng)等轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)量的電信號(hào)的裝置；②信號(hào)調(diào)理：信號(hào)調(diào)理是指連接到DAQ系統(tǒng)的硬件,可控增益放大或衰減,信號(hào)經(jīng)濾波、隔離、整形等，使其適合于處理。（2）數(shù)據(jù)采集卡的品種：①按采集對(duì)象，可分為：模擬量輸入輸出、數(shù)字量輸入輸出、定時(shí)/計(jì)數(shù)等三種；②按接入的總線，可分為：USB、PXI、PCI、PCIExpress、PCMCIA、ISA、CompactFlash、485、232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等；③按隔離方式，可分為：隔離和非隔離；④按采集速度，可分為：采樣速度可分成高速和低速；⑤按分辨力，可分為：12位、16位、24位等；⑥按通道數(shù),可分為:8、16、32、64、128通道等。3/5/202494虛擬儀器的DAQ板卡3/5/202495基于PC的WE7000模塊式接口DAQ系統(tǒng)3/5/202496DAQ系統(tǒng)的組成3/5/202497DAQ的I/O接線盒使用100針連接器，將I/O信號(hào)連接到插入式DAQ上。3/5/2024984路24位熱電偶輸入通道DAQ與J、K、R、S、T、N、E和B熱電偶兼容，即插即用的USB連接。驅(qū)動(dòng)軟件支持MacOSX和Linux系統(tǒng)3/5/202499基于PC-DAQ的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)軟件部分主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析模塊和數(shù)據(jù)顯示模塊三部分構(gòu)成。前端預(yù)處理電路包括增益控制電路、低通濾波電路等。低通濾波電路起抑制高頻噪聲及對(duì)信號(hào)預(yù)處理功能。3/5/2024100五、虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例

——東風(fēng)135高速柴油機(jī)的臺(tái)架試驗(yàn)3/5/2024101柴油機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)軟硬件結(jié)構(gòu)框圖3/5/20241021.數(shù)據(jù)采集卡的選擇可以采用NI公司生產(chǎn)的NIUSB-6009型數(shù)據(jù)采集卡。它是一塊基于14位USB總線的多功能采集卡，8通道的14位模擬輸入、兩個(gè)模擬輸出、12根數(shù)字I/O線，以及一個(gè)32位定時(shí)器。模擬量輸入范圍是-10~10V，采樣速率為48KS/s，支持USB2.0即插即用。本課題可以用LabVI