基于labview的溫度測(cè)量

1．系統(tǒng)設(shè)計(jì)1．1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)框圖如下所示：LabVIEW操作平臺(tái)LabVIEW操作平臺(tái)溫度信號(hào)采集電路溫度控制接口電路繼電器控制與加熱電路繼電器控制與降溫電路1．2單元電路方案的論證與選擇硬件電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵部分，我們?cè)谠O(shè)計(jì)中主要考慮了這幾個(gè)方面：電路簡單易懂，較好的體現(xiàn)物理思想；可行性好，操作方便。在設(shè)計(jì)過程中有的電路有多種備選方案，我們綜合各種因素做出了如下選擇。1．2．1溫度信號(hào)采集電路的論證與選擇方案：本系統(tǒng)中我們采用MF58型高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器及其外圍電路，組成溫度信號(hào)采集電路。相比較方案一，方案二后續(xù)電路較復(fù)雜，且需進(jìn)行溫度標(biāo)定，但由于此方案能夠較好的體現(xiàn)物理思想，通過實(shí)驗(yàn)標(biāo)定溫度，可以使我們更好的理解模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化，故我們采用了此方案。MF58型高精度負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻器有許多優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好，可靠性高；阻值范圍寬：0.1-1000K；阻值精度高；由于玻璃封裝，可在高溫和高溫等惡劣環(huán)境下使用；體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，便于自動(dòng)化安裝（在印制線路板上）；熱感應(yīng)速度快、靈敏度高。故我們采用此溫敏元件。1．2．2溫度控制接口電路的論證與選擇我們采用頻壓轉(zhuǎn)化電路將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，進(jìn)而控制加熱與降溫電路工作。選用集成式頻率／電壓轉(zhuǎn)換器LM2907，配以外加電路，能將經(jīng)PC機(jī)處理后輸出的頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，電壓信號(hào)控制繼電器（相當(dāng)于開關(guān)）工作從而使電路聯(lián)通，電風(fēng)扇或加熱絲工作。在一定范圍內(nèi)，LM2907的頻率和電壓轉(zhuǎn)換可成線性關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)電熱絲加熱功率和風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的連續(xù)可調(diào)。由于技術(shù)原因，我們未能實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)功能，預(yù)留此項(xiàng)功能，可以作為功能擴(kuò)展。1．2．3加熱與降溫電路的論證與選擇由數(shù)據(jù)選擇器與兩片LM2907（后接功率放大電路）分別連接加熱和降溫電路，實(shí)現(xiàn)加熱功率與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的連續(xù)可調(diào)，如1.2.2所述。原理圖如下：計(jì)計(jì)算機(jī)頻壓轉(zhuǎn)換電路LM2907頻壓轉(zhuǎn)換電路LM2907數(shù)據(jù)選擇器功率放大電路功率放大電路升溫電路降溫電路圖2加熱功率與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的連續(xù)可調(diào)電路原理圖1．3軟件設(shè)計(jì)1.3.1主程序流程圖圖6源程序（二）2．單元電路設(shè)計(jì)2．1溫度信號(hào)采集電路信號(hào)發(fā)生器與熱敏電阻串聯(lián)，提供交流信號(hào)。熱敏電阻阻值隨溫度改變，流經(jīng)電阻的交流電流有效值保持恒定，由歐姆定律可知，電阻兩端的電壓亦隨之改變。經(jīng)電壓跟隨器（降低信號(hào)輸出阻抗）輸出后，通過聲卡采集數(shù)據(jù)。電路圖如下所示。加入電壓跟隨器可以對(duì)前后級(jí)電路起到“隔離”作用。電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度，并對(duì)前級(jí)電路呈高阻狀態(tài)，對(duì)后級(jí)電路呈低阻狀態(tài)。極端一點(diǎn)去理解，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開路；當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響，使前、后級(jí)電路之間互不影響。圖7溫度信號(hào)采集電路2．2溫度控制接口電路（頻壓轉(zhuǎn)換電路）LM2907為集成式頻率／電壓轉(zhuǎn)換器，芯片中包含了比較器、充電泵、高增益運(yùn)算放大器，能將頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，后接加熱、降溫電路。圖8溫度控制接口電路（頻壓轉(zhuǎn)換電路）2．3繼電器控制與加熱電路輸出信號(hào)經(jīng)電流放大后控制繼電器工作，繼電器起開關(guān)作用，12V電源單獨(dú)供電，實(shí)現(xiàn)“電器隔離”。圖9繼電器控制與加熱電路2．4繼電器控制與降溫電路原理同升溫電路。圖10繼電器控制與降溫電路3．系統(tǒng)測(cè)試3.1使用的儀器儀表PC機(jī)直流電源DT－2058數(shù)字萬用表信號(hào)發(fā)生器溫度計(jì)3.2PID算法參數(shù)測(cè)定Kp351.3865Ti-2.65849Td0.0001773.3溫度定標(biāo)系統(tǒng)硬件連接好后，放在特定容器中，運(yùn)行程序，用溫度計(jì)測(cè)量容器內(nèi)溫度，每隔2℃記錄一次溫度值及其參考文獻(xiàn)[1]LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)，侯國屏等[2]LABVIEW高級(jí)程序設(shè)計(jì)，楊樂平李海濤等[3]LABVIEW講義（上冊(cè)）（下冊(cè)）山東大學(xué)物理與微電子學(xué)院[4]微型計(jì)算機(jī)控制技