虚拟仪器课程设计报告.docx

目录

第一章虚拟仪器课程设计的意义及任务 1

1.1 课程设计的意义 1

1.2 课程设计任务说明 1

第二章虚拟电子秤的设计 2

2.1 虚拟电子秤的设计思想 2

2.2 硬件设计 2

2.2.1 全桥测量电路 3

2.2.2 三运放电路 4

2.2.3 数据采集卡 5

2.3 软件设计 6

2.3.1 标定 7

2.3.2 称重 8

2.3.3 查看历史记录 9

2.4 系统运行调试 10

第三章液位控制系统的设计——基于虚拟网络控制器 12

3.1 系统总体设计方案 12

3.2 硬件设计 13

3.2.1 虚拟网络控制器 13

3.2.2 CFP-AIO-610模拟量输入输出模块 13

3.2.3 液位控制对象 14

3.3 软件设计 15

3.3.1 系统监控界面 16

3.3.2 控制算法设计 17

3.4 系统调试 21

第四章收获与体会 23

参考文献 24

第一章虚拟仪器课程设计的意义及任务

1.1 课程设计的意义

虚拟仪器技术在国外已经比较熟了，由于其很强的灵活性，使得该技术非常适用于现代复杂的测试测量系统中。近几年，虚拟仪器技术在国内的发展势也越来越受到重视。成熟的虚拟仪器技术由三大部分组成：高效的软件编程环境、模块化仪器和一个支持模块化I/O集成的开放的硬件构架，该课程设计的目的就是，通过一些功能简单的仪表系统的设计，要在这三个方面上有更深一步的了解。

1.2 课程设计任务说明

本课程设计分为两部分，其一为一个虚拟电子秤的设计，其二为液位控制系统的设计。这两部分的具体要求如下：

一、电子秤

在LabVIEW8.5的软件环境下，应用NI数据采集卡、压力传感器和一些运放电路设计一个电子秤，其功能要求如下：

1） 可以现场标定

2） 可以连续称量物品，并对称量结果进行记录，以便以后查看

3） 物品超重时可以报警二、液位控制系统

在LabVIEW8.5的软件环境下,应用网络虚拟控制器CFP-2120、液位控制对象和以太网设计一个液位实时监控系统，可实现以下功能:

1） 可实现手动、自动控制

2） 至少应有3种PID控制算法并可实现PID参数在线整定

3） 有监控界面可实时显示液位控制曲线

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第二章虚拟电子秤的设计

2.1 虚拟电子秤的设计思想

电子秤的称重原理是，重物放在称重托盘上，压力传感器将重物的压力信号转换秤电压信号，电压信号经过前端放大器、滤波器之后，通过NI数据采集卡采集并转换成数字信号输入到计算机里，称重VI子程序对采集到的信号进行处理，完成电压——重量的量程变换，最终在显示控件上将实际重量值显示出来。电压——重量的变换关系可用下式表示：

yaxb

其中

y表示物品重量，x表示采集到的压力信号

关系式中的a和b可通过标定VI子程序确定，其方法是将采集到的压力信号值和相应的实际重量值通过线性拟合，求出a、b。

2.2 硬件设计

电子秤的硬件结构包括测量传感器电路、数据采集和数据处理三部分。图2-1为电子秤的硬件结构图。

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2.2.1 全桥测量电路

在测量电路中使用了电阻应变式传感器，它是将被测量的力，通过它产生的金属弹性变形转换成电阻变化的元件。由电阻应变片和测量线路两部分组成。常用的电阻应变片有两种：电阻丝应变片和半导体应变片，本设计中采用的是电阻丝应变片，为获得高电阻值，电阻丝排成网状，并贴在绝缘的基片上，电阻丝两端引出导线，线栅上面粘有覆盖层，起保护作用。

电阻应变片也会有误差，产生的因素很多，所以测量时我们一定要注意，其中温度的影响最重要，环境温度影响电阻值变化的原因主要是：

（1） 电阻丝温度系数引起的。

（2） 电阻丝与被测元件材料的线膨胀系数的不同引起的。

对于因温度变化对桥接零点和输出，灵敏度的影响，即使采用同一批应变片，也会因应变片之间稍有温度特性之差而引起误差，所以对要求精度较高的传感器，必须进行温度补偿，解决的方法是在被粘贴的基片上采用适当温度系数的自动补偿片，并从外部对它加以适当的补偿。非线性误差是传感器特性中最重要的一点。产生非线性误差的原因很多，一般来说主要是由结构设计决定，通过线性补偿，也可得到改善。滞后和蠕变是关于应变片及粘合剂的误差。由于粘合剂为高分子材料，其特性随温度变化较大，所以称重传感器必须在规定的温度范围内使用。全桥测量电路中，将受力性质相同的两应变片接入电桥对边，当应变片初始阻值：R＝R＝R＝R，其变化值ΔR＝ΔR＝ΔR＝ΔR 时，其桥路输出电压U ＝KEε 。其输出灵敏度比半桥又提高了一倍，非线性误差和温度误差均得到改善。全桥测量电路图如下所示。

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常规的电阻应变片K值很小，约为2，机械应变度约为0.00000