河北工程-冷库检测与控制系统设计.doc

信息与电气工程学院
课程设计说明书
（2015/2016学年第一学期）

课程名称 ： 测控系统工程设计
题 目 ： 冷库检测与控制系统设计
专业班级 ：
学生姓名 ：
学 号：
指导教师 ： 王静爽 王巍 安宪军 侯帅
设计周数 ： 2周

设计成绩 ：

2015年1月7日

目录

1 课程设计目的 1
2 虚拟仪器简介 1
3 设计任务及要求 2
3.1 设计任务 2
3.2 设计要求 2
4 冷库检测与控制系统的设计 2
4.1 设计原理 2
4.2数据采集卡 3
4.3软件设计 3
4.3.1 前面板的设计 4
4.3.2 后面板的设计 5
4.4 调试及运行结果 5
5 课程设计心得体会 6
6 参考文献 6
7 指导教师评语 7

1 课程设计目的
课程在教学计划中的地位和作用《虚拟测试技术与仪器课程设计》是为测控专业《虚拟测试技术与仪器》课程而开设的课程设计教学环节，其目的在于培养我们综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力。通过课程设计能进一步锻炼学生在虚拟测试技术与仪器应用方面的实际工作能力。我们要着重学会面对一个实际问题，如何去自己收集资料，如何自己去学习新的知识，如何自己去制定解决问题的方案并通过实践不断地去分析和解决前进道路上的一切问题。
虚拟仪器是随着计算机技术、电子测量技术和通信技术发展起来的一种新型仪器。在国外，虚拟仪器技术已经比较熟了，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。
2 虚拟仪器简介
虚拟仪器的90年代提出的新概念。虚拟仪器（Virtual Instrument,缩写为VI）就是在通用计算机上加上一组软件或硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台自己设计的专用的传统的电子仪器，其实质的充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能。在虚拟仪器系统中，硬件仅仅是为了解决信号的输入输出，软件才是整个仪器的关键。虚拟仪器软件起到模/数转换或数/模转换的作用，仪器的其他显示、分析、计算等数据处理功能全部通过软件编程来实现。随着计算机技术的发展，传统仪器开始向计算机化的方向发展。虚拟仪器系统的组建的过程中要把握好底层硬件、软硬件接口、应用程序以及驱动程序的设计与开发，对其具体包括：
（1） 制定所设计仪器的接口形式。 如果仪器设备具有RS-232串行接口，则直接用连线将仪器设备和计算机的RS-232串行口连接即可。如果是GPIB接口，需要额外配备一块GPIB-488接口板，将接口板插入计算机的ISA插槽，建立起计算机与仪器设备之间的通信桥梁。如果使用计算机来控制VXI总线设备，则需要配置一块GPIB接口卡，通过GPIB 总线与VXI主机箱零槽模块通信。
（2） 开发硬件采集卡。一种典型的数据采集卡组成包括，先用传感器把非电的物理量转变成模拟电量，采样/保持器可以保持信号，实现对瞬时信号进行采集，以便ADC进行数字转换，提高ADC转换器的转换精度。实现在测量中同时对多路模拟信号进行采样。多路模拟开关可以分时选通来自多个输入通道的某一路信号，这样在多路开关后的单元电路，只需一套即可，也可以采用计算机进行多路选择控制。当传感器输出的信号比较小，可以用放大器放大和缓冲输入信号，如果采用的是可编程增益放大器就可以通过计算机进行增益选择控制确定增益倍数。
（3） 确定设计采集卡的设备驱动程序方案，确定虚拟仪器系统应用程序编程语言。要根据所开发的虚拟仪器功能和性能，确定应用程序和软面板程序的模块结构和功能，画出各部分的流程图，采用合适的编程语言。在编制虚拟仪器软件中可采用两种编程方法。一种是采用面向对象的可视化的高级编程语言，另一种是采用图形化编程方法，编程完成后实现软件调试和运行。
3 设计任务及要求
3.1 设计任务
对冷库中的温度，湿度以及CO2浓度等控制指标进行检测与控制，软件部分使用LabVIEW虚拟仪器编程语言设计程序。并了解硬件部分中多功能数据采集卡控制模拟多路开关的切换，实现对多路控制指标进行检测与控制。最终实现对上位机监控系统进行模拟试验。最后对本次课程设计进行总结，撰写课程设计报告。
3.2 设计要求
（1） 分系统主要是对冷库中的温度、湿度和二氧化碳浓度等参量进行检测和控制、实现相应参数的动态图形显示和模拟仪表显示；
（2） 通过数据采集卡和硬件接口电路来基本搭建硬件平台，软件开发环境采用美国NI公司的虚拟仪器编程语言LabVIEW；
（3） 要求系统操作简单，使用方便，满足用户要求。课程设计报告书写规范、文字通顺、图表清晰、数据完整、结论明确。

4 冷库检测与控制系统的设计
4.1 设计原理
通过计算机和数据采集卡实现冷库温度、湿度和CO2浓度的检测，完成相应控制。该系统设计的过程中采用计算机分时系统中给多任务和各个任务分配时间片的原理实现数据的测控。与此同时，还通过多路模拟开关实现硬件数据通道之间的转换，从而实现冷库温度、湿度和CO2浓度的分别检测和控制。
4.2数据采集卡
该系统的数据采集卡采用北京阿尔泰科贸有限公司的PCI2003数据采集卡。它有单端16路（即双端8路）的12位的A/D通道，12位的两路D/A通道和开关量输入输出通道各16路。模拟通道输入的方式为模拟电压双端输入的方式，因为双端接法的抗共模干扰的能力强，可以有效抑制共模干扰信号，适合采集小信号，提高采集精度。
4.3软件设计
系统开发基于虚拟仪器技术，一图形化编程语言LabVIEW 7 Express作为开发工具。本系统的软件功能有：模拟信号输入通道A/D通道的读数据模块；温度湿度和CO2浓度的各自的数据处理模块；模拟信号输出通道D/A通道的写数据模块通过开关量输出通道，控制模拟多路开关的切换模块。LabVIEW软件面板包括前面板和后面板，其具体状况如下：

前面板

后面板

4.3.1 前面板的设计

4.3.2 后面板的设计

4.4 调试及运行结果

运行状况1

运行状况2
5 课程设计心得体会
本次课程设计完成冷库检测与控制系统的设计，都是基于虚拟仪器的Labview7.1软件和硬件组合成一个整体。在进行具体的软件设计之前，先学习了相关的专业知识，如完整的测试装置系统结构和运作原理以及软件设计所用的编程软件等。
冷库检测与控制系统设计选用的是软件和硬件相结合的方法，用到了传感器、DAQ数据采集卡等硬件设备；基于LabVIEW的冷库检测与控制系统能够实现预想中的功能，可视化的前面板控件构造仪器的用户界面，人机交互性强，界面友好。
在为期一周的课程设计中，同学们用在课堂上所学到的知识亲自去构思、设计、安装、调试，生成一个完整的系统，虽然拙作还不成熟、不完善，但大家的收获还是很多的，学会了在复杂的问题面前怎样去分析，找到问题的关键所在，而且努力去寻找解决的方法。
在课程设计中，理论转化为脑袋中使用的知识法宝，真正变为自己的东西。让人体会到创意设计的乐趣。感谢老师们的耐心教诲指导，很多同学们解决不了的东西迎刃而解，老师们辛苦了！
6 参考文献
[1] 高宝平. 基于LabVIEW的冷库检测与控制系统的设计[D].西北农林科技大学,2007.
[2] 高宝平,卢博友,张国库,李平. 基于LabVIEW的冷库检测与控制系统的设计[J]. 微计算机信息,2006,31:51-53.
[3] 赵方,赵霞,卢青波,王晓燕. 小型冷库温度自动控制及远程监控系统设计[J]. 中国农机化学报,2015,02:249-252.
[4] 刘刚,王立香,柳兆军. 冷库温湿度检测与GSM短信报警系统的设计[J]. 安徽农业科学,2011,17:10691-10693.

7 指导教师评语
课程设计
评 语

课程设计
成 绩

指导教师
（签字）

年 月 日

9