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基于虚拟仪器的温室温度控制系统实验设计

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2020年4月19日
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基于虚拟仪器的温室温度控制系统

目 录
一、绪 论
1.1选题的背景
1.2温室环境控制
1.3中国农业环境现状
1.4虚拟仪器 (Virtual Instrumentation)概述
二、设计方案与思路
2.1执行器的选择
2.2分析控制器的选择
2.3数据采集系统的选择
2.4软件系统的选择
2.5系统框图
三、硬件设计
3.1硬件设计的基本原则
3.2传感器的选择
3.3信号调理电路
3.4电机控制电路
四、软件设计
4.1 软件设计的基本原则
4.2软件功能实现
4.3程序流程图
4.4 LabVIEW具体编程
4.4.1前面板设计
4.4.2程序框图（后面板）设计
4.5程序运行结果与分析
五、硬件调试与分析
5.1温室大棚实地考查
5.2第一次实验记录
5.3第二次实验记录
5.3第三次实验记录
5.4第四五六次实验记录
5.5第七次实验记录
六、结   论
七、参考文献
附录一： 硬件参数表
附录二： 基于LabVIEW的程序设计详细步骤
附录三：组员分工

一、绪论

1.1选题的背景
随着中国国民经济的发展，人民的生活水平日益提高，冬季大棚蔬菜的市场日渐
扩大，特别是北方地区在寒冷的冬季用塑料大棚栽培蔬菜，更体现出经济价值。仅靠
南菜北调长途运输，一是成本高，二是运到目的地，蔬菜已经不新鲜了。因此，依靠
农业科技，大力推广温室大棚种植蔬菜能更好地满足人民生活需要.
由于中国人口众多，土地、水资源及各种能源短缺，在人民生活水平不断提高，
对农副产品的需求不断增加的今天，只靠增加耕地面积是不可能实现的，因此我们要
另辟蹊径，想办法来提高单位亩产量。

1.2温室环境控制
即根据植物生长发育的需要，自动调节温室内环境条件的总称。现代化温室，经过传感器技术、微型计算机及单片机技术和人工智能技术，能自动调控温室的环境，其中包括温度、湿度、光照、Co2浓度、水分等，使作物在不适宜生长发育的反季节中，获得比室外生长更优的环境条件，达到早熟、优质、高产的目的。
冬季大栅蔬菜最重要的一个管理因素是温度的控制。温度太低，会发生蔬菜冻死或者停止生长，因此要将温度始终控制在适合蔬菜生长的范围内。

1.3中国农业环境现状
中国的温室农业环境调控技术主要存在的问题有:温室农业生产高新技术集成度不够、温室农业高新技术产业化缓慢以及温室农业生产管理现代化程度不高等。实现智能化调控目标的基础是先进测试仪器技术的应用。中国传统的温室农业测试技术对测控对象分析精度低、成本高、操作复杂，而且对从事农业科学的人员专业性要求很强，难于实现普及。跟踪研究国内外的测试技术发展状况发现:虚拟仪器可缩短农业技术开发周期，降低成本，其高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用，虚拟仪器的可操作性直观简洁，具有与传统仪器相似的操作界面，限制性小，是当前流行的仪器测试方案，因此决定了它在农业工程领域特别是温室农业生产中具有广阔的发展前景。

1.4虚拟仪器 (Virtual Instrumentation)概述
虚拟仪器是对传统仪器概念的重大突破，与传统仪器相比，它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，使用户能够更方便地对其进行维护、扩展、升级。美国 NI(National Instruments)公司在80年代中期便提出虚拟仪器的概念。到当前为止，美国的HP公司、NI公司及Racal公司等相继研制和推出了多种总线式系统的虚拟仪器。虚拟仪器的出现加速了人们对传统仪器的改造，同时使得仪器测试系统的集成度越来越高。虚拟仪器技术充分利用计算机将传统仪器的功能和控件面板软件化，构成充分利用计算机智能化功能的全新仪器系统。在实际测试系统中应用虚拟仪器技术，不但能够减少系统开发时间和维护费用，而且开发出的系统还能具有更强的功能、更可靠的质量。
因此，本论文结合温室环境监测的实际需求，建立了基于labview的温度控制系统。虚拟仪器技术是测试技术和计算机技术综合集成的产物，代表了现代测试技术和仪器技术的发展方向。
所谓虚拟仪器 (VirtualInstrument，简称Vl)，就是用户在通用计算机平台上，根据需求来定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作计算机时，就像是在操作一台自己设计的测试仪器一样。虚拟仪器技术使得测控领域的设计更加科学有效，随着虚拟仪器技术的发展，其对实际测试的帮助优势越来越大。在测试系统和仪器设计中尽量用软件代替硬件，“软件就是仪器”是虚拟仪器概念最简单，也是最本质的表述。虚拟仪器特点能够归纳概括为以下5个方面:①丰富和增强了传统仪器的功能;②突出“软件就是仪器”的新概念;③仪器由用户自己定义;④开放的标准;⑤便于构成复杂的测试系统，经济性好。
虚拟仪器与传统仪器的具体区别见表1.1。

二、设计方案与思路
我们的目的是设计这样一个系统，由数据采集系统、分析控制器、执行器组成，传感器将采集到的温度信息经过调理传输到分析控制器中，然后产生输出信号到执行器中。
我们实验有着其自身的特殊性质，和大量参考论文中实验环境所不同的是，本实验的性质是为了将测控系统的各个模块组合起来，起到一个将过去的知识串联起来的这样一个学习目的。如果完全按正常论文的思路来，想要选定一个探索总结性的选题的话就太过好高骛远了，我们没有充分的时间与物质条件去搭建理想的检测控制系统。因此我们设计时更多考虑的是在物质匮乏的条件下如何搭建一个完整的基于虚拟仪器的温度测控系统，并将实验重点放在检测上面，淡化控制执行这一块。但同时也为以后可能的系统升级与发展留下余地。
这就是我们的实验思路，同时能够在硬件的设计方案中看见它对我们传感器的选择的影响。

2.1执行器的选择
在对于数据采集系统、分析控制器、执行器这三者进行选择和组合时，基于已经确定的实验重点。本实验的控制执行仅仅就由风扇和贴片热电阻完成，经过控制电机的转速来控制风的大小。

2.2分析控制器的选择
因为课题是基于虚拟仪器的温度控制系统，因此我们小组将分析控制器选为PC机，这不但体现了虚拟仪器的通用性，也使得我们在研究设计过程中不必局限于实验室中。更重要的是硬件调试结果最后需要在实验室中的PC机中完成

2.3数据采集系统的选择
数据采集系统是我们实验在简化了控制之后的最重要部分，如何精确地将温度采集送入PC中处理决定了实验的成败。
数据采集技术是计算机应用技术的重要分支。外部对象经过接口和计算机交换信息，在现实对象中，信息变现为不同的形式并有明确的物理意义，输入到计算机内部后部变成二进制数，统称为数据。数据经过计算机的加工处理再作用到现实对象，又变成具体的物理信号。
在本实验中，由于NI公司的仪器较贵（4000起步），因此我们只能使用学校实验室就有的DAQ采集卡——PCI6014以及调理面包板SC2075。
实验室里的PCI-6014板卡是National Measurement公司生产的一款高速数据采集卡，最大采样频率可达200kS/s，有32路16位模拟输入（AI）通道（可用作16路差分输入），有2路16位模拟输出（AO）通道，有8条数字I/O线（5VTTL/CMOS）还有2路24位定时/计数器（内部时钟可达20MHz），有4组不同的模拟输入范围，可由数字触发。
由于PCI-6014是装在主机箱内，因此需使用配套的SC-2075调理板，两者经过数据线连接，SC-2075调理板自带面包板，能够在上面接调理电路，用于信号的放大、整流，便于数据采集处理。板子上有CHO-,CHO+的差分模拟输入端，有直流电源输出端口，以及板子左偏中的一竖列接口，与PCI-6014的连接通道一一对应。

2.4软件系统的选择
虚拟仪器系统的软件由通用I/O接口软件、驱动软件、开发软件、管理软件即应用软件构成。开发软件是编写应用软件的软件工具。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，如VC++、VB和Delphi等编写虚拟仪器的软件，这种方法实现的系统灵活性高，易于扩充和升级维护。另一种是采用图形化编程方法，如LabVIEW，HPVEE，采用图形化编程的优势是软件开发周期短、编程较简单，特别适合工程技术人员使用。
我们采用Labview（Laboratory Virtual Instrument Engineering）进行编程，它具有强大的数据采集、数据处理、数据分析和仪器控制功能，是一种开放型的通用程序开发系统。数据采集硬件部分的核心是 （ DataAcquisition-DAQ）卡，它和 Labview 有很好的接口程序，用 Labview实现数据采集，就是在 Labview 中控制各种 DAQ 卡（或设备），完成特定的功能，这都离不开 DAQ 驱动程序的支持。
由于PCI-6014板卡支持DAQmx驱动程序，因此本设计是直接使用DAQmx-DataAcquisition开发的，在这部分中，主要是采集参数的设置，其中包括物理通道的选择，采样模式、采样率、每通道采样数、输入方式的配置，采样最大最小值的设置。

至此我们能够确定初步的设计思路：传感器把被测量的物理量转换为电信号；SC2075信号调理电路对传感器转换后的电信号进行放大、滤波等预处理，PCI6014将采集到信号调理电路的电压信号，转换成计算机能处理的数字信号；经过数据采集卡驱动程序，将数字信号读入计算机，计算机对信号进行处理，以达到预期的目的。

2.5系统框图
控制对象（温度）
温度传感器
信号调理
SC-2075接线端子板
PCI-6014多功能数据采集卡
执行器
计算机（LabVIEW程序开发）

图1 系统框图

三、硬件设计

3.1硬件设计的基本原则
（1）经济合理
系统硬件设计中，一定要注意在满足性能指标的前提下，尽可能地降低硬件价格，
以便得到高的性价比，这是硬件设计中优先考虑的一个重要因素。
（2）安全可靠
选取设备要考虑环境的温度、湿度、压力、震动、粉尘等要求，以保证在规定的工作环境下，系统性能稳定、可靠。要有超量程和过载保护，保证输入、输出通道正常工作。要注意对交流市电及电火花等的隔离。要保证连接件的接触可靠。
（3）足够的抗干扰能力
有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。

3.2传感器的选择
在经过对论文的大量阅读后，我们初步选定DS18B20和AD590中的一款传感器，并考虑了4种方案：分布式DS18B20测温、分布式AD590测温、单点式DS18B20测温、单点式AD590测温。
实际使用中要监测温室大棚的温度，肯定是要设置多个点的温度传感器，这种情况下DS18B20比AD590更占据优势，因为它是单线就能达到信号的传输，而AD590是双线工作的，因此，在固定的接口下，DS18B20比AD590就能够提供更多的测量组数。同时也无需AD590这般较复杂的硬件调理电路。但我们向NI工程师咨询后得知，DS18B20由于是单线传输，就会有个输入与输出的时序性问题。受到我们使用的数据采集卡PCI6014数字信号端口的限制，信号的传递无法在486us中完成以达到精确的时序匹配，因此必须在PCI6014和传感器间插入单片机来进行控制。这样一来，单从我们这个简单的检测实验来说，硬件上面反而要更加复杂。再加上多个DS18B20的程序编写，需要加上一个搜索序列号的复杂算法，程序难度远大于AD590。考虑到以上的事实，DS18B20的多点优势和硬件优势在我们实验的特殊环境下形同虚设，再加上我们要花费的时间和精力成本，我们小组决定先采用单点输入的AD590温度传感器方案。若成功后，则能够再继续改进，以后也能够引进DS18B20的使用。

3.3信号调理电路

图2 信号调理电路

原理：
左侧的AD590作为一个电流源输出电流，经过1K的电阻得到1000倍的电压，两电压的差值在AD524输入并进行放大，使其能够在Vo端输出的信号更能接近数据采集卡的检测范围。

理想情况：
参考电压稳定模块：AD580为2.5V稳压源，使输出电压信号更稳定。以室温为华氏273.2度（摄氏0度）为例，AD580输出的电压为2.5V，经过9.09KΩ电阻、滑动变阻器、1.2Ω电阻后接地，经过调节滑动变阻器平衡两边分得的电压，使得在AD524的参考端，接收到的为273.2mV电压；
温度传感器模块：由于AD590本身的特性（输出电流与绝对温度成比例，即1K=1uA），当为0℃室温时，它会输出一个为273.3uA的电流，经过1kΩ的电阻，得到273.2mV的电压。当为20℃室温时，它会输出一个为293.3uA的电流，经过1kΩ的电阻，得到293.2mV的电压。
仪用放大器模块：AD524的正端输入温度模块的电压，负端输入参考电压（273.2mV）。根据AD524放大器的特性，正负两端的电压做差值处理且放大100倍后后，在室温为0℃时由Vo端口输出0V电压，在室温为20℃时由Vo端口输出2V电压。

实际情况：
我们在购买元器件的时候向商家讨取了1KΩ和2KΩ的电阻，但缺少稳压模块的9.09K和滑动变阻器。再向实验室咨询现有电阻之后，我们选用了100Ω和810Ω的电阻进行分压。由于电阻元件的限制，使得参考端的接收值与理想有差别。

AD590温度传感器在- 55℃~+150℃的测温范围内，

Ir—流过器件(AD590) 的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；

而AD590采用的是测控实验室的装备，器件时间较久，经多次测量，0摄氏度时温度漂移约为3uA。

则
放大器设置为G=100

该偏差能够在软件中进行消除。

（a）

(b) (c)
图3 AD524 G=100 连线图与实物图

(a) (b)

（c）
图4 AD590 连线图与实物图

（a） (b)
图5 AD580 连线图与实物图

图6 实验硬件总图

3.4电机控制电路
虽然我们没有对执行机构进行硬件搭建，但我们依然进行了理论上的研究。

图7 电机控制电路
采用场效应管作为驱动电路的开环PWM直流伺服电机调速系统。虚拟仪器LabVIEW的输出端输出的PWM信号经过光电耦合器隔离后由场效应管驱动电机（光电耦合器的作用是切断以LabVIEW为主的控制系统与以电机等为主的控制现场之间的电气联系而提高整个系统的可靠性）。在电机的两端连接一个二极管，用于保护电机，因为电机是一个感性元件，在启动和停止时会有较大的感性电压，会对电路里的其它元件造成破坏。

由于各元器件的参数说明过于琐碎繁杂，因此我们在这篇论文中将其放入附录一中以便读者查阅。

四、软件设计

4.1 软件设计的基本原则
（1）结构合理
程序应该采用结构模块化设计。这不但有利于程序的进一步扩充，而且也有利于程序的修改和维护。在程序编序时，要尽量使得程序的层次分明，易于阅读和理解，同时还能够简化程序，减少程序对于内存的使用量。当程序中有经常需要加以修改或变化的参数时，应该设计成独立的参数传递给群序，避免程序的频繁修改。
（2）操作性能好
操作性能好是指使用方面。我们在开发程序时，应该考虑如何降低对操作人员专业知识的要求。而labview简洁的操作界面无疑能够保证这样的效果。

4.2软件功能实现
软件功能即为本次设计的核心，要达到设计要求，主要看的就是此阶段的设计。
由前面的硬件电路介绍可知，室温为0~50℃时数据采集卡的输入端采集到0~5V的电压信号，经过标度转换后与设定温度值进行比较。
如果外界的温度大于所设定的温度，就会产生报警信号（布尔指示灯）和PWM信号，该PWM信号可控制电机1转速，从而间接控制小风扇的转速，即降温速度；如果外界的温度小于所设定的温度，也会产生PWM信号，该PWM信号可控制电机2转速，从而间接控制加热片的加热功率，即升温速度。
升温、降温是先经过一个条件结构来进行判断，再经过调节方波的占空比来实现的，而占空比则是根据外界温度与设定温度的绝对差值决定的，差值越大，方波的占空比越大，升温或降温的速率越大。当外界的温度越来越接近设定温度值时，方波的占空比会变小，升温或降温的速度也会变小，从而慢慢升温或降温来是外界温度与设定温度完全相同。
所谓PWM就是脉宽调制器，经过调制器给电机提供一个具有一定频率的脉冲宽度可调的脉冲信号。脉冲宽度越大即占空比越大，提供给电机的平均电压越大，电机转速就高。反之脉冲宽度越小，则占空比越越小。提供给电机的平均电压越小，电机转速就低。
PWM不论是高电平还是低电平时电机都是转动的，电机的转速取决于平均电压。PWM的频率设定，没有统一的标准，和电机感抗和所需的速度响应时间有很大的关系。一般的电机用14KHz就足够了。如果电机转速比较高，感抗比较小，能够使用比较高的频率,但一般最好不要超过20KHz。对于电机应用，功率越大，PWM频率越低，最低有500Hz或者1KHz的。实验中PWM的频率为500Hz(即T为2ms)时能使直流电机平衡运转，当占空比从0%~100%时，转速以1%的变化率连续可调。

4.3程序流程图
启动DAQ max驱动程序
采集信号（0~5V电压）

调整数据采集任务的工作参数

实时温度值与温度设定值比较
超过预设温度？
执行条件结构的假（以实时温度值与温度设定值的绝对差值的2倍为占空比，产生振幅为5、频率为500Hz的PWM信号）
执行条件结构的真（以实时温度值与温度设定值的绝对差值的2倍为占空比，产生振幅为5、频率为500Hz的PWM信号）
打开温室温度控制器.vi
报警
实时显示PWM信号的占空比
N
Y
PCI-6014工作正常？
Y
N
排除硬件电路故障
开 始
标度转换（0~5v转为0~50℃）
显示实时温度
建立数据输出任务（将PWM信号经过DAQ Assistant2传给电机1）
建立数据输出任务（将PWM信号经过DAQ Assistant3传给电机2）
降温
升温
结 束
N
Y
消除温度偏差0.15V
停止温度监控?

图8 程序流程图

4.4 LabVIEW具体编程
LabVIEW图形化编程软件由面板、流程方框图、图标/连接器组成。其中，面板是用户界面，流程方框图是虚拟仪器源代码，图标/连接器是调用接口。流程方框图包括输入/输出（I/O）部件、计算部件和子虚拟仪器部件，它们用图标和数据流的连线表示。这里利用LabVIEW作为语言开发平台．设计系统软件．并利用计算机串口与下位机串行通讯，实现温度的实时测量与控制。
经过对前面的介绍，我们了解到一个VI程序由前面板和程序框图组成。

4.4.1前面板设计
虚拟温室温度控制器前面板如图9所示：

图9温室温度控制器的前面板

4.4.2程序框图（后面板）设计
程序框图无疑是整个设计的核心内容。我们在设计该部分时，首要要考虑的是功能的实现。根据各个功能选择需要用到的器件，并在其中完成各器件的连接。
基于虚拟仪器的温室温度控制器的完整程序框图如图10 所示。

（a）帧为“True”时程序框图

（b）帧为“假”时程序框图
图10 温度控制器的程序框图（后面板）

4.5程序运行结果与分析：
在第七次实验硬件调试成功后，我们根据当时的室温进行测温。打开已经编好的LabVIEW程序，在前面板窗口上，单击工具栏上的【运行】按钮，运行结果如图11所示。

第一次：外界采集进来的温度小于设定温度

（a）程序前面板显示

（b）水银温度计测温显示
图11外界采集进来的温度小于设定温度
从图11（a）中能够看出，我们的设定温度为28℃,而当时的实验测量水温为23.97℃，由于采集进来的外界温度没有超过设置的温度值，因此没有产生报警。设定温度随意设的，为的是观察是否能正常产生PWM脉冲宽度调制信号。由图可知能正常产生。
精度核查：水银温度计的精度为
水银计温度 实验测量温度
温度范围
相对精度==0.14% 绝对精度=
因为水银温度计精度在，因此这里的精度没有意义。
第二次：外界采集进来的温度大设定温度

（a）程序前面板显示

（b）水银温度计测温显示
图12外界采集进来的温度大于设定温度
从图12（a）中能够看出，我们的设定温度为28℃,而当时的实验测量水温为42.94℃，由于采集进来的外界温度超过了设置的温度值，因此产生报警，及PWM脉冲宽度调制信号。
精度核查：水银温度计的精度为
水银计温度 实验测量温度
温度范围
相对精度==0.08% 绝对精度=
因为水银温度计精度在，因此这里的精度没有意义。

实验要求指标为 绝对精度 相对精度
综上所述，符合实验精度要求。

由于基于LabVIEW的程序设计详细步骤过于繁碎，因此我们将其放在附录二中。

五、硬件调试与分析
5.1温室大棚实地考查
时间： 3月16日
地点：华家池温室大棚
组员：杜圳渊 陈燕 陈凯鹏 方海栋 郭欣波 周焱铭
我们小组到浙江大学华家池校区的现代农业科研实验基地参观学习。
智能玻璃温室主体3500平方米，工作厂房200平方米。该温室核心控制系统采用荷兰Priva公司的最新版本，是指配备了由计算机控制的可移动天窗、遮阳系统、保温、湿窗帘/风扇降温系统、喷滴灌系统或滴灌系统、移动苗床等自动化设施，控制能力达国内领先、国际先进，充分体现智能控制水平。当前，已有若干国家级重大课题和国际合作项目进驻温室开始科研工作，该温室的建立很好的体现了为学科建设、科学研究服务的功能，同时，也为在校学生的教学实习提供了一条良好途径。
进入温室，见到了温室的值班人，在她的介绍和指导下，我们参观了智能玻璃温室。大家对温室里的设施做了详细的询问。
了解了温室的通风主要是为了排除温室的余热及温室内的水分,调整温室内空气成分,排除有害气体,使温室内的环境温度、湿度和空气等条件适宜植物生长的要求。其通风有自然通风是在侧墙和屋脊设置通风窗。但在夏季气温较高时，采用强制通风，用风机强迫空气流动来进行温室换气并达到降温效果。温室的加温有热水加温，用锅炉将水加热,然后由水泵加压,热水经过供热管道加温，热水采暖系统运行稳定可靠,是玻璃温室当前最常见的采暖方式。有热风加温，经过燃油机提供的热量加热空气换气器,用风机强迫温室内的部分空气流过空气换热器,这样不断循环进行温室加热。还有电加温，是将地热线埋在地下,用来提高地温。温室的降温有遮荫降温，是利用遮光材料遮阳降光,阻止多余的太阳辐度进入温室。有蒸发降温，是利用湿帘将空气的不饱和性和水的蒸发潜热来降温。还有屋顶喷淋降温系统，是将水均匀地喷洒在玻璃温室的屋面上,来降低温室的温度。
接着，大家参观了实验温室。与作为生产设施的玻璃温室不同，实验温室是玻璃温室的另一种应用，这里有各种各样的光照灯具，是为不同植物在不同生长周期提供光照，它有利于营造特定的实验环境，缩短实验周期等。
在实验温室区的参观学习后，大家来到温室的另一侧，在这里我们发现了种植了大量的铁皮石斛，是一种很有药用价值的石斛类药材。这里是集智能控温、控光等多项技术为一体的现代农业生产设施，可保持常年恒温，智能调节作物所需光照。这样的农业生产设施最适宜进行高附加值经济作物的栽培。
此次参观学习增进了大家对现代农业科学技术的了解，对同学们进一步的了解温控系统带来了极大地益处。

5.2第一次实验记录（实施人：杜圳渊 陈燕 方海栋 记录人：周炎铭）
进过前几次的小组开会讨论，已经把所需的元器件选择好，及硬件设计和软件设计都已经做好，今天我们就要做小组的第一次试验来调试程序。
一、实验的总体方案设计：
该设计的思想是由温度传感器检测信号，信号接到数据采集卡的模拟输入端，然后再经过数据采集卡的A/D通道连接至计算机中去。基于温度这种信号的特性，噪音干扰或者采集速度等要求都不高，比较关键的还是放大电路，将AD590输出的ua级信号转换放大到匹配输入范围（-10V~+10V）的过程是实验的重点部分。对采集到的温度信号判断和处理，温度控制部分升温、降温是经过调节方波的占空比（PWM方式调控）来实现的，当温度不适于农作物生长时，系统报警，并经过电风扇等工具降温。以后改进型还需对采集的实时数据进行显示、存储、报警历史记录以及记录观察等功能的实现。显示部分是验证程序是否正确的重要环节，从显示的图像上我们能够直观的看到经过系统处理后的成果，这样便于分析系统中可能存在的问题，
该程序由前面板和程序框图面板两部分组成，前面板用于显示操作页面，程序框图面板用于对前面板进行调控和控制。
二、实验步骤：
首先，因为小组买的电阻、AD524等的元器件没有到货，而AD590实验室里就有，因此我们只能先借助实验室里的温度传感器实验模板里的电阻和放大器连接电路，做好了数据的采集和调理的部分。再用了CSY- C型传感器与检测技术试验台调好了电源，在与SC-2075接线端子板接入计算机。经过Labview程序的控制开始了实验。
三、实验结果：
经过测量前面板显示的温度与实际的不符，数值偏高10%。经过欧姆表对温度模块的直接测量，发现是温度传感器实验模板的放大倍数偏差8%，导致出错。另外也有小组成员怀疑是实验室提供的+5电压不太稳定导致。
四、结论：
我们结束了这次实验，等实验元器件到了后，我们会再次做实验，不断的调试运行，直到最后看到自己的劳动成果与基本相符。更深刻地明白，即使表面上看起来无懈可击的设计，也可能在实验中漏洞百出。有些表面上简简单单比如放大电路这种耳熟能详的模块，也可能是实验过程中的拦路虎。经过本此实验，我们希望能够锻炼自己动手实践操作的能力，使书本上的东西和实验结合起来。
五、实验的改进余地：
1、温度是不断变化的，为提高可靠性，应采集多个数据取平均值来提高准确度；
2、能否增加数据存储功能，记录温度历史和报警历史，方便后续工作的进行。

5.3第二次实验记录（实施人：杜圳渊 陈燕 陈凯鹏 记录人：郭欣波）
一、实验目的：
因为第一次实验采用的是实验室自带的温度模块，温度传感器实验模板的放大器不是我们所需的放大倍数，因此第二次的实验的目的就是用自己的放大器，组建我们自己的温度模块。
二、实验器材：
电阻：1K欧，2K欧，100欧，810欧
仪表放大器：AD524
稳压模块：AD580
实验板：SC-2075（内带电源正负15V和正5V）
采集卡：PCI6014
传感器：AD590
三、 实验步骤：

参考元器件手册，按上图进行接线，AD524电源接+15V和-15V，AD580接+5V，各器件的GND引脚接入面包板的CH5-通道，放大器输出电压Vout接CH5+。SC-2075上的通道经由数据线接入计算机内的采集卡PCI6014。
四、实验结果与分析
结果：未成功，放大器电压输出端电压测得13.8V。
现象检测与分析：
1. 检查电源，测得SC-2075面包板内的5V电压不稳定，常在4.8V到4.1V之间跳变。当调节电压旋钮时甚至出现电压突然下降2V的情况，而旋钮远未旋转到底。
分析：带电操作旋钮，导致出现电压不稳定现象。
2.内置5V电源处出现焦糊味，电压降至2.1V，无法调节旋钮上升。经过欧姆表检测，发现面包板的大块横5连孔区，横5个孔是导体，上下孔绝缘。而小块竖5连孔区，竖着5个孔是导体，左右绝缘。而之前实验只是单纯知道大块横5连孔的情况，而未对竖区进行测试。5V电源被短路，烧坏电源。
分析：面包板研究不透彻，短接至烧坏元器件
3. 放大器输出为13.8V，由于时间有限且未将电路各模块进行预检测，因此无法找出原因。推测可能是稳压模块AD580出现问题。
分析：应该事先将各器件功能进行单独地检测，这样才能对组合后出现的问题进行有调理的分析判断。
我们小组接下来的第三次实验将在第二次实验的基础上展开。

5.3第三次实验记录（实施人：杜圳渊 陈燕 记录人：郭欣波）
一、实验目的：
这一次的实验，希望能解决找到合适稳定的内接电压，然后对各模块分别实验，找出放大器电压超量程的原因，电路的设计思路不变，进行第三次实验。
二、实验步骤：
分离AD580的稳定模块，将其单独列出进行连线和检测。
再次组合电路。
三、实验结果与分析：
部分成功，放大器电压输出依然是13.8V
1、测试了实验室所有SC2075面包板，并对各个板子进行电压标记，找到了一块电压最接近5V的板子（实测为4.7~4.1V）。随后经过实验确定AD580稳压器电路在5V电压下输出2.5V，但不太稳定
分析：可能内接电源的电压部分低于AD580的Vs电压范围，使其工作不在正常范围。
2、综合搭好电路后，PCI输入值为-10V，而PCI的测量范围是（-10V，+10V）估计超出量程
分析：使用欧姆表测得电压依然为13.8V，从实验电路来看AD580的不稳定不至于如此大地干扰实验结果。必然有一个更加重要的因素导致误差。尚未排除放大器AD524的和传感器AD590的嫌疑
四、实验总结：
电源的稳定对于电路有着极其重要的影响。活用欧姆表来判断电压错误的节点。

5.4第四五六次实验记录（实施人：杜圳渊 记录人：郭欣波）
这几次都是在检测AD524放大器，因为对放大器工作原理没有深入的了解，无法对放大器进行检测与分析，向胡老师和季老师进行了咨询。中间过程很多琐碎细节与实验无太大关联，因此合为一篇
一、实验目的：
检查AD524
二、实验步骤：
将AD524的正负输入电压短接并接地，将Vout和sense相连，REF接地，然后只接+-15电源。
测量Vout的值
三、实验结果与分析：
成功，输出电压为2.1V，确定放大器损坏
1、 输入短接并接地，REF接地，理论上放大器的输出Vout应该为0V。但输出电压却为2.1V。在排除电源、地的可能误差原因后，确认为放大器损坏。具体损坏时间无法确认。
分析：有2种可能：1、从商家这里买来的时候便已经损坏
2、中间的操作不规范导致元器件损坏
1的可能比较大，因为2的话，中间操作影响最大的一次应该就是短接5V电源，但查出AD524的|Vin|+|Vs|<36V即可。
四、实验总结：
在任何一个实验之前，都要将实验器材进行检查，大到一个放大器的功能是否正常，小到一根导线是否断路。

5.5第七次实验记录（实施人：杜圳渊 记录人：郭欣波）
和商家交涉后，免费拿来了新的AD524
一、实验目的
1、 检测AD524是否正常工作
2、 检测AD580是否正常工作
3、 检测AD590是否正常工作
4、 完成整个实验硬件的搭建
二、实验步骤
1、 独立连接放大电路，先将输入、ref短接接地，测得Vout=0V。再由PCI6014向外输出0.5V电压加至Vin（+），Vin（-）端接地，ref接地，设置放大器G=10.测得Vout=5V
2、 独立连接稳压电路，测得读数为2.5V
3、 独立连接传感器电路，测得读数为305mV，室温为29度，理想情况读数应为302mV，产生3mV的偏差。后用冰水测试，测得读数为276mV。确认AD590有零位偏差3mV。
4、将电路连起来，稳压电路输出加在Vin（-）上，传感器电路输出加在Vin（+）上，将Vout连至CH7+，观测波形。
三、实验结果与分析
成功
在整体连接时出现一些偏差，应为2.5v的稳压输出变成2.52V、传感器出现零位偏差、放大器数值又超量程等。但由于独立模块已经测试完成，因此能够有目标对电路连接区域进行监测和分析。
分析：2.52V的稳压输出和接地处离公共端的远近有关系，可能附加了阻抗，将每个模块的地合在一起，再一起连至公共端较好地解决了这个问题。
传感器零位偏差在预料之内，因为实验室AD590放置时间较长，可能出现一些意想不到的变化，因此特地准备了冰水进行检测。
放大器数值超量程，经过检测，检测端sence和Vout的连线断路，导致无反馈。将导线换后成功。
四、实验总结：
1、 地是很重要的一个环节
2、 对实验的思路明确清晰，事先做好预备工作是实验成功进行的基础。

六、结论
由于温室监测中所用传统仪器方法的局限性，本文提出了一种采用虚拟仪器技术构件温室温度监测系统的方案。主要从硬件和软件两个方面介绍了该虚拟仪器系统的研究开发过程及相关技术特点，最后设计出了一套温室温度虚拟仪器监测系统，完成了设计目标。
本文设计了一种基于AD590、PCI6014采集卡、PC机及LabVIEW软件的温室生态环境监测系统，实现了温室环境信息的数据实时采集及处理等功能。己经完成了系统硬件和主体软件的设计和调试工作，当前只设计了1个数据采集通道，能够根据需要继续添加。

本课题主要完成了以下工作:
1、结合虚拟仪器技术、传感器技术、数据采集技术及PCl总线等技术构建了DAQ
式的温室环境虚拟仪器监测系统整体方案设计。
2、完成了系统的各部分模块间的设计与组建(硬件和软件)，实现了系统的数据采集，并对硬件部分和软件部分进行重复多次的调试。

展望及升级空间：
在本系统的整个设计过程是在查阅了大量的文献资料的基础上进行的，主要包括:温室环境调控的基本理论及相关技术、虚拟仪器技术和数据采集技术等。在研究的过程中的不断深入之后，越来越发现还有很多特别值得深入研究的具有重大意义的内容需要进行拓展。虽然经多次调试后，硬件和软件均达到了虚拟仪器测试系统的基本要求，可是依然有许多需要进一步改进的地方。
建议今后的深入研究从以下几个方面进行展开:
1、在测试系统监测过程中，有时会出现一些错误的数据情况，对此需要采用诸如PID算法等方法进一步提高系统的抗干扰能力以提高其稳定性，对有条件的研究能够选用更加优质高效的产品。
2、为了快速完成搭建实验的目标，实验简化为单点测温系统。以后能够进行多点分布式采集数据，进行处理。
3、因小组水平有限，加之实验条件有限，本文对控制部分进行了淡化，建议在今后的研究中，尝试对本文所提出的控制策略与虚拟仪器技术结合的思路进行实际应用研究。

虚拟仪器技术是一种新的测试技术，正处在高速发展的阶段，是当前十分热门的研究领域。在中国，这方面的研究工作已经取得了一些成果，但与世界发达国家还有很大的差距，
特别在农业工程领域的应用还处于起步阶段，很值得我们在