《虛擬仿真技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報告的封面.doc

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本科課程設(shè)計(jì)報告 題目 熱電偶的測溫及冷端補(bǔ)償 課程名稱:虛擬仿真技術(shù) 指導(dǎo)教師：秦新燕 班級 學(xué)生姓名（學(xué)號） 同組學(xué)生姓名 同組學(xué)生姓名 11級電本1 1 徐敏 鐘菲 許斯慧 完成時間： 物理與電子信息學(xué)院電子信息系 二〇一四年 目 錄 第1章 虛擬儀器課程設(shè)計(jì)的意義及任務(wù).......................3 1.1課程設(shè)計(jì)的意義.................................3 1.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)說明................................3 第2章 關(guān)于虛擬儀器和Labview..............................4 2.1虛擬儀器簡介...................................4 2.2 Labview概述...................................5 2.2.1Labview簡介......................... 2.2.2 什么是VI.................................. 2.2.3 Labview面板......................... 第3章 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ)..................... 3.1 熱電偶測溫工作原理.............................. 3.2 熱電偶冷端補(bǔ)償原理............................ 第4章 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償硬件和軟件設(shè)計(jì)................ 4.1 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償硬件設(shè)計(jì).................... 4.2 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償軟件設(shè)計(jì)................... 4.2.1 模型的建立................................ 4.2.2 溫度補(bǔ)償?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)....................... 4.2.3 放大電路設(shè)計(jì).............................. 4.2.4 直流穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)........................... 4.3 LabVIEW虛擬儀器設(shè)計(jì)....................... 4.3.1 數(shù)據(jù)顯示子程序設(shè)計(jì)....................... 4.3.2 接口電路的設(shè)計(jì)與編譯....................... 第5章 綜合電路仿真....................... 5.1 熱電偶及熱電偶補(bǔ)償子電路分析................... 5.2 直流穩(wěn)壓源子電路分析....................... 5.2.1 電橋整流輸出電壓....................... 5.2.2 濾波后輸出電壓....................... 5.2.3 接三端穩(wěn)壓后輸出....................... 5.2.4 電壓調(diào)整率....................... 5.2.5 電流調(diào)整率....................... 5.2.6 紋波電壓....................... 5.2.7輸出抗干擾電路分析 ....................... 第六章 心得體會與設(shè)計(jì)總結(jié)...................... 參考文獻(xiàn) ..............................................10 第一章 虛擬儀器課程設(shè)計(jì)的意義及任務(wù) 1.1 課程設(shè)計(jì)的意義 虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子測量技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種新型儀器。在國外，虛擬儀器技術(shù)已經(jīng)比較熟了，由于其很強(qiáng)的靈活性，使得該技術(shù)非常適用于現(xiàn)代復(fù)雜的測試測量系統(tǒng)中。近幾年，虛擬儀器技術(shù)在國內(nèi)的發(fā)展勢也越來越受到重視。成熟的虛擬儀器技術(shù)由三大部分組成：高效的軟件編程環(huán)境、模塊化儀器和一個支持模塊化I/O集成的開放的硬件構(gòu)架，該課程設(shè)計(jì)的目的就是，通過一些功能簡單的儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要在這三個方面上有更深一步的了解。 1.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)說明 本課程設(shè)計(jì)分為四個部分，其一為熱電偶測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其二為溫度補(bǔ)償?shù)碾娐吩O(shè)計(jì)，其三為放大電路設(shè)計(jì)，其四為直流穩(wěn)壓源設(shè)計(jì)。這四部分的具體要求如下： 1、 熱電偶測溫系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在LABVIEW 8.5的軟件環(huán)境下，應(yīng)用熱電式傳感器、時域信號采集器和一些運(yùn)放電路設(shè)計(jì)一個熱電偶測溫系統(tǒng)，其功能要求如下： 1） 設(shè)計(jì)一個量程范圍為0~100℃的溫度顯示器； 2） 可以連續(xù)測溫，并做記錄； 3） 如果溫度超出范圍就報警。 2、 溫度補(bǔ)償?shù)碾娐吩O(shè)計(jì) 在Multisim10.0的軟件環(huán)境下，功能要求如下： 1）保持冷端溫度為0； 2）當(dāng)冷端溫度產(chǎn)生誤差時要進(jìn)行冷端補(bǔ)償。 3、 放大電路設(shè)計(jì) 在Multisim10.0的軟件環(huán)境下，功能要求如下： 1）RW1可調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)； 2）RW2用于電路調(diào)零； 3）對電橋、比例放大的調(diào)零和增益的調(diào)整。 4、 直流穩(wěn)壓源設(shè)計(jì) 在Multisim10.0的軟件環(huán)境下，功能要求如下： 1） 實(shí)現(xiàn)交流—直流的轉(zhuǎn)換； 2） 提供穩(wěn)定的供電電壓。 第2章 關(guān)于虛擬儀器和Labview 2.1 虛擬儀器簡介 虛擬儀器是在PC機(jī)基礎(chǔ)上通過數(shù)采、信號調(diào)理硬件、信號處理分析(DASP) 及各種應(yīng)用軟件構(gòu)架而成的具有可視化界面的儀器，是一種全新概念的測試儀器。就其用途而言，它具有真實(shí)儀器的各項(xiàng)功能，是一套真實(shí)的儀器。而虛擬的含義是指用軟件來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器中許多硬件所實(shí)現(xiàn)的功能，甚至是傳統(tǒng)儀器無法實(shí)現(xiàn)的功能。用軟件制造儀器、用軟件代替硬件，可以滿足多領(lǐng)域、多樣化的應(yīng)用和擴(kuò)展需求。虛擬儀器的應(yīng)用前景極其廣泛，它相當(dāng)于一個“便攜式試驗(yàn)室”，可以為科學(xué)儀器與科學(xué)試驗(yàn)領(lǐng)域帶來一次深遠(yuǎn)的技術(shù)革命。虛擬儀器的出現(xiàn)最終將取代大量的傳統(tǒng)儀器成為儀器領(lǐng)域的主流產(chǎn)品，成為測量、分析、控制及自動化儀表的核心。軟件可以積聚人類的各種智慧，經(jīng)全面推廣，將來可以發(fā)展為智慧儀器。通過應(yīng)用大量的軟件和嵌入式芯片發(fā)展人腦工程，進(jìn)行信號和信息處理，是智慧機(jī)器人的基礎(chǔ)，并成為機(jī)器人的核心技術(shù)。目前計(jì)算機(jī)與互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及并深入到家庭，為推廣應(yīng)用虛擬儀器提供了廣泛的基礎(chǔ)。 虛擬儀器的五大特點(diǎn)： 1　 具有可變性、多層性、自主性的面板； 2　 強(qiáng)大的信號處理功能； 3　 虛擬儀器的功能、性能、指標(biāo)可由用戶定義； 4　 具有標(biāo)準(zhǔn)的、功能強(qiáng)大的接口總線、板卡以及相應(yīng)軟件； 5　 虛擬儀器具有開發(fā)周期短、成本低、維護(hù)方便、易于應(yīng)用的特點(diǎn)。 2.2 Labview概述 2.2.1 Labview簡介 LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。 2.2.2 什么時VI？ VI是虛擬儀器的簡寫,它還是LabVIIW的一個程序。這類似C語言中的.C或者C++的.cpp。 一個VI可以實(shí)現(xiàn)一個函數(shù)或某項(xiàng)功能?？梢员黄渌腣I調(diào)用。LabVIEW通過這樣的方式，實(shí)現(xiàn)模塊化編程。通俗的來說就是文本語言的函數(shù)，這不過vi是以圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的。 2.2.2 Labview面板 　1. 前面板 　　使用輸入控制和輸出顯示來構(gòu)成前面板?？刂剖怯脩糨斎霐?shù)據(jù)到程序的接口。而顯示是輸出程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)接口?？刂坪惋@示有許多種類，可以從控制模板的各個子模板中選取。 　　兩種最常用的前面板對象是數(shù)字控制和數(shù)字顯示。若想要在數(shù)字控制中輸入或修改數(shù)值，你只需要用操作工具（見工具模板）點(diǎn)擊控制部件和增減按鈕，或者用操作工具或標(biāo)簽工具雙擊數(shù)值欄進(jìn)行輸入數(shù)值修改。 　　2. 框圖程序 　　框圖程序是由節(jié)點(diǎn)、端點(diǎn)、圖框和連線四種元素構(gòu)成的。 　　節(jié)點(diǎn)類似于文本語言程序的語句、函數(shù)或者子程序。LabVIEW有二種節(jié)點(diǎn)類型----函數(shù)節(jié)點(diǎn)和子VI節(jié)點(diǎn)。兩者的區(qū)別在于：函數(shù)節(jié)點(diǎn)是LabVIEW以編譯好了的機(jī)器代碼供用戶使用的，而子VI節(jié)點(diǎn)是以圖形語言形式提供給用戶的。用戶可以訪問和修改任一子VI節(jié)點(diǎn)的代碼，但無法對函數(shù)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行修改。上面的框圖程序所示的VI程序有兩個功能函數(shù)節(jié)點(diǎn)，一個函數(shù)使兩個數(shù)值相加，另一個函數(shù)使兩數(shù)相減。 　　端點(diǎn)是只有一路輸入/輸出，且方向固定的節(jié)點(diǎn)。LabVIEW有三類端點(diǎn)----前面板對象端點(diǎn)、全局與局部變量端點(diǎn)和常量端點(diǎn)。對象端點(diǎn)是數(shù)據(jù)在框圖程序部分和前面板之間傳輸?shù)慕涌?。一般來說，一個VI的前面板上的對象（控制或顯示）都在框圖中有一個對象端點(diǎn)與之一一對應(yīng)。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除面板對象時，可以自動創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的對象端點(diǎn)?？刂茖ο髮?yīng)的端點(diǎn)在框圖中是用粗框框住的，如例子中的A和B端點(diǎn)。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。顯示對象對應(yīng)的端點(diǎn)在框圖中是用細(xì)框框住的。如例子中的A+B和A-B端點(diǎn)。它們只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流終點(diǎn)。常量端點(diǎn)永遠(yuǎn)只能在VI程序框圖中作為數(shù)據(jù)流源點(diǎn)。 　　圖框是LabVIEW實(shí)現(xiàn)程序結(jié)構(gòu)控制命令的圖形表示。如循環(huán)控制、條件分支控制和順序控制等，編程人員可以使用它們控制VI程序的執(zhí)行方式。代碼接口節(jié)點(diǎn)（CIN）是框圖程序與用戶提供的C語言文本程序的接口。 　　連線是端口間的數(shù)據(jù)通道。它們類似于普通程序中的變量。數(shù)據(jù)是單向流動的，從源端口向一個或多個目的端口流動。不同的線型代表不同的數(shù)據(jù)類型。在彩顯上，每種數(shù)據(jù)類型還以不同的顏色予以強(qiáng)調(diào)。 第三章 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ) 3.1 熱電偶測溫工作原理 熱電偶是利用熱電效應(yīng)(塞貝克效應(yīng))工作的，工作原理見圖1，由兩種不同的金屬導(dǎo)體A和B組成閉合回路，當(dāng)兩端結(jié)點(diǎn)溫度不同(設(shè)為t和t0，其中t為熱電偶測量端溫度，t0為參比端即冷端溫度)，則回路內(nèi)將 產(chǎn)生熱電動勢EAB(t，t0)。熱電勢的大小只與熱電偶導(dǎo)體的材料以及兩端的溫差有關(guān)，t與t0的溫差越大，熱電勢越大，與熱電偶導(dǎo)體的長度、直徑等無關(guān)。 3.2 熱電偶冷端補(bǔ)償原理 熱電偶冷端補(bǔ)償原理：測溫的目的是測得以0℃為基準(zhǔn)的測量端即熱端溫度t，而熱電偶輸出熱電勢EAB(t，t0)反映的是相對于冷端溫度的熱端溫度，只有將冷端置于冰水混合液中，才能使冷端溫度t0不受環(huán)境溫度的影響始終保持0℃，此時熱電勢EAB(t，0)對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度才是測量點(diǎn)即熱端的溫度。而在實(shí)際工程應(yīng)用中，很難保證這樣的條件，這也是熱電偶測溫過程中需要冷端補(bǔ)償?shù)脑蚝鸵饬x。 根據(jù)中間溫度定律， EAB(t，t0)=EAB(t，0)一EAB(t0，0) （1） 根據(jù)式(1)，可得 EAB(t，0)=EAB(t，t0)+EAB(t0，0) (2) 由式(2)可知，只要將實(shí)測熱電勢EAB(t，t0)加上冷端修正熱電勢EAB(t0，0)即可得到熱電偶測量端熱電勢EAB(t，0)，通過查標(biāo)準(zhǔn)溫度表即可得到熱端溫度t，或者冷端處于恒溫環(huán)境，即t0已知的情況下，也可以方便地測得熱端溫度t。這種通過修正熱電勢EAB(t0，0)或t0進(jìn)而得到熱端溫度t的過程即為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。 第四章 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償硬件和軟件設(shè)計(jì) 4.1 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償硬件設(shè)計(jì) 4.2 熱電偶測溫及冷端補(bǔ)償軟件設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn) 1：基于運(yùn)算放大器和模擬集成電路的設(shè)計(jì)；賽爾吉?dú)W.弗朗哥，2001 2：模擬電子技術(shù)；康華光，1998 3：電路理論；邱關(guān)源，1999 4：數(shù)字電子技術(shù)；閆石，2006 5: 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）；康華光，2006 6：電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分）；康華光，2006 - 10 -