基于虚拟仪器的液位控制系统设计

绪论引言测控技术与仪器实验室有5套液位控制实验装置，但这些控制装置目前都是用传统模拟仪表进行控制。为了在这些实验装置上进行开展研究性实验，必须先将这些实验装置改造为由计算机进行液位检测和控制。虚拟仪器VI（VisualInstrument）正在成为当今世界流行的一种一起构成方案，它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统[1]。工业液位控制中,常常用到液位控制。在这些控制中，最重要的参数是液位，因此有必要对液位控制进行自动的、实时的监控。过去通用的方法是由工作人员分班定时监测液位计的指示值,将指示值与规定液位数值比较,并算出两者的差值,根据液位变化大小作出判断、控制阀门的开度大小。其弊端是定时查看缺乏实时性,不能对系统中的突发事件进行及时地处理;不能排除人为发生错误的因素,如记录时的误读和误记等[2]。所以,本毕业设计要设计一套实时、自动的液位控制监控系统，并充分引入虚拟仪器的概念,使所设计的监控系统结构清晰、概念简单。课题背景虚拟仪器技术的国内外发展现状虚拟仪器VI（VisualInstrument）正在成为当今世界流行的一种一起构成方案，它把计算机平台与具有标准接口的硬件模块及开发测试软件结合起来构成系统。虚拟仪器在国外已经比较成熟了，由于其很强的灵活性，使得该技术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[3]。而虚拟仪器系统利用了计算机系统的强大功能，大大突破了传统仪器在数据采集、处理、显示、存储等方面的限制，用户可以自由定义，自由组合计算机平台、硬件、软件以及完成系统功能所需的附件，可以方便的对其进行维护、扩展、升级，因此“SoftisInstruments(软件就是仪器)的观念正逐步被人们接受[3]。现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，也冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。自从1986年美国国家仪器公司(NationalInstrumentsCorp，简称NI)提出虚拟仪器的概念以后，虚拟仪器由于其性价比、开放性等优势迅速地占领了市场。虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性[4]。虚拟仪器技术发展趋势虚拟仪器是微电子、通信、计算机等现代科学技术高速发展的产物。自从1785年库仑发明静电扭秤，1834年哈里斯提出静电电表结构以来，电测仪表和电子仪器随相关技术的进步、仪器仪表元器件质量的提高和测量理论方法的改进得到飞速发展。有一种较普遍地说法将测量仪器的发展分为五个阶段，如图1.1所示。图1.SEQ图1.\*ARABIC1测量技术的发展从十九世纪初到二十世纪末，测量仪器经历了模拟仪器、电子仪器、数字仪器、智能仪器等阶段，发展到现在的虚拟仪器。模拟仪器主要有模拟式电压表、电流表等，这些仪表解决了当时对某些量的测量的需求。从二十世纪初到五十年代左右，测量仪器的材料性能得到改善出现了电子管，同时测量理论和方法与电子技术、控制技术相结合，出现了以记录仪和示波器为代表的电子仪表五十年代以后随着晶体管和集成电路的出现以及应用电子技术的发展将数字技术成功地应用到测量仪器。这时电子控制集成电路和计算机技术开始融为一体成为测量仪器的主要特征。七十年代初第一片微处理器问世，微型计算机技术从此发展迅猛，在其影响下测量仪器呈现出新的活力并取得了长足进步。伴随微电子技术、计算机技术、网络技术的迅速发展及在电工电子测量技术领域的应用，测量仪器也不断进步和发展，出现了智能仪器。智能仪器是将微机置于仪器内部，使仪器具有控制、存储、运算、逻辑判断及自动操作等智能特点，并在测量准确度、灵敏度、可靠性、自动化程度、运用能力及解决测量技术问题的深度和广度等方面都有明显的进步。这种内置微处理器的仪器，既能进行自动测试又能完成数据处理，可取代部分的脑力劳动。随着电子技术、微计算机技术的发展，智能仪器的智能水平不断提高。但是在数字化仪器、智能仪器阶段基本上没有摆脱传统仪器那种独立使用、手动操作的模式，难以胜任更复杂、多任务的测量需求。为解决这样的问题，总线式仪器与系统应运而生。人们发明制造出CAMAC、RS-232和GPIB等多种仪器通讯接口总线，用于将多台智能仪器连在一起，以构成更复杂的测试系统。1982年美国西北仪器公司总裁德·伯克提出了微机化仪器的概念，也就是人们现在常提到的卡式仪器。卡式仪器是虚拟仪器的雏形，是将传统独立式仪器的测量电路部分与接口部分集合在一起制成仪器功能卡，将其插入微机的内部插槽或外部插件箱中形成的仪器。PC总线仪器系统是卡式仪器的一种，它是利用PC机内部的总线，把若干块仪器卡插在PC机内部或外部扩展机箱内而组成的。插卡总线机箱与PC机间的通信，可利用RS-232、GPIB接口总线或以太网电缆等进行。虽然许多厂家通过定义新的仪器总线，不断对卡式仪器进行改进，但其大多是在微机内总线的插槽上进行开发，没有统一标准，且各厂家生产的插卡尺寸大小不一，设备兼容性较差。在这种情况下，用户自然会提出标准化的要求。1987年，美国的惠普和泰克等5家公司在VME总线的基础上，联合提出了一种新型总线系统-VXI(VMEeXtensionForInstrumentation)总线，即由微机总线VME扩展而成的微机化仪器专用总线。1997年美国NI公司推出了一种新的仪器总线标准PXI总线标准。制定PXI规范的目的是为了将PC的性能价格比优势和PCI总线面向仪器领域的必要扩展结合起来，以期形成一种主流的虚拟仪器测试平台。相对VXI仪器，按PXI总线标准制成的PXI仪器具有成本低、便于组成便携式测试系统等优点[2]。这些以PC为核心、由测量功能软件支持，具有虚拟控制面板、必要仪器硬件和通信能力的PC仪器或VXI仪器就是虚拟仪器。虚拟仪器技术的出现，使得用户可以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，满足多种多样的实际需求。随着虚拟仪器软件开发平台及硬件的发展，基于虚拟仪器的仪器系统的开发周期更短，费用更低，测量速度、准确度及可复用性提高，且更便于相应仪器系统的维护和扩展[3]。基于虚拟仪器技术的数据采集系统的提出在一定程度上解决了传统数据采集所面临的问题，虚拟仪器数据采集系统成为当今数据采集系统发展的重要方向。本文正是在虚拟仪器技术的基础上对多通道数据采集系统进行了设计，实现多路信号的采集，并对实验数据进行实时显示、记录、分析处理。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命，代表着仪器发展的最新趋势和新方向，并且是信息技术的重要领域扩充，对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。虚拟仪器的开发软件虚拟仪器的开发语言虚拟仪器系统的开发语言有：标准C，VisualC++，VisualBasic等通用程序开发语言。但直接由这些语言开发虚拟仪器系统，是有相当难度的。除了通用程序开发语言以外，还有一些专用的虚拟仪器开发语言和软件，其中有影响的开发软件有：NI公司的Labview，LabWindows/CVI。Labview采用图形化编程方案，是非常实用的开发软件。LabWindows/CVI是为熟悉C语言的开发人员准备的，是在Windows环境下的标准ANSIC开发环境。除此以外还有HP公司的HP-VEE，HP-TIG开发平台，美国Tektronix公司的Ez-Test，Tek-TNS平台软件，这些都是国际上公认的优秀的虚拟仪器开发软件平台[11]。图形化虚拟仪器开发平台——LabviewLabview(LaboratoryVisualInstrumentEngineering)是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。Labview集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/PI、ActiveX等软件标准的库函数，是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都更加形象化。目前，在以PC机为基础的测试和工控软件中，Labview的市场普及率仅次于C++/C语言。Labview具有一系列无与伦比的优点：首先，Labview作为图形化语言编程，采用流程图式的编程，运用的设备图标与科学家、工程师们习惯的大部分图标基本一致，这使得编程过程和思维过程非常相似；同时，Labview提供了丰富的VI库和仪器面板素材库，近600种设备的驱动程序(可扩充)如GPIB设备控制、VXI总线控制、串行口设备控制、以及数据分析、显示和存储；并且Labview还提供了专门用于程序开发的工具箱，使得用户能够设置断点，调试过程中可以使用数据探针和动态执行程序来观察数据的传输过程，更加便于程序的调试。因此，Labview受到越来越多工程师、科学家的普遍青睐。利用Labview，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32编译器。像许多通用的软件一样，Labview提供了Windows、UNIX、Linux、MacintoshOS等多种版本[12]。基于Labview平台的虚拟仪器程序设计所有的Labview应用程序，即虚拟仪器(VI)，它包括前面板(FrontPanel)、流程图(BlockDiagram)以及图标/连结器(Icon/Connector)三部分。1）前面板：前面板是图形用户界面，也就是VI的虚拟仪器面板，这一界面上有用户输入和显示输出两类对象，具体表现有开关、旋钮、图形以及其他控制和显示对象。但并非画出两个控件后程序就可以运行，在前面板后还有一个与之对应的流程图。2）流程图：流程图提供VI的图形化源程序。在流程图中对VI编程，以控制和操纵定义在前面板上的输入和输出功能。流程图中包括前面板上的控件连线端子，还有一些前面板上没有，但编程必须有的东西，例如函数、结构和连线等。如果将VI与传统仪器相比较，那么前面板上的控件对应的就是传统仪器上的按钮、显示屏等控件，而流程图上的连线端子相当于传统仪器箱内的硬件电路。这种设计思想的优点体现在两方面：①类似流程图的设计思想，很容易被工程人员接受和掌握，特别是那些没有很多程序设计经验的工程人员。②设计的思路和运行过程清晰而且直观。如通过使用数据探针、高亮执行调试等多种方法，程序以较慢的速度运行，使没有执行的代码显示灰色，执行后的代码会高亮显示，同时在线显示数据流线上的数据值，完全跟踪数据流的运行。这为程序的调试和参数的设定带来诸多的方便。3）图标/连接设计：这部分的设计突出体现了虚拟仪器模块化程序设计的思想。在设计大型自动检测系统时一步完成一个复杂系统的设计是相当有难度的。而在Labview中提供的图标/连接工具正是为实现模块化设计而准备的。设计者可把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个都可完成一定的功能。这样设计的优点体现在如下几方面：①把一个复杂自动检测系统分为多个子系统，程序设计思路清晰，给设计者调试程序带来了诸多的方便。同时也对于将来系统的维护提供了便利。②一个复杂自动检测系统分为多个子系统，每一个子系统都是一个完整的功能模块，这样把测试功能细节化，便于实现软件复用，大大节省软件研发周期，提高系统设计的可靠性。③便于实现“测试集成”和虚拟仪器库的思想。同时为实现虚拟仪器设计的灵活性提供了前提。本设计所做的工作完成对液位信号的采集；实现对一个液位控制的单回路PID控制算法或串级PID算法，并通过数据采集卡输出控制信号。态显示采集信号并保存一定时段的液位采集数据和控制信号。系统设计理论及硬件平台数据采集理论该部分主要包括数据采集技术概述，传感器，输入信号的分析、调理以及测量系统的选择，下面分别予以说明。数据采集技术概论在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与外部物理世界连接的桥梁。各种类型信号采集的难易程度差别很大。实际采集时，噪声也可能带来一些麻烦。数据采集时，有一些基本原理要注意，还有更多的实际的问题要解决。假设现在对一个模拟信号x(t)每隔△t时间采样一次。时间间隔△t被称为采样间隔或者采样周期。它的倒数l/△t被称为采样频率，单位是采样数/每秒。t＝0，△t，2△t，3△t……等等，x(t)的数值就被称为采样值。所有x(0)，x(△t)，x(2△t)都是采样值。这样信号x(t)可以用一组分散的采样值来表示：{x(0)，x(△t)，x(2△t)，x(3△t)，…，x(k△t)，…}图2.1显示了一个模拟信号和它采样后的采样值。采样间隔是△t，注意，采样点在时域上是离散的。图2.SEQ图2.\*ARABIC1模拟信号采样图如果对信号x(t)采集N个采样点，那么x(t)就可以用下面这个数列表示：X={x[0]，x[l]，x[2]，x[3]，…，x[N－l]}这个数列被称为信号x(t)的数字化显示或者采样显示。这个数列中仅仅用下标变量编制索引，而不含有任何关于采样率(或△t)的信息。所以如果只知道该信号的采样值，并不能知道它的采样率，缺少了时间尺度，也不可能知道信号x(t)的频率。根据采样定理，最低采样频率必须是信号频率的两倍。反过来说，如果给定了采样频率，那么能够正确显示信号而不发生畸变的最大频率叫做恩奎斯特频率，它是采样频率的一半。如果信号中包含频率高于奈奎斯特频率的成分，信号将在直流和恩奎斯特频率之间畸变。图2.2和图2.3显示了一个信号分别用合适的采样率和过低的采样率进行采样的结果。图2.SEQ图2.\*ARABIC2合适采样率采样波形图2.SEQ图2.\*ARABIC3采样率过低采样波形采样率过低的结果是还原的信号的频率看上去与原始信号不同。这种信号畸变叫做混叠。出现的混频偏差是输入信号的频率和最靠近的采样率整数倍的差的绝对值。为了避免这种情况的发生，通常在信号被采集(A/D)之前，经过一个低通滤波器，将信号中高于奈奎斯特频率的信号成分滤去。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了，但实际上工程中选用5-10倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。采集系统的一般组成图2.SEQ图2.\*ARABIC4数据采集结构图图2.4表示了数据采集的结构。在数据采集之前，程序将对采集板卡初始化，板卡上和内存中的Buffer是数据采集存储的中间环节。传感器传感器部分是跟外界沟通的门户，负责把外界的各种物理信息，如光、压力、温度、声音等物理信号变成电信号。因为被控制对象的信号来源已经是变换好的1V-5V的电信号，所以传感器部分在设计中没有得到具体体现，但是这部分是设计过程中必需要考虑的。信号调理从传感器得到的信号大多要经过调理才能进入数据采集设备，信号调理功能包括放大、隔离、滤波、激励、线性化等。由于不同传感器有不同的特性，除了这些通用功能外，还要根据具体传感器的特性和要求来设计特殊的信号调理功能。信号调理的通用功能如下：①放大②隔离③滤波④激励⑤线性化⑥数字信号调理输入信号的连接方式一个电压信号可以分为接地和浮动两种类型。测量系统可以分为差分(Differential)、参考地单端(RSE)、无参考地单端(NRSE)三种类型。⒈测量系统分类1）差分测量系统(DEF)差分测量系统中，信号输入端与一个模拟入通道相连接。具有放大器的数据采集卡可配置成差分测量系统。图2.5描述了一个8通道的差分测量系统，用一个放大器通过模拟多路转换器进行通道间的转换。标有AIGND(模拟输入地)的管脚就是测量系统的地。一个理想的差分测量系统仅能测出(+)和(-)输入端口之间的电位差，完全不会测量到共模电压。然而，实际应用的板卡却限制了差分测量系统抵抗共模电压的能力，数据采集卡的共模电压的范围限制了相对与测量系统地的输入电压的波动范围。共模电压的范围关系到一个数据采集卡的性能，可以用不同的方式来消除共模电压的影响。如果系统共模电压超过允许范围，需要限制信号地与数据采集卡的地之间的浮地电压，以避免测量数据错误。图2.SEQ图2.\*ARABIC5八通道差分测量系统2）参考地单端测量系统(RSE)一个RSE测量系统，也叫做接地测量系统，被测信号的一端接模拟输入通道，另一端连接系统地AIGND。图2.6表示了一个16通道的RSE测量系统。图2.SEQ图2.\*ARABIC6十六通道RSE测量系统3）无参考地单端测量系统(NRSE)在NRSE测量系统中，信号的一端接模拟输入通道，另一端接一个公用参考端，但这个参考端电压相对于测量系统的地来说是不断变化的。图2.7说明了一个NRSE测量系统，其中AISENSE是测量的公共参考端，AIGND是系统的地。图2.SEQ图2.\*ARABIC7十六通道NRSE测量系统选择合适的测量系统两种信号源和三种测量系统一共可以组成如表2.1的六种连接方式：表2.1测量系统连接方式接地信号浮动信号DEF☆☆RSE☆☆NRSE☆☆其中，推荐使用带☆号的方式。从上表可以看出，浮动信号和差分连接方式的系统较好，但实际测量时还要看情况而定，本设计采用的是差分方式进行连接。PID控制理论PID控制器（比例-积分-微分控制器），由比例单元P积分单元I和微分单元D组成。通过Kp，Ki和Kd三个参数的设定。PID控制器主要适用于基本线性和动态特性不随时间变化的系统。PID控制器是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件。这个控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。和其他简单的控制运算不同，PID控制器可以根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。PID是以它的三种纠正算法而命名的。这三种算法都是用加法调整被控制的数值。而实际上这些加法运算大部分变成了减法运算因为被加数总是负值。这三种算法是：⑴比例-来控制当前，误差值和一个负常数P（表示比例）相乘，然后和预定的值相加。P只是在控制器的输出和系统的误差成比例的时候成立。这种控制器输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系。⑵积分-来控制过去，误差值是过去一段时间的误差和，然后乘以一个负常数I，然后和预定值相加。I从过去的平均误差值来找到系统的输出结果和预定值的平均误差。一个简单的比例系统会振荡，会在预定值的附近来回变化，因为系统无法消除多余的纠正。通过加上一个负的平均误差比例值，平均的系统误差值就会总是减少。所以，最终这个PID回路系统会在预定值定下来。⑶导数-来控制将来，计算误差的一阶导，并和一个负常数D相乘，最后和预定值相加。这个导数的控制会对系统的改变作出反应。导数的结果越大，那么控制系统就对输出结果作出更快速的反应。这个D参数也是PID被称为可预测的控制器的原因。D参数对减少控制器短期的改变很有帮助。一些实际中的速度缓慢的系统可以不需要D参数。用更专业的话来讲，一个PID控制器可以被称作一个在频域系统的滤波器。这一点在计算它是否会最终达到稳定结果时很有用。如果数值挑选不当，控制系统的输入值会反复振荡，这导致系统可能永远无法达到预设值。控制规律的选择尽管不同类型的控制器，其结构、原理各不相同，但是基本控制规律只有三个：比例（P）控制、积分（I）控制和微分（D）控制。这几种控制规律可以单独使用，但是更多场合是组合使用。如比例（P）控制、比例-积分（PI）控制、比例-积分-微分（PID）控制等。①比例（P）控制单独的比例控制也称“有差控制”，输出的变化与输入控制器的偏差成比例关系，偏差越大输出越大。实际应用中，比例度的大小应视具体情况而定，比例度太大，控制作用太弱，不利于系统克服扰动，余差太大，控制质量差，也没有什么控制作用；比例度太小，控制作用太强，容易导致系统的稳定性变差，引发振荡。对于反应灵敏、放大能力强的被控对象，为提高系统的稳定性，应当使比例度稍大些；而对于反应迟钝，放大能力又较弱的被控对象，比例度可选小一些，以提高整个系统的灵敏度，也可以相应减小余差。单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。工业生产中比例控制规律使用较为普遍。②比例积分（PI）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的、应用最普遍的一种，其最大优点就是控制及时、迅速。只要有偏差产生，控制器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用。积分控制器的输出与输入偏差对时间的积分成正比。这里的“积分”指的是“积累”的意思。积分控制器的输出不仅与输入偏差的大小有关，而且还与偏差存在的时间有关。只要偏差存在，输出就会不断累积（输出值越来越大或越来越小），一直到偏差为零，累积才会停止。所以，积分控制可以消除余差。积分控制规律又称无差控制规律。积分时间的大小表征了积分控制作用的强弱。积分时间越小，控制作用越强；反之，控制作用越弱。积分控制虽然能消除余差，但它存在着控制不及时的缺点。因为积分输出的累积是渐进的，其产生的控制作用总是落后于偏差的变化，不能及时有效地克服干扰的影响，难以使控制系统稳定下来。所以，实用中一般不单独使用积分控制，而是和比例控制作用结合起来，构成比例积分控制。这样取二者之长，互相弥补，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力。因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。比例积分控制器是目前应用最为广泛的一种控制器，多用于工业生产中液位、压力、流量等控制系统。由于引入积分作用能消除余差，弥补了纯比例控制的缺陷，获得较好的控制质量。但是积分作用的引入，会使系统稳定性变差。对于有较大惯性滞后的控制系统，要尽量避免使用。③比例微分（PD）控制比例积分控制对于时间滞后的被控对象使用不够理想。所谓“时间滞后”指的是：当被控对象受到扰动作用后，被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，比如容量滞后，此时比例积分控制显得迟钝、不及时。为此，人们设想：能否根据偏差的变化趋势来做出相应的控制动作呢？犹如有经验的操作人员，即可根据偏差的大小来改变阀门的开度（比例作用），又可根据偏差变化的速度大小来预计将要出现的情况，提前进行过量控制，“防患于未然”。这就是具有“超前”控制作用的微分控制规律。微分控制器输出的大小取决于输入偏差变化的速度。微分输出只与偏差的变化速度有关，而与偏差的大小以及偏差是否存在与否无关。如果偏差为一固定值，不管多大，只要不变化，则输出的变化一定为零，控制器没有任何控制作用。微分时间越大，微分输出维持的时间就越长，因此微分作用越强；反之则越弱。当微分时间为0时，就没有微分控制作用了。同理，微分时间的选取，也是需要根据实际情况来确定的。微分控制作用的特点是：动作迅速，具有超前调节功能，可有效改善被控对象有较大时间滞后的控制品质；但是它不能消除余差，尤其是对于恒定偏差输入时，根本就没有控制作用。因此，不能单独使用微分控制规律。比例和微分作用结合，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。④比例积分微分（PID）控制最为理想的控制当属比例-积分-微分控制规律。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。当偏差阶跃出现时，微分立即大幅度动作，抑制偏差的这种跃变；比例也同时起消除偏差的作用，使偏差幅度减小，由于比例作用是持久和起主要作用的控制规律，因此可使系统比较稳定；而积分作用慢慢把余差克服掉。只要三个作用的控制参数选择得当，便可充分发挥三种控制规律的优点，得到较为理想的控制效果。数据采集卡的选择数据采集板卡的性能与众多因素相关，要根据具体情况来具体分析。所以在选择数据采集卡构成系统时，首先必须对数据采集卡的性能指标有所了解。数据采集卡的主要性能指标1）采样频率采样频率的高低，决定了在一定时间内获取原始信号信息的多少，为了能够较好的再现原始信号，不产生波形失真，采样率必须要足够高才行。根据奈奎斯特理论采样频率至少是原信号的两倍，但实际中，一般都需要5～10倍。2）采样方法采集卡通常都有好几个数据通道，如果所有的数据通道都轮流使用同一个放大器和A/D转换器，要比每个通道单独使用各自的经济的多，但这仅适用于对时间不是很重要的场合。如果采样系统对时间要求严格，则必须同时采集，这就需要每个通道都有自己的放大和A/D转换器。但是处于成本的考虑，现在普遍流行的是各个数据通道公用一套放大器和A/D转换器。3）分辨率ADC的位数越多，分辨率就越高，可区分的电压就越小。例如，三位的A/D转换把模拟电压范围分成23=8段，每段用二进制代码在000到111之间表示。因而，数字信号不能真实地反映原始信号，因为一部分信息被漏掉了。如果增加到十二位，代码数从8增加到212=4096，这样就可以获得就能获得十分精确的模拟信号数字化表示。4）电压动态范围电压范围指ADC能扫描到的最高和最低电压。一般最好能够使进入采集卡的电压范围刚好与其符合，以便利用其可靠的分辨率范围。5）I/O通道数该参数表明了数据采集卡所能够采集的最多的信号路数。数据采集卡(DAQ卡)的组成1）多路开关。将各路信号轮流切换至放大器的输入端，实现多参数多路信号的分时采集。2）放大器。将切换进入采集卡的信号放大至需要的量程内。通常中的放大器都是增益可调的，使用者可根据需要来选择不同的增益倍数。3）采样保持器。把采集到的信号瞬间值，保持在A/D转换的过程中不变化。4）A/D转换器。将模拟的输入信号转化为数字量输出，完成信号幅值的量化。目前，通常将采样保持器和A/D转换器集成在同一块芯片上。以上四个部分是数据采集卡的重要组成部分，与其他的电路如定时/计数器、总线接口等电路仪器组成DAQ。PCI-1710HG数据采集卡PCI-1710HG是一款PCI总线的多功能数据采集卡。其先进的电路设计使得它具有更高的质量和更多的功能。这其中包含五种最常用的测量和控制功能：12位A/D转换、D/A转换、数字量输入、数字量输出及计数器/定时器功能。PCI-1710HG是研华公司的M系列多功能采集卡。该板卡的主要性能如下：1.16路单端或8路差分模拟量输入,或组合方式输入；2.12位A/D转换器,采样数率可达100KHz；3.每个通道的增益可编程；4.单端或差分输入自由组合；5.卡上4K采样FIFO缓冲器；6.2路12位模拟量输出；7.16路数字量输入及16路数字量输出；8.可编程触发器/定时器；9.板卡ID10.PCI总线数据传输基于以上原因，本设计选择了PCI-1710数据采集卡。PC机虚拟仪器就是用通用计算机强大的数据处理能力代替以往需要硬件电路才能完成的功能，所以液位控制系统软件运行的计算机平台的选择至关重要。本次设计的实验设备都在实验室，不用考虑设备在工业现场运行时常常有的较强振动、电源干扰和电磁干扰等因素。因此可以选用实验室通常用的计算机。推荐配置：处理器：Intel(R)Core(TM)2DuoCPUE6550@2.33GHz内存：1GB硬盘：160GB显卡：128M液位控制对象测控技术与仪器实验室水箱液位实验对象组成如图2.8所示。本实验要求根据图2.8,正确开关手动截止阀将1#~2#中任意一组水箱的其中一个液位作为被控参数，。实验所需仪器设备和材料清单如下：液位水箱、差压变送器、调节器、操作器、伺服放大器、调节阀、万用表、连接导线、其它实验主要仪器的连接端子已安装于实验接线面板上。图2.SEQ图2.\*ARABIC8水箱液位实验对象系统总体接线图如图2.9所示：C：控制器（调节器）。本设计中调节器被用作电压/电流转换器，测量值输入为1V-5V,操作输出信号为4~20mA，每个调节器设有多对插座孔（＋，－插孔）。其中:1，2孔为测量值输入，11，12外部供压信号，27，28孔为调节器输出。27孔（＋）插孔接电压/电流转换器来的正信号，28孔（－）插孔接电压/电流转换器来的负信号，不能接错。R：伺服放大器，输入信号4~20mA，每个通道有两个插座孔，其中1孔（＋）接调节器来的信号，2孔（－）电动操作端子的信号，注意不能接错。HT：液位变送器。液位变送器为LSRY或LSRT，水箱量程为0~380mmH2O，变送输出为4~20mA，通过接入R=250欧的电阻，使其输入到数据采集卡的信号为1V—5V。VL：电子式电动调节阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入4~20mA电流信号，对应阀门输出开度0~100%。图2.SEQ图2.\*ARABIC9系统总体接线图该装置中的被控变量为1#水箱的液位，并将其调节阀的开度作为操作变量。一般，支路1（VL1）流量作为操作变量通路。被调参数是1#水箱的液位H，调节参数是流入4#水箱的水流量Q，水箱液位由液位变送器检测得到液位反馈信号Hf(1V-5V电信号)，将其通过数据采集卡输入PC机，它和液位设定信号的转换电压值Hs进行比较，得到偏差信号Hi，调节器对输入偏差Hi进行PID运算，输出变化量u控制信号，控制电子调节阀门的阀位，改变调节参数Q，使被调参数H保持在设定值。液位控制系统控制原理如图2.10所示。（本设计中PID控制环节，由Labview提供的PID控制模块直接控制）图2.SEQ图2.\*ARABIC10液位控制系统原理方框图本设计的信号流图整个系统从被测对象开始，通过传感器转换成电信号，经过信号调理模块进行简单的信号出来，将信号送PCLD-1710接线板，然后通过PCI总线送入PCI-1710多功能数据采集卡进行数据采集，然后用软件进行处理。在采集过程中将数据保存起来，以便以后的历史数据查询。具体框图见图2.11基于虚拟仪器的液位控制系统信号流图。图2.SEQ图2.\*ARABIC11基于虚拟仪器的液位控制系统信号流图系统软件设计软件是虚拟仪器的关键。设计一个虚拟仪器系统，在硬件平台确定之后，就可以通过设计不同的软件，实现不同的仪器功能。在设计、实现虚拟仪器的软件系统时，需要考虑众多因素，如硬件需求、计算机硬件、操作系统；软件是否建立在开放的结构上，是否需要编程经验？利用此软件程序是否能在不同的计算机平台上移植?将来能否方便的扩展虚拟仪器的功能。由于选用专用的开发软件，必须具有一定的仪器以及数据采集设备配合使用。程序模块化设计概述数据采集系统的性能在很大程度上取决于其应用软件的研究与开发，所以在明确了系统设计目标之后，应该采用好的程序开发方法，如结构化设计方法、模块化思想、多线程以及软件系统的评价标准等等。软件系统的模块化设计原则为使研制出的软件具有良好的可靠性、易维护性、易扩充性及易装卸性，软件设计应遵循规范化的模块化设计原则[13]。1）自顶向下逐步求精的设计方法软件设计往往在开始时不了解问题的全部细节，只能对问题做出全局性的决策，即设计表征解决问题一般策略的抽象算法。对抽象算法做进一步求精，进入下一层抽象。在求精过程的每一步，抽象概念(语句或数据)都被精细化。2）根据逻辑功能划分物理模块①模块的分解：消除重复的功能部分，使得模块的块内联系较高，块间联系较低。②模块的合并；③模块的复制。3）模块的作用范围应处在模块的控制范围之内模块的作用范围是指模块内判定影响的范围。只要某模块中含有依赖于某种判定操作，则该模块就处于该判定的作用范围之内。4）依据逻辑功能确定模块之间的调用关系模块之间的调用与被调用，决定于模块各自的逻辑功能，因而对模块的扇入扇出并无加以限制的必要。一般来讲，底层模块的扇入较高，顶层模块的扇出较高。5）模块接口应保持简明降低模块接口的复杂性，是模块设计中必须考虑的问题。保持模块接口的简明，一方面须减少模块间传递的信息量，更重要的是使所传递的必要信息具有明确的逻辑含义。6）模块应保持单入口性质单入口模块，易于理解。由于副作用的减少，可以降低错误的发生率。模块的出口可以有多个，但均应具有明确的逻辑含义。7）模块结构增加中间判断层次，提高可扩充性图3.1-a，模块A调用B，以后扩充时还要让A调用C(图3.1-b)。这样在扩展时，除增加C外，尚须修改A，这种修改可能是困难的。图3.1-c，增加了一个中间判断层模块F，以一个开关量Flag决定模块A要调用的模块，这样对A的修改，仅局限于Flag的设置，大大较少了工作量。图3.SEQ图3.\*ARABIC1模块结构增加判断层次本设计的软件系统模块划分系统程序的主要功能为模块划分的标准，其中包括数据采集，数据实时显示，数据保存，历史数据的读取等功能。具体结构见图3.2基于虚拟仪器的液位控制系统功能模块图。图3.SEQ图3.\*ARABIC2基于虚拟仪器的液位控制系统功能模块图系统总体程序流程图图3.SEQ图3.\*ARABIC3系统总体程序流程图设计过程中的量程变换⑴从差压变送器传送到数据采集卡中的是1V-5V的电信号，其对应水箱液位值为0mm-380mm，要将采集来的信号Hf转化为也为的实际值H，其转换公式：H=（Hf-1）×（380÷4）=95×（Hf-1）⑵程序中要求输入的液位设定值Xs输入范围为0mm-380mm，将其转变为1V-5V的电压信号Hs，其转换公式：Hs=Xs÷（380÷4）+1=1+（Xs÷95）⑶偏差信号经PID运算控制后的输出信号U范围为1V-5V,由于执行器阀门开度Y%范围为0%-100%，其对应的输入信号为4mA-20mA，而数据采集卡的输出为1V-5V,1V-5V与4mA-20mA之间的变换可以用设备上的调节器来进行转化，这里当电压为1V时对应的电流为4mA,其间为线性变换。其转换公式：Y=(U-1)×25系统各模块应用程序数据采集与输出程序系统采用的是PCI-1710的多功能数据采集卡，由于该卡不支持DAQmx驱动程序，所以本设计是在PCI-1710采集卡提供的例子程序的基础上开发的，在这部分中，主要的采集参数的设置包括采样与输出通道的选择，采样模式、采样周期等。具体程序见图3.4。图3.SEQ图3.\*ARABIC4数据采集与数据输出程序PID控制算法程序根据毕业设计要求，本设计采用了带死区PID算法。图3.5是带死区PID算法的程序。本设计中PID控制过程采用Labview软件中自带的软件包中的PID子程序。本设计添加了控制过程的手动/自动切换功能，通过调节前面板的手动/自动按钮就可进行手动与自动之间的切换，是控制过程更加方便，使界面更友好。图3.SEQ图3.\*ARABIC5带死区PID算法数据保存程序数据保存是把采集来的数据保存到datalog里，这里可以通过设置，将采集的数据按照一定的时间间隔保存到datalog的表格里。具体程序见图3.6。图3.SEQ图3.\*ARABIC6数据保存程序历史数据读取程序历史数据查询，因为已经把采集的数据保存在datalog里，所以历史数据只需用读取程序读出来供计算时使用，每个数据的在时间上是唯一的。具体程序见图3.7。图3.SEQ图3.\*ARABIC7历史数据查询程序系统软件的具体实现系统监控界面当系统运行时在监控界面中可以选择控制对象，可以点击手动/自动按钮改变控制方式，自动控制时可以从键盘输入设定值、PID控制参数，死区值，手动控制时可以输入阀门开度值，界面中显示实时控制曲线及实时数据。图4.SEQ图4.\*ARABIC1系统监控界面实验步骤及其调试结果根据本设计要求，在实验设备上连线，按要求组成单回路水箱液位控制系统。设备运行前进行检查，确定连线正确及设备保护措施具备，运行Labview软件中编写的程序，将自动/手动按钮按到手动处，以使系统处于开环状态。合上两个空气开关，为设备通电，按下启动按钮，水箱开始注水，设定水箱水位的满值为380mm和零值为0mm，根据此值对差动变压器进行零点调整和满刻度调整，为以后差动变压器的使用做准备。4、初始化程序中的各参数，再次Labview软件中编写的程序，将自动/手动按钮按到手“自动”，系统变为闭环，直接观察实时曲线，等待水位再次达到平衡，观察曲线是否满足实验要求的性能，如果不满足，找出并解决问题，然后重复进行第四步直到完成要求。最后将满足要求的曲线保存。5.完成设计，关闭电源，拆掉连线，整理实验设备。Labview提供了非常丰富的图形界面来进行前面板的设计，波形图表能非常清晰的实时显示采集的液位波形。该面板灵活运用采用了属性节点来编程实现的。非常清楚的表达了采集波形的动态曲线。系统调试结果如图4.SEQ图4.\*ARABIC2所示，由图可知，系统很好的实现了控制功能，经过一段时间的波动，也为最终稳定在100mm处，阀门开度最终稳定在23%处。图4.SEQ图4.\*ARABIC3带死区PID运行曲线历史数据读取对采集数据的保存是本设计的一个突出特点，数据保存有着实际的意义，这样便于以后访问历史数据，还可以实现数据的远程访问。运行历史数据读取程序即可将记录的数据读取出来，考虑到有时保存大量数据而不利于显示，我们只要输入系统运行后所经历的时间即可查询到从该时刻开始的连续4秒内的数据，如图4.3，在索引出输入“0”后即可显示最初四秒的液位值，在如图4.4中，在索引出输入“600”后即显示运行开始后第600，601，602，603秒的液位值。图4.SEQ图4.\*ARABIC4历史数据表格显示界面图4.SEQ图4.\*ARABIC5历史数据表格显示界面总结在这两个多月的毕业设计中，我用在课堂上所学到的知识亲自去设计、安装、调试一个完整的自动控制系统，虽然只是部分地实现了所给定的功能要求，但我觉得收获还是很多的，可以从以下几个方面来说：在整个设计中我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，而且认识到这种能力的重要性。比如说，在程序设计的前几天，我对设计中所用到的软件、控制装置都不了解，感觉什么都不会，无从下手，但当我了解到这些东西在设计的系统中所起的作用后，从整体上看时，整个系统的流程就明了了，就明白了系统设计的需求，知道我应该做什么了，我觉得这就算是抓住了问题的关键吧。2.本设计大部分工作是程序的编写，所涉及的硬件部分都有现成的。但是对硬件的了解也是必需要做的工作，特别是对PCI-1710采集卡的了解。在程序编写的过程中，遇到了很多问题，特别是在开始阶段，由于不熟悉Labview软件和编程原则，我犯了很多错误，在单通道的输入输出程序编写中，由于对基本的条件结构不熟悉，调试了很多遍，最后在同学的帮助下才顺利完成了数据采集与输出任务。在编程后期，编写的PID控制程序的作用一直无法实现，经过老师的帮助和自己的认真思考，找出并顺利解决了问题。3．这次毕业设计也让我体会到了现场环境特殊性。我在系统设计的后一部分中，遇到的很多问题都与控制系统设计本身没什么关系，而是与一些环境因素有关的问题。比如说，由于实验条件的限制，在控制过程中由于电压源的扰动特别大，输出的数据波动特别大，经过分析我在电阻两端并联了一个电容，使外部扰动大大减小，很好的完成了实验，实现了设计要求。我所用的PC机也因经常出现故障设计进度大为减缓。这都说明了在实际现场条件所遇到的问题是多种多样的，不同的环境有不同的特殊性，要具体问题具体分析。4.这次设计也暴露出了我的许多不足之处，理论联系实际的能力不够。我学过《测控系统原理与设计》和《控制仪表与计算机控制装置》，该系统设计的原理都可以在所学的课程中找到，但实际操作中还有点模糊。例如在设计PID控制算法时，感觉自己很熟悉算法原理，但真正去编写程序时又有点为难，总是有问题，不能满足控制要求。还有就是对控制器的采样周期与控制周期在算法中是怎样起作用的，我一直不是很了解。总的来说，我还是缺乏工程实践的能力，这需要我在以后的学习工作中多留心，积累经验。总之，从选题到系统分析，到算法编程，到软件组态，到运行调试，每一个环节都有不同的问题，需要应用不同的方法去解决，有的需要独立思考，有的需要和同学讨论，或请教老师。自始至终都要坚持不断地学习，保持端正的态度，不怕困难，这是解决问题的基本要求。通过本设计，深刻的认识到了虚拟仪器技术是仪器发展的重要发展方向。虚拟仪器以崭新的模式和强大的功能深入人心。伴随计算机技术和信息技术的发展虚拟仪器必将拓展到各个领域，引起测控仪器的深层次变革。参考文献中文专著【1】张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安电子科技大学出版社，1998.【2】余锡存曹国华.单片机原理及接口技术.西安电子科技大学出版社,2000.【3】雷丽文等.微机原理与接口技术.电子工业出版社，1997.【4】吴黎明,王桂棠,洪添胜,等.单片机原理及应用技术.科学出版社,2005.【5】韩克,柳秀山,等.电子技能与EDA技术.暨南大学出版社,2004.【6】周润景.张丽娜.基PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真.航空航天大学出版社,2006.【7】张毅坤．单片微型计算机原理及应用．西安电子科技大学出版社，1998【8】李鸿恩，熊国奎．数字电子技术．重庆大学出版社，1994【9】胡宴如．模拟电子技术．高等教育出版社，2004外文文献【1】RD.Middlebrook,Small-SignalModelingofPulse-WidthModulatedSwitched-ModePowerConverters，ProceedingsoftheIEEE,1988.【2】F.DongTan,RD.Middlebrook,AUnifiedModelforCurrent-ProgrammedConverters,IEEETrans.onPowerElectronics,1995.附录附录1People’seyescanseethevisiblewavelengthfromlongtoshortaccordingtothearrangement,inordertored,orange,yellow,green,green,blue,violet.Oneoftheredwavelengthsfor0.62-0.76muonm,Purpleis0.38wavelengthrange-muonm.Purpleisshorterthanthewavelengthoflightcalledultravioletray,redwavelengthsoflightislongerthanthatofinfraredlight.Infraredremotecontrolistousewavelengthfor0.76-1.5muonmbetweenthenearinfraredtotransfercontrolsignal.Commonlyusedinfraredremotecontrolsystemofgeneralpointstransmitandreceivetwoparts.Themaincomponentpartforthelaunchofinfraredlightemittingdiode.Itisactuallyaspeciallightemittingdiode,duetoitsinternalmaterialdiffersfromordinarylightemittingdiode,resultinginitsendsoncertainvoltage,itisaratherinfraredlight.Useofinfraredlightemittingdiodetheinfraredwavelengths,for940nmappearanceandordinary,justthesamelightemittingdiodefivedifferentcolors.Infraredlightemittingdiodegenerallyhaveblackandblue,transparentthreecolors.Judgementofinfraredlightemittingdiodeandjudgmentmethod,usingamultimetertoordinarydiodeelectricblockmeasureofinfraredlightemittingdiode,reverseresistance.Theinfraredlightemittingdiodeluminescenceefficiencytousespecialinstrumenttomeasureprecise,anduseonlyspareconditionstopullawayfromroughlyjudgement.Receivingpartofinfraredreceivingtubeisaphotosensitivediode.Inactualapplicationofirreceivingdiodetoreversebias,itcanworknormally,theinfraredreceivingcircuitapplicationindiodeisusedtoreverse,highersensitivity.Infraredreceivingdiodeusuallyhavetworoundandrectangular.Duetothepowerofinfraredlightemittingdiode(orlesscommon,mostlyusinginfraredreceivingadfinished.Theheadofinfraredreceivingproductpackagesgenerallyhastwokinds:onekindUSESsheetshielding,Akindofplasticpackaging.Therearethreepin,namelythepoweris(VDD),powernegative(GND)anddataoutput(VOorOUT).Infraredreceivingheadfootarrangementfortypesvaried,manufacturer’sinstructions.Finishedtheadvantagesofinfraredreceivingheadisnotinneedofsophisticateddebuggingandshellscreen,useriseasatransistor,veryconvenient.Butwhenusedintheinfraredreceivingattentionfinishedfirstcarrierfrequency.Infraredremotecommoncarrierfrequencyfor38kHz,thisistransmittedbyusing455kHzTaoZhentodecide.Atthelaunchofcrystalswereintegerfrequency,frequencycoefficients,socommonly12,so455kHz/12hundredthkHz38kHzhundredth379000.Someremotecontrolsystemadopts36kHz,56kHz,etc,general40kHzlaunchedbythecrystalsofoscillationfrequencytodecide.Infraredremotecharacteristicisnotinfluencethesurroundingenvironmentanddoesnotinterferewithotherelectricequipment.Duetoitscannotpenetratewalls,sotheroomcanusecommonhouseholdapplianceofremotecontrolwithoutmutualinterference,Circuittestingissimple,aslongasgivencircuitconnection,generallydoesnotneedanycommissioningcanwork,Decodingeasily,canundertakemultipleremotecontrol.Becauseeachmanufacturerproducesagreatdealofinfraredremoteapplication-specificintegratedcircuit,whenneedpressdiagramsuoji.Therefore,theinfraredremotenowinhouseholdappliances,indoorclose(lessthan10meters)intheremotecontroliswidelyused.Multipleinfraredremotecontrolsystemofinfraredemissioncontrolbuttons,therearemanypartsgeneralrepresentativeofdifferentcontrolfunction.Whenpressedabutton,correspondinglyinthereceiverwithdifferentoutput.Receivingtheoutputstatecanberoughlydividedintopulse,level,self-lockinganinterlock,datafiveforms.“Thepulseoutputisaccordingtolaunch”whenthebutton,thereceiveroutputterminalsoutputcorresponding“effective”,apulsewidth100msingeneral.“Level”referstotheoutputlaunchpressbutton,thereceiveroutputcorrespondingoutputlevel,effectivetransmittoloosenthereceiverleveldisappears.This“effectivepulse”and“effective”,maybeofhighlevelislow,andmayalsodependontheoutputcorrespondingstaticstate,suchasfeetforlow,statichighforeffective,Asforthestatic,“low”higheffective.Inmostcases,“high”foreffective.“sincethelock”referstolaunchtheoutputofeachtimeyoupressthebutton,areceiveroutputcorrespondingchange,namelyoriginallyastateforhighlevelintoalowlevel,originallyforlowlevelintohighlevel.Theoutputpowerswitchandmuteascontroletc.Sometimesalsocalledtheoutputformfor“invert”.“Theinterlock”referstomultipleoutputseachoutput,atthesametimeonlyoneoutput,TheTVsetsofthiscaseisselected,theotherislikethelightandsoundinputspeed,etc.“Data”referstolaunchtheoutputsomekey,useafewoutputformabinarynumber,torepresentdifferentkeystroke.Normally,thereceiverexceptafewdataoutput,butalsoa“valid”outputdata,sothetimelytocollectdata.Thisoutputformwithsingle-chipmicrocomputerorarecommonlyusedinterface.Inadditiontotheaboveoutputformoutside,stillhavea“latch”and“temporary”twoforms.Theso-called“latch”referstolaunchtheoutputsignalofeachhair,thereceiveroutputcorresponding,newstoreuntilyoureceivesignals.“Temporary”outputandtheintroductionof“level”outputissimilar.附录2人的眼睛能看到的可见光按波长从长到短排列，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。其中红光的波长范围为0.62-0.76um；紫光的波长范围为0.38-0.46um。比紫光波长还短的光叫紫外线，比红光波长还长的光叫红外线。红外线遥控就是利用波长为0.76-1.5um之间的近红外线来传送控制信号的。常用的红外遥控系统一般分发射和接收两个部分。发射部分的主要元件为红外发光二极管。它实际上是一只特殊的发光二极管；由于其内部材料不同于普通发光二极管，因而在其两端施加一定电压时，它便发出的是红外线而不是可见光。目前大量的使用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通φ5发光二极管相同，只是颜色不同。红外发光二极管一般有黑色、深蓝、透明三种颜色。判断红外发光二极管好坏的办法与判断普通二极管一样；用万用表电阻挡量一下红外发光二极管的正、反向电阻即可。红外发光二极管的发光效率要用专门的仪器才能精确测定，而业余条件下只能用拉锯法来粗略判判定。接收部分的红外接收管是一种光敏二极管。在实际应用中要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作，亦即红外接收二极管在电路中应用时是反向运用，这样才能获得较高的灵敏度。红外发光二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率一般都较小（100mW左右），所以红外接收二极管接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。前些年常用Μpc1373H、CX20106A等红外接收专用放大集成电路。最近几年不论是业余制作还是正式产品，大多都采用成品红外接收头。成品红外接收头的封装大致有两种：一种采用铁皮屏蔽；一种是塑料封装。均有三只引脚，即电源正（VDD）、电源负（GND）和数据输出（VO或OUT）。红外接收头的引脚排列因型号不同而不尽相同，可参考厂家的使用说明。成品红外接收头的优点是不需要复杂的调试和外壳屏蔽，使用起来如同一只三极管，非常方便。但在使用时注意成品红外接收头的载波频率。红外遥控常用的载波频率为38kHz这是由发射端所使用的455kHz晶振来决定的。在发射端要对晶振进行整数分频，分频系数一般取12，所以455kHz÷12≈37.9kHz≈38kHz。也有一些遥控系统采用36kHz、40kHz、56kHz等，一般由发射端晶振的振荡频率来决定。红外遥控的特点是不影响周边环境的、不干扰其他电器设备。由于其无法穿透墙壁，故不同房间的家用电器可使用通用的遥控器而不会产生相互干扰；电路调试简单，只要按给定电路连接无误，一般不需任何调试即可投入工作；编解码容易，可进行多路遥控。由于各生产厂家生产了大量红外遥控专用集成电路，需要时按图索骥即可。因此，现在红外遥控在家用电器、室内近距离（小于10米）遥控中得到了广泛的应用。多路控制的红外遥控系统，多路控制的红外发射部分一般有许多按键，代表不同的控制功能。当发射端按下某一按键时，相应的在接收端有不同的输出状态。接收端的输出状态大致可分为脉冲、电、自锁、互锁、数据五种形式。“脉冲”输出是当按发射端按键时，接收端对应输出端输出一个“有效脉冲”，宽度一般在100ms左右。“电平”输出是指发射端按下键时，接收端对应输出端输出“有效电平”，发射端松开键时，接收端“有效电平”消失。此处的“有效脉冲”和“有效电平”，可能是高、也可能是低，取决于相应输出脚的静态状况，如静态时为低，则“高”为有效；如静态时为高，则“低”为有效。大多数情况下“高”为有效。“自锁”输出是指发射端每按一次某一个键，接收端对应输出端改变一次状态，即原来为高电平变为低电平，原来为低电平变为高电平。此种输出适合用作电源开关、静音控制等。有时亦称这种输出形式为“反相”。“互锁”输出是指多个输出互相清除，在同一时间内只有一个输出有效。电视机的选台就属此种情况，其它如调光、调速、音响的输入选择等。“数据”输出是指把一些发射键编上号码，利用接收端的几个输出形成一个二进制数，来代表不同的按键输入。一般情况下，接收端除了几位数据输出外，还应有一位“数据有效”输出端，以便后级适时地来取数据。这种输出形式一般用于与单片机或微机接口。除以上输出形式外，还有“锁存”和“暂存”两种形式。所谓“锁存”输出是指对发射端每次发的信号，接收端对应输出予以“储存”，直至收到新的信号为止；“暂存”输出与上述介绍的“电平”输出类似。致谢感谢老师的悉心指导。老师对我的设计给予了关心和指导，对于论文的形成自始自终都予以关注和督促，谢谢！感谢大学四年学校里的老师和同学们，为我提供的学习环境。你们使我懂得了如何去主动的学习，使我对本专业外的知识产生了浓厚的兴趣，谢谢你们。感谢学校的图书馆。图书馆为我们提供的丰富资源——文本书籍和数字图书使我受益匪浅，而且安逸的学习环境，非常具有人文气息。感谢开创了计算机时代的伟人们。如果没有你们努力的成果，我想我这个设计简直是天方夜谭。感谢百度、谷歌公司提供了如此优秀的搜索引擎。使得我设计的很多的问题都可以轻松的得到解决。感谢NI的工程师们，为虚拟仪器设计出了如此完美的开发平台。你们的工作很了不起，很值得我尊敬。感谢所有关于虚拟仪器的论坛。通过学习你们的帖子，我知道了如何去编程，并完成了我的设计，这里非常感谢版主们的热心帮助，认真的回答了我的每一个细小的问题。你们的业余工作真的很伟大！感谢LabviewQQ学习群里热心的QQ好友，在群里，我认识了很多一起做设计的朋友，我们一起学习，一起讨论问题，然后一起解决问题，非常感谢你们。总结与体会两个多月的毕业论文终于结束了，我的大学生活也将随之结束。在这短短的两个多月里，我付出了许多，也收获了许多，回想起来还真有不少的体会。刚拿到题目时，我对课题充满了新鲜感，在导师的指导下我查阅了大量关于课题的文献，使我对课题的研究内容和国内外的研究进展有了更多的了解，也使我对自己的课题产生了浓厚的兴趣。两个多月的毕业设计对我的耐性是一种考验，使一颗大四本来十分浮躁的心平静了下来。这段时间不管是假期还是周末我都是在工作中度过，特别在设计后期由于时间比较紧，我只能不断的提醒自己抓紧时间。经过两个月的实验，我对自己也有了新的定位。那就是不能再把自己当做“小学生”了，干什么事情都要别人告诉我们该怎么做，我们是接受过高等教育的新时代的大学生，要完成时代赋予我们的使命，抓住机遇迎接挑战，就要锻炼自己发现问题和解决问题的能力，要养成主动学习的习惯，我认为这对我们以后的学习和工作是很重要的。毕业论文是对我大学四年所学基础知识的专业知识的一次全面检验，通过撰写论文和毕业答辩，我觉得对自己的语言组织能力，表达能力，沟通交际能力，运用所学知识的能力，分析问题并解决问题的能力都有所提高，也使我变的更加自信、成熟。总之，在整个实习和论文完成的过程中，我体会到的是实习的艰辛和收获的充实，感受到的是一种坚持不懈、契而不舍的科研精神。对我以后的深造学习有重要的意义。我将继续努力，在以后的学习和工作中，争取取得更好的成绩。目录TOC\o"1-2"\p""\h\z\u第一章总论 11.1项目概况 11.2研究依据及范围 31.3主要技术经济指标 41.4研究结论及建议 4HYPERLINK\l"_Toc30084