【《蔬菜大棚控制系统设计的硬件虚拟设计案例》4900字】

蔬菜大棚控制系统设计的硬件虚拟设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u18770蔬菜大棚控制系统设计的硬件虚拟设计案例 118162第一章系统的硬件介绍 129661.1温度采集模块 1181251.1.1AMT2001温湿度传感器概述 2298731.1.2接口定义 370631.1.3传感器性能 4265271.1.4电气特性 625691.2USB数据采集卡V1.2 8300101.2.1板卡简介 8190831.2.2数据采集卡的主要特点、性能 1069971.2.3软件支持 11139391.2.4性能指标 11321511.2.5安装与连接 13235241.2.6板卡量程设置说明 18282301.2.7软件的安装与使用 195616第二章系统温湿度采集测试 2136912.1虚拟系统温湿度采集系统设计 21293742.2虚拟系统实际化 21184092.3温湿度采集系统的实物连接图 21163022.4系统温湿度值的采集与储存 23系统的硬件介绍1.1温度采集模块在目前，一般的温度采集的主要方法有：热敏电阻、热电偶测量和水银温度计和数字化集成温度传感器。（1）水银温度计利用了物体的热胀冷缩原理，水银温度计根据水银的体积随温度的变化来计算温度，这种测温方法已广泛应用于人们的日常生活中。当然，水银温度计中的水银液体也可以被其他液体代替，比如酒精、煤油等等。随着科技的不断发展，目前也有一种利用金属膨胀系数的物理性质制成的金属片温度计，金属片温度计也是利用物体受热膨胀和受冷收缩的原理。（2）热电偶测量热电偶测温是由两种不同的金属连接由于两金属的热电势不同，那么两金属之间就会产生一个热电势差，这就会输出一个电压值，这个电压值就是温度的一个函数。再通过计算从显示器上显示温度值（3）数字式集成温度传感器数字式采集温度传感器就是把被测量转化成数字量输出，最大的一个特点就是它把采集模块和处理模块放在了一个芯片上，数字式集成温度传感器有分辨率高、功耗低、低成本的特点。1.1.1AMT2001温湿度传感器概述（1）产品概述AMT2001温湿度传感器供给电压为直流电压，相对湿度通过电压输出进行计算，AMT2001温湿度传感器具有精度高、体积小、成本低、可靠性高、检测稳定等特点，特别适用于对质量和温湿度测量有更严格成本要求的企业，如REF_Ref15239\h图11、REF_Ref15269\h图12所示。图SEQ图\*ARABIC11AMT2001温湿度传感器实物图图SEQ图\*ARABIC12AMT2001外形尺寸（mm）（2）应用场景主要用于智能家居、加湿机、地铁车站、烟叶发酵、车间生产、除湿机、智慧水产养殖、智慧畜牧养殖、智慧农业、除湿机、环境监测、天气监测等。（3）产品亮点该传感器具有小体积、方便随身携带，而且制造的成本还低、适合大批量的使用，采集的信号准确、误差小等优点。1.1.2接口定义传感器引脚分配的描述如REF_Ref15494\h表1所示。表SEQ表\*ARABIC1引脚分配（1）引脚分配，如REF_Ref15628\h图13所示。图SEQ图\*ARABIC13引脚分配图（2）电源引脚（VDDGND）这个传感器正常工作的电压在2.2V到5.5V之间，工作电压一般建议在5.5V左右，所以在设计中我们可直接用计算机的USB接口为传感器供电。（3）电压输出信号线（Hout）在这次设计中我们用到的传感器温湿度信号输出的方式都为电压信号输出，传感器把采集的物理信号转化为电压信号，从而实现对温湿度的采集，输出电压的大小在0~3V之间，实际温湿度的值和输出电压之间的关系可根据相关的公式进行计算。（4）温度输出信号线（Tout）两种温度输出的选择：第一种：LM35温度传感器的输出信号为模拟电压信号输出，复合我们在本设计中的要求，它能测量0摄氏度到80摄氏度这个范围内的温度，假如测量出来的电压为0那么所测量的温度也为0摄氏度，LM35温度传感器的接线方式为REF_Ref30426\h图14中的（3）。第二种：如果采取的10KNTCB.3435热敏电阻的话温度传感器的接线方法为REF_Ref30426\h图14中的（2）这中接线方式，而这种接线方式的输出信号不是模拟信号输出，所以在本次设计中我们选择第一种。（5）温度传感器接线方式示意图如REF_Ref30426\h图14所示图SEQ图\*ARABIC14温度接线方式示意图1.1.3传感器性能(1)相对湿度性能表如REF_Ref15905\h表2。表SEQ表\*ARABIC2相对湿度性能表(2)相对温度性能表如REF_Ref15905\hREF_Ref8809\h表3。表SEQ表\*ARABIC3相对温度性能表1.1.4电气特性采集卡的电气特性，就比如说输入、输出电压、能源的消耗这些参数于供电电源有着密不可分的关系，电源的大小影响着这些参数。在REF_Ref16121\h表4中已经向我们清楚的介绍了AMT2001温湿度传感器的特征，如果表中没有提到的话，那么供电的电压我们就自动默认他的大小为5V。表SEQ表\*ARABIC4AMT2001传感器直流特性(1)标准湿度输出电压（单位：V）表SEQ表\*ARABIC5AMT2001标准湿度输出电压对应表相对湿度（%RH）012345678910输出电压（V）01.0传感器湿度计算公式湿度换算公式：湿度=输出电压÷0.03(%RH)电压输出与湿度的线性曲线如REF_Ref16248\h图15所示。图SEQ图\*ARABIC15输出电压和湿度的关系(2)LM35温度传感器的输出电压与实际温度值的对应关系，如REF_Ref16369\h表6所示。表SEQ表\*ARABIC6LM35标准温度输出电压对应表温度（℃）01020304050607080电压（V）00.70.8LM35温度传感器电压值与温度值的计算公式：温度值=输出电压÷0.01(3)如REF_Ref16565\h图16所示LM35温室传感器输出的电压和实际的温度之间的关系曲线。图SEQ图\*ARABIC16LM35输出电压和温度的关系曲线1.2USB数据采集卡V板卡简介USB数据采集卡V1.2是由恒凯科技公司生产的一款功能信号采集卡，如REF_Ref16725\h图17所示，恒凯科技是一家从事一线科研工作，十年如一日的高校教师团队，与2014年创立，专注于测量、智能系统、工业自动化产业领域，为客户提供专业化、全方面的软硬件、系统整合方案服务的研发制造商。数据采集卡有8路差分信号采集模式和16路单端信号采集模式两种采集模式。AD最高采样速度100Ksps，满足大多数常规测量、支持差分、单端AD采集模式、支持单极性、双极性多种量程；DA可以输出0-10V的固定值或者输出正弦波、三角波、方波以及任意周期波形；简易的PWM测量可以用于频率及占空比测试，简易的32位加计数器可以实现简单的脉冲个数记录、同时可以输出两路频率及占空比可调的PWM用于控制电机或控温等应用。另外还有独立的6路开关量输入和6路开关量输出USB数据采集卡USB-DAQ-V1.2可工作在XP/WIN7/WIN8/WIN10等常用操作系统中并提供可LabVIEW、labwindows/CVI、VB.net、C#、delphi、Matlab、Vc，QT，Python等常用编程语言调用的动态链接库，支持Windows、Linux常用操作系统，支持笔记本、个人PC、工控机、ARM嵌入式开发板及树莓派等硬件平台，编程函数接口简单易用，易于编写应用程序。图SEQ图\*ARABIC17数据采集卡实物图1.2.2数据采集卡的主要特点、性能（1）输入端口部分8路差分采集通道/16路单端采集通道；输入通道支持连续通道的自动扫描；开关量输入输出1.2.3软件支持本次设计中用到的USB数据采集卡支持的系统有：winXP/Vista/Win7/Win8/Win10。1.2.4性能指标（1）USB数据采集卡的性能数据采集卡2.0高速传输；采集卡的使用非常方便，把线连接好既可开始工作（2）模拟信号输入（3）模拟信号输出（4）数字信号输入/输出（5）PWM测量输入（6）计数器（7）工作的温度USB数据采集卡在0℃-70℃这个温度间可正常工作。1.2.5安装与连接安装数据采集卡的尺寸如REF_Ref17075\h图18所示。图SEQ图\*ARABIC18数据采集卡产品尺寸（2）信号连接注意事项模拟输入：设计中用到的数据采集卡V1.2拥有16个模拟输入端口，他的采集模式有单端采集模式和差分采集模式两种，如REF_Ref17231\h图19就是USB数据采集卡_DAQV1.2的模拟输入电路图。图SEQ图\*ARABIC19模拟输入电路图模拟输入电路图中的主要组件如下：连接模拟输入信号在数据采集卡连接使用前，需要检查数据采集卡的采集模式、量程的选择是否正确，模拟信号的电压最大值为10V，超过10V的话过大的电压会导致数据采集卡内部元件的损坏。当采集模式为单端采集模式时，正电压信号线接在USB数据采集卡的AD1~AD16端口，参考地接口接在USB数据采集卡的AGND模拟信号地端口，如REF_Ref18306\h图20所示。图SEQ图\*ARABIC20单端模式要是采集模式为差分模式的时候，正电压信号线只能接在数据采集卡的AD1~AD8端口，参考地接口则接在采集卡的AD8~AD16端口，并在AGND模拟信号地端口与参考地接口间连接一个大电阻，如REF_Ref18342\h图21所示。图SEQ图\*ARABIC21差分模式连接图开关量：1.-0.3V到+5.5V之间为开关量输入电平的电压范围2.假如驱动的设备功率很大的话，输出应与设备隔离，防止干扰端子定义及排序说明如REF_Ref18521\h图22所示。图SEQ图\*ARABIC22端子排序说明图表SEQ表\*ARABIC7端子定义1.2.6板卡量程设置说明打开外壳在板卡左下角可以设置板卡AD量程，跳线W1可以选择放大倍数（1倍或10倍），拨码开S1可以设置衰减（1/2、1/4、1/8）和偏置（1.250V）。图SEQ图\*ARABIC23数据采集卡AD量程设置如REF_Ref19576\h图23所示板卡的量程设置为±1V，取下上方跳线帽则为出厂默认量程（±10V）。1.2.7软件的安装与使用驱动的安装1、将板卡连接至计算机。2、打开与USB数据采集卡V1.2使用的资料，在文件中点击打开“驱动安装包”。按照自己的计算机版本和文件夹里面的步骤安装USB数据采集卡的驱动程序，假如电脑的系统是XP的话，安装的驱动程序就选择“驱动安装包”文件夹中的XP版本的文件，电脑的系统是Win7、Win8、Win10的话选择相应的版本来安装驱动。3、在找到适合自己电脑的驱动安装包后点击安装程序，选择“libusbK(v)”，在点击“InstallDriver”。在安装界面显示的对话框中点击“安装”。5、这个时候驱动就安装完成，点击“Close”即可。6、当驱动正常安装后，在计算机的设备管理器的页面中就会有安装好的显示，如下图所示。

系统温湿度采集测试2.1虚拟系统温湿度采集系统设计本设计的虚拟仪器蔬菜大棚的温湿度采集系统的构成部分由计算机、传感器、USB数据采集卡、电源组成。蔬菜大棚温湿度采集系统的设计思路是将传感器模块采集到的温湿度转换为电压信号，传输到USB数据采集卡进行处理并在软件的波形图上显示，以便计算机进行下一步处理。本系统采用AMT2001温湿度传感器，数据采集卡为USB数据采集卡V1.2采集卡，本采集卡有体积小巧，重量小，方便携带等优点。通过数据采集卡自带的USB接线直接由计算机供电，有差分和单端两种采集模式。AMT2001温湿度传感器具有精度高、体积小、成本低、可靠性高、检测稳定等特点。2.2虚拟系统实际化利用温湿度传感器AMT2001和USB数据采集卡将设计的温湿度采集系统的功能实现，具体有以下的操作：温湿度传感器AMT2001采集温湿度的数据，USB数据采集卡V1.2把所采集到的的数据由电压信号转化为数字信号再发到电脑，然后在由电脑上的LabVIEW平台上编写好的程序对采集到的信号进行显示。设计流程图如REF_Ref29792\hREF_Ref29802\h图24所示。图SEQ图\*ARABIC24设计流程图2.3温湿度采集系统的实物连接图温湿度采集系统的实物连接图如REF_Ref31811\h图25所示。图SEQ图\*ARABIC25温湿度采集系统的实物连接图（1）温湿度传感器与USB数据采集卡的接线AMT2001温湿度传感器的黄色接线为湿度采集信号线、白色接线为温度采集的信号线，湿度采集的信号线接在USB数据采集卡V1.2的AD1端口，AD1端口为USB数据采集卡V1.2的通道0端口，温度采集信号线接在USB数据采集卡V1.2的AD2端口，AD2端口为USB数据采集卡的通道1端口。红色接线是AMT2001温湿度为传感器的电源接口，电源电压为2.2V-5.5V，黑色的与电源的负极并联接在USB数据采集卡的模拟信号地接口。USB数据采集卡与计算机的接线USB数据采集卡与电脑的连接如REF_Ref2785\h图25所示，直接把USB数据采集卡用USB数据采集卡配套的USB端口接线接入计算机的USB接口既可，如REF_Ref2785\h图26所示。图SEQ图\*ARABIC26USB数据采集卡的连接图2.4系统温湿度值的采集与储存接线完成后我们首先调试好电源电压，确定电源电压可以正常工作后接通电源。电源电压给系统提供5V的直流电压，所以要先对电源电压进行调试，测量蔬菜电压在所需电压内，这里我们可以用电压表进行测量，等输出电压就稳定后，最后检查其他元器件是否正常工作，一切正常后我们就可以进行系统与电源的连接进行可以将系统与电脑连接进行温湿度的检测，首先我们把USB数据采集卡与计算机的USB端口连接，再用一个USB端口为AMT2001温湿度传感器提供电源，然后在计算机上利用LabVIEW2014软件，打开我们之前编译好的程序进行测试。打开我们编译好的程序的软件界