《虛擬仿真技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告的封面.doc

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本科課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題目 熱電偶的測(cè)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(jí) 學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） 同組學(xué)生姓名 同組學(xué)生姓名 11級(jí)電本1 1 徐敏 鐘菲 許斯慧 完成時(shí)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(shuō)明................................3 第2章 關(guān)于虛擬儀器和Labview..............................4 2.1虛擬儀器簡(jiǎn)介...................................4 2.2 Labview概述...................................5 2.2.1Labview簡(jiǎn)介......................... 2.2.2 什么是VI.................................. 2.2.3 Labview面板......................... 第3章 熱電偶測(cè)溫及冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ)..................... 3.1 熱電偶測(cè)溫工作原理.............................. 3.2 熱電偶冷端補(bǔ)償原理............................ 第4章 熱電偶測(cè)溫及冷端補(bǔ)償硬件和軟件設(shè)計(jì)................ 4.1 熱電偶測(cè)溫及冷端補(bǔ)償硬件設(shè)計(jì).................... 4.2 熱電偶測(cè)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(huì)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(cè)量技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種新型儀器。在國(guó)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(cè)試測(cè)量系統(tǒng)中。近幾年，虛擬儀器技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展勢(shì)也越來(lái)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(gè)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(guò)一些功能簡(jiǎn)單的儀表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要在這三個(gè)方面上有更深一步的了解。 1.2課程設(shè)計(jì)任務(wù)說(shuō)明 本課程設(shè)計(jì)分為四個(gè)部分，其一為熱電偶測(cè)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(cè)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(shí)域信號(hào)采集器和一些運(yùn)放電路設(shè)計(jì)一個(gè)熱電偶測(cè)溫系統(tǒng)，其功能要求如下： 1） 設(shè)計(jì)一個(gè)量程范圍為0~100℃的溫度顯示器； 2） 可以連續(xù)測(cè)溫，并做記錄； 3） 如果溫度超出范圍就報(bào)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(shí)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(duì)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(jiǎn)介 虛擬儀器是在PC機(jī)基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)采、信號(hào)調(diào)理硬件、信號(hào)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(cè)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(lái)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(wú)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(gè)“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(lái)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(cè)量、分析、控制及自動(dòng)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(lái)可以發(fā)展為智慧儀器。通過(guò)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(hào)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(hào)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(jiǎn)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(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)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(shí)VI？ VI是虛擬儀器的簡(jiǎn)寫,它還是LabVIIW的一個(gè)程序。這類似C語(yǔ)言中的.C或者C++的.cpp。 一個(gè)VI可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)函數(shù)或某項(xiàng)功能?？梢员黄渌腣I調(diào)用。LabVIEW通過(guò)這樣的方式，實(shí)現(xiàn)模塊化編程。通俗的來(lái)說(shuō)就是文本語(yǔ)言的函數(shù)，這不過(guò)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(lái)構(gòu)成前面板。控制是用戶輸入數(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(gè)子模板中選取。 　　兩種最常用的前面板對(duì)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(yǔ)言程序的語(yǔ)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(yǔ)言形式提供給用戶的。用戶可以訪問(wèn)和修改任一子VI節(jié)點(diǎn)的代碼，但無(wú)法對(duì)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(gè)功能函數(shù)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)函數(shù)使兩個(gè)數(shù)值相加，另一個(gè)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(duì)象端點(diǎn)、全局與局部變量端點(diǎn)和常量端點(diǎn)。對(duì)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)慕涌凇Ｒ话銇?lái)說(shuō)，一個(gè)VI的前面板上的對(duì)象（控制或顯示）都在框圖中有一個(gè)對(duì)象端點(diǎn)與之一一對(duì)應(yīng)。當(dāng)在前面板創(chuàng)建或刪除面板對(duì)象時(shí)，可以自動(dòng)創(chuàng)建或刪除相應(yīng)的對(duì)象端點(diǎn)?？刂茖?duì)象對(duì)應(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(duì)象對(duì)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(yǔ)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(dòng)的，從源端口向一個(gè)或多個(gè)目的端口流動(dòng)。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(cè)溫及冷端補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)基礎(chǔ) 3.1 熱電偶測(cè)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(cè)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(dòng)勢(shì)EAB(t，t0)。熱電勢(shì)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(shì)越大，與熱電偶導(dǎo)體的長(zhǎng)度、直徑等無(wú)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(cè)溫的目的是測(cè)得以0℃為基準(zhǔn)的測(cè)量端即熱端溫度t，而熱電偶輸出熱電勢(shì)EAB(t，t0)反映的是相對(duì)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(shí)熱電勢(shì)EAB(t，0)對(duì)應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)分度表的溫度才是測(cè)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(cè)溫過(guò)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(cè)熱電勢(shì)EAB(t，t0)加上冷端修正熱電勢(shì)EAB(t0，0)即可得到熱電偶測(cè)量端熱電勢(shì)EAB(t，0)，通過(guò)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(cè)得熱端溫度t。這種通過(guò)修正熱電勢(shì)EAB(t0，0)或t0進(jìn)而得到熱端溫度t的過(guò)程即為熱電偶的冷端溫度補(bǔ)償。 第四章 熱電偶測(cè)溫及冷端補(bǔ)償硬件和軟件設(shè)計(jì) 4.1 熱電偶測(cè)溫及冷端補(bǔ)償硬件設(shè)計(jì) 4.2 熱電偶測(cè)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 -