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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录第一章 测控系统综合设计设计任务书题目：基于虚拟仪器技术的压力测量系统设计一、设计任务本课题所要求设计的基于虚拟仪器技术的压力测量系统的工作原理为：利用压力应变片，将所受的压力转换成电压信号。当加在应变片上的压力变化时，应变片的阻值发生变化，桥式电路输出由此产生的电压信号。首先，应设计硬件电路对该信号进行初步的调理包括空载调零和将信号进行两级放大，然后由NI ELVIS II数据采集平台提供的模拟输入通道送至计算机中，利用虚拟仪器软件开发平台LabVIEW来开发系统软件，以实现对语音信号的采集、分析、处理与报表生成等。并利用LabVIEW编写的软件系统对信号进行处
2、理。具体指标与要求如下：(一)硬件设计要求1、理解压力测量的原理，要求对压力应变片进行选型，对压力信号调理电路进行设计，说明其工作原理。2、理解NI ELVIS II数据采集平台的工作原理，通过NI ELVIS II数据采集平台对压力信号及其调理电路出来的电压信号进行采集、分析与处理。(二)软件设计要求要求采用状态机的软件设计结构来设计压力测量系统软件。系统软件具有“系统初始化”、“系统等待”、“数据采集”、“报表生成”“打开报表”、“退出”等功能。具体要求如下：1、系统初始化压力测量系统软件运行后，首先进入系统初始化状态。系统初始化状态主要可以对NI ELVIS II数据采集平台，所用的数据
3、采集通道及软件界面上的所有控件进行初始化。系统初始化结束后，软件进行等待状态中，等待其他功能的选中与运行。2、系统等待在系统等待状态下，用户可选择其他功能并运行。要求系统等待状态采用事件驱动结构来实现。3、数据采集要求系统可以对压力信号进行连续的实时采集、分析与显示。可对采样参数进行设置包括对所用NI ELVIS II数据采集平台物理通道、采样速率、每通道采样点数、电压最大值与最小值等参数的设置。将采集到的时域波形、压力大小等参数进行实时显示。4、报表生成报表生成功能可以实现对压力信号连续采集与分析过程中的相关参数包括所用NI ELVIS II数据采集平台物理通道，电压最大值、最小值、采样速率
4、、每通道采样点数、时域波形等参数或波形作为报表的内容进行保存。5、打开报表打开报表功能可以对保存的报表进行打开以便进行离线进行分析和处理。6、退出按下“退出”键，将退出系统软件。要求系统软件界面设计友好，方便操作。在系统软件界面即前面板上必须有状态显示栏，以显示软件当前运行的状态。二、设计目的通过本次设计使学生具备：(1) 初步了解测控系统的设计步骤，掌握系统设计方法，加深对专业理论知识的理解，能够综合运用所学的传感器原理与检测技术、虚拟仪器技术、测控电路、测控系统原理与设计等专业知识设计测控系统各个单元，并组成系统。(2) 通过制定测控系统设计方案，合理选择传感器及其他元件，正确计算、选择各
5、电路和元件参数，确定尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，达到了解和掌握测控系统综合设计过程和方法的目的。(3) 进行设计基本技能的训练。如：计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和数据处理及计算机应用的能力。 (4)了解现代仪器科学与技术的发展前沿，学习和掌握基于虚拟仪器技术的测控系统组成和工作原理；进一步掌握虚拟仪器LabVIEW图形化软件设计方法与调试技巧。(5)培养学生查阅资料的能力和运用知识的能力；提高学生的论文撰写和表述能力；培养学生正确的设计思想、严谨的科学作风；培养学生的创新能力和运用知识的能力。三、设计要
6、求1、了解和掌握整个以虚拟仪器技术平台构建的测控系统组成、工作原理、各单元功能和应用背景。2、根据设计任务进行文献资料的检索，根据测控系统的功能和工作原理，确定测控系统的功能，制定设计方案和设计虚拟仪器面板。3、合理选择传感器的种类与型号，设计信号调理电路；利用虚拟仪器技术软件开发平台LabVIEW来编写与调试系统软件。4、按学校课程设计的撰写规范撰写且提交一份完整的设计报告。四、设计内容1、基于虚拟仪器技术的压力测量系统硬件设计。2、基于虚拟仪器技术的压力测量系统软件设计。具体设计内容详见前面的设计任务。五、设计报告要求报告中提供如下内容：1、 目录2、正文(1)设计任务书(只需要打印指导教
7、师提供的设计任务书，不要对任务书的内容进行任何的修改)；(2)总体设计方案(包括对现代测控系统发展的概述，构建一个测控系统的总体结构图，压力测量与处理的基本原理、压力传感器的发展与概述等，压力测量信号调理电路的设计，并根据任务书要求，选择合适的技术参数和技术方案，对多种设计方案进行分析比较，系统总体结构图概述等)；(3)系统硬件设计，包括传感器的选择(测量原理分析，传感器的量程、测量精度与结构、型号的确定)、信号调理电路的选择、设计及计算(根据测量要求、传感器的类型及特点，选择或设计合适的信号调理电路，并绘制电气系统原理图。)；(4)系统软件设计，包括系统软件程序流程图、前面板与框图程序的设计
8、及功能实现方法等；(5)系统总体调试、运行及其结果；要求有程序和运行结果等。3、收获、总结与体会4、参考文献(不低于20篇)六、设计进度安排本课程设计共需2周时间，其具体安排见下表:时 间上午下午第一周星期一设计动员、布置设计任务查找与消化相关资料星期二查找与消化相关资料总体方案设计星期三总体方案设计系统硬件设计星期四系统硬件设计系统硬件设计星期五系统硬件调试系统硬件调试第二周星期一系统软件设计系统软件设计星期二系统软件设计系统软件设计星期三系统软件调试系统总体调试及性能分析与总结星期四撰写设计报告撰写设计报告星期五完成设计报告并上交答辩七、设计考核办法本设计满分为100分，从设计平时表现、设
9、计报告及设计答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%。第二章 总体设计方案一、 现代测控系统发展概述20世纪70年代以来，测量技术不断进步，出现了很多智能仪表，这些仪表在微电子的基础上，与计算机相结合，使得基于仪表的测量技术渐渐演变，成为一门包含机械、电子、计算机的独立的学科。现代测控技术在追求仪表智能化的同时，还对其稳定性、可靠性和适应性要求也不断提高，相应的，随着技术发展，测控技术大量应用高新技术和新的科学研究成果，测控技术的技术指标与功能不断提高。作为代表，测控仪器仪表单元微小型化、智能化日趋明显。测控技术的两个方面，一个是测一个是控。“测”是依靠传感器和信号传输电路
10、，即测控电路；“控”则是依靠现代计算机的计算处理能力，根据数据得出相应结果，通过反馈等方式控制整个系统。计算机已经成为测控技术中的中坚力量，于是，网络技术也就自然而然的越来越成为测控技术满足实际需求的关键支持。但是不可否认，测控电路依然是测控技术发展的基础，和另一个重要的发展方向。现代科学技术的融入不但使现代测控技术在各方面得到广泛应用，而且加快了现代测控技术的发展，形成了现代测控技术朝微型化、集成化、远程化、网络化、虚拟化等方向发展。同时，现代测控技术是一门实践性非常强的技术，既包括硬件、软件的设计，又包括系统的集成，随着其在国防、工业、农业等领域应用的深度和广度的扩大，它将为提高生产效率、
11、改进技术水平做出巨大的贡献。新型传感器技术、现代测控总线技术、虚拟仪器技术、远程测控技术、测控系统集成技术等，都是这门涉及广泛的学科的发展趋势和方向。新型传感器技术向微型化、数字化、集成化、智能化、网络化传感器、光纤传感器和生物传感器等几个方向发展。传感器是信息时代的三大支柱之一，目前新的智能化传感器层出不穷，微处理器和网络与传感器的融合技术快速发展，新型传感器在测量仪器仪表、测控系统中的应用日益广泛和深入，可以说，新型传感器技术的发展对现代测控技术的发展起到了很好的推动作用，新型传感器技术是现代测控技术的一个重要组成部分。 现代测控总线技术具体包括了GPIB、VXI、CPCI、PXI、USB
12、、IEEE 1394、现场总线和LXI这几类总线，USB在现代的应用比重日益增加，也是发展最为迅速的总线技术。测控总线是测控系统的重要组成部分，随着计算机技术的发展，各种总线标准不断推出和发展。现代测控系统的发展趋势是采用标准总线计算机平台、功能强大的软件及应用总线技术的模块化仪器设备的有机结合。这将极大地增强自动测试设备的功能与性能。在现代测控系统中，测控总线技术越来越受到重视。因此，在测控系统的研制、开发和应用中，选择好的测控系统平台总线，不仅有助于系统最终以较低成本满足更高的性能要求，而且可以使系统更加容易扩充、升级和保护用户的投资效益。虚拟仪器技术包括LabVIEW和LabWindow
13、s/CVI，包括开发环境和虚拟仪器设计。虚拟仪器系统是测控技术与计算机技术结合的产物，它从根本上更新了仪器的概念，并在实际应用中表现出传统仪器无法比拟的优势，可以说虚拟仪器技术是现代测控技术的关键组成部分。虚拟仪器利用计算机和数据采集卡等相应硬件和专用软件构成，既有传统仪器的特征，又有一般仪器所不具备的特殊功能，在现代测控应用中有着广泛的应用前景。远程测控技术是现代通信网络、远程测控系统的基础。基于Internet、现场总线和无线通信的远程测控技术这三方面讲述应用，通过分布式网络化测控系统、基于VXI和PXI总线的远程测控系统。随着测控任务变得日趋复杂以及大范围测控要求的日益增多，进行远程测控
14、、组建网络化的测控系统就显得非常必要。网络技术也必将在测控领域得到广泛的应用，从而有力地带动和促进远程测控技术的发展。采用远程测控技术，不仅可以降低测控系统的成本、实现远距离测控和资源共享，而且还能实现测控设备的远距离诊断与维护，大大提高测控的效率。电子设备测控系统集成技术，包括现代测控系统的硬件设计（包括硬件需求分析、硬件集成、接口设计和可靠性与安全性设计），以及现代测控系统软件设计（包括采用COTS的软件集成、软件组态和集成的标准化）。 采用系统集成技术解决测控系统的合理构成正成为测控界普遍关注的话题。测控系统的规模和功能各异，且存在各种模块的集成以及在异构和分布环境下设备互连、互操作、数
15、据传输和通信等诸多问题，测控一体化系统集成应运而生。测控一体化是当今测控系统的发展方向，它以计算机为核心，采用组件技术将标准总线、硬件模块或仪器单元和相应的测控软件等进行构建，同时贯彻实施一系列系统集成标准体系，使之成为通用性和可移植性强的测控系统。测控一体化要求实现测控系统的集成，其目标不仅包括测控系统的体系结构集成，还包括功能集成、信息集成和环境集成，同时还要符合相应的系统集成标准。二、测控系统总体结构图开始数值给定偏 差控制器执行器被控过程数据采集数据输出结束测量变送干扰 三、压力传感器的发展与概述压力传感器在各类传感器中压力传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定可靠、成本低、便于集成化的优点,可广泛用于压力、高度、加速度、液体的流量、流速、液位、压强的测量与控制。除此以外,还广泛应用于水利、地质、气象、化工、医疗卫生等方面。由于该技术是平面工艺与立体加工相结合,又便于集成化,所以可用来制成血压计、风速计、水速计、压力表、电子称以及自动报警装置等。压力传感器已成为各类传感器中技术最成熟、性能最稳定、性价比最高的一类传感器
