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1、资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。摘 要液位计算机测量与控制实验系统是为西北工业大学航空学院民航工程系综合实验平台而开发的课程教学实验系统。液位测量与控制系统集传感器信号的采集、 调理、 转换、 检测和控制为一体, 是实时交互式图形界面应用系统。该系统采集液位信号并用计算机可视化界面实时显示液位高度的变化过程; 经过交互式对话框设置期望的液位高度, 在检测当前液位的基础上控制进/出水阀门, 从而对实际液位高度进行控制。论文介绍了液位计算机测量与控制系统的结构与功能; 分析了硬件系统中测量与控制电路的组成及工作原理; 计算了信号调理电路中测量放大器的增益及各元件参数; 使
2、用PROTEL软件绘制了信号调理电路图; 介绍了多功能数据采集卡NI USB-6008的特点、 功能及软件开发平台LabVIEW; 分析了系统的软件程序; 介绍了液位计算机测控系统的用户使用界面所能实现的功能。针对实验系统对液位进行开关控制所带来的问题, 提出了用PID控制方法进行改进的措施。关键词: 液位测控, 压力传感器, 信号调理, NI USB-6008 , LabVIEWABSTRACT The liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experime
3、ntal system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and
4、control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through t
5、he import / outlet valves.The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal condit
6、ioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems
7、 of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.KEY WORDS: liquid level measurement and control, pressure sensor, signal conditioning , NI USB-6008 , LabVIEW目 录摘 要IABSTRACTII第一章 绪
8、 论1 1.1 课题背景1 1.2 系统组成1 1.3 系统工作原理2 1.4 本文的主要内容2第二章 传感器及信号调理3 2.1 数据采集3 2.1.1 数据采集技术3 2.1.2 数据的采样3 2.2 传感器4 2.2.1 传感器的选用4 2.2.2 压阻式压力传感器的基本原理5 2.2.3传感器存在的问题及其解决方法5 2.3 信号调理电路7 2.3.1第一级数据放大器7 2.3.2第二级放大器8 2.4 整体电路8 第三章 液位控制回路11 3.1基本组件及原理特性11 3.1.1六反向器( 74LS04) 11 3.1.2 电磁阀12 3.2继电器13 3.2.1固态继电器SSR14
9、 3.2.2交流型SSR的工作原理14 3.2.3SSR的注意事项16 第四章 计算机液位测控系统19 4.1 多功能数据采集卡19 4.1.1数据采集卡的主要性能指标19 4.1.2数据采集卡(DAQ)的组成20 4.1.3NI USB-6008数据采集卡20 4.2 图形化虚拟仪器开发平台LabVIEW22 4.3程序模块化设计概述23 4.4液位测控程序设计24 4.4.1 系统软件需求24 4.4.2 LabVIEW前面版设计25 4.4.2 LabVIEW后面板程序设计26 4.5软件调试步骤及其调试27 第五章 系统线性改进29 5.1 PID控制原理29 5.2数字PID控制算法
10、31 5.3 PID控制的局限性及新方法的探求33 第六章 全文总结35 参 考 文 献37 致 谢39 毕业设计小结41 附录43 1. 74LS74推荐工作条件43 2. 电路板设计步骤44 3. NI USB-6008/6009的I/O 连接器44第一章 绪 论1.1课题背景检测和控制是人类认识世界和改造世界的重要任务, 而测控系统则是实现这些任务的工具和手段。测控系统在国民经济各领域的应用越来越广泛, 如输油输气测控系统、 城市公共事业测控系统等, 同时, 它还涉及人类生活的方方面面, 因此, 测控系统是人类生活、 生产、 科学研究等必不可少的工具和手段。虚拟仪器VI( Visual
11、Instrument) 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。工业液位控制中, 常常见到液位控制。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。液位测控是工程实践中常见的问题, 在民航各领域有着广泛的应用。液位测控系统作为测控系统中一支, 在大量的书籍中都有着较为详细的介绍, 本文正是在前人的探索和指导下, 顺应计算机技术的迅猛发展, 将二者有机的结合起来, 设计出简易的液位计算机测控系统。1.2 系统组成液位测控系统结构示意图如图1-1所示。由图1-1可见, 液位测控系统主要由机械
12、部分和计算机测控部分组成。机械部分由水箱、 水容器和进/出水阀所组成。出水阀门和入水阀门用的是非线性的电磁阀, 只有通和断两种工作状态, 用来在实验过程中自动或手动向容器内加水和放水。计算机测控部分由压力传感器、 数据放大器、 NI USB-6008数据采集卡、 进出水阀控制板、 计算机及其运行于其上的软件系统所组成。数据采集卡用来进行A/D转换和数字信号的输入输出, 计算机及运行于其上的软件系统负责实时显示和控制液位高度。上水箱二级放大器一级测量放大器进水阀液位测控计算机进水阀控制板 传感器 NI-USB-6008数据采集卡 下水箱出水阀出水阀控制板 图1-1 液位测控系统结构示意图1.3
13、系统工作原理系统工作原理简述如下: 系统使用压力传感器, 把水压信号转变成为一个毫伏级的微弱电信号。这个电信号的大小就反映了液位的高度, 将这个信号进行两级放大, 得到计算机采集系统可用的电压信号, 经过运算还原为液位高度, 在运行界面上以数字和曲线的方式直观显示出液位的变化情况。液位控制是经过将采集的液位高度与界面上设定的液位高度进行比较, 形成负反馈, 由计算机发出数字信号来控制入水阀和出水阀的通断, 使实际液位达到设定液位的高度。1.4本文的主要内容 根据系统设计要求, 论文内容如下: 第二章重点介绍液位测量部分, 包括传感器、 液位测量电路的结构和工作原理; 第三章介绍液位控制回路相关
14、内容; 第四章介绍计算机液位测控系统, 重点介绍软件程序设计, 它是本文的核心部分; 第五章为系统线性控制改进方案。第二章 传感器及信号调理 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。2.1数据采集2.1.1数据采集技术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。2.1.2 数据的采样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。t0, t, 2t, 3t等等, x(t)的数值就被称为采样值。所有x(0), x(t), x(2t)都是采样值。这样信号x(t)能够用一组分散的采样值来表示: x(0), x(t), x(2t), x(3t), , x(kt), ( 2-1) 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
