基于虛擬儀器的溫濕度遠(yuǎn)程控制開(kāi)題報(bào)告

1、本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告姓 名： 劉 沖學(xué) 號(hào)： 0614120501學(xué) 院： 機(jī) 電 學(xué) 院專(zhuān) 業(yè)： 測(cè)控技術(shù)與儀器 班 級(jí)： B1205指導(dǎo)教師： 趙娜開(kāi)題日期： 2015 年11 月21 日 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 基于虛擬儀器的溫濕度遠(yuǎn)程控制課題來(lái)源科研 應(yīng)用教學(xué) 其它成果類(lèi)別論文 設(shè)計(jì)一、課題的研究意義溫濕度是工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)非常重要的參數(shù)，物體的許多物理現(xiàn)象和化學(xué)性質(zhì)都與溫濕度有關(guān)，許多生產(chǎn)過(guò)程和物品的儲(chǔ)存都必須一定的溫濕度范圍內(nèi)才可行，需要測(cè)量溫濕度的場(chǎng)合極其廣泛。目前的溫濕度測(cè)量系統(tǒng)一般使用的都是傳統(tǒng)儀器，傳統(tǒng)儀器的功能都是通過(guò)硬件或者固化的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種框

2、架結(jié)構(gòu)決定了它只能由儀器廠家來(lái)定義、制造，而且功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶(hù)無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)儀器己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求，美國(guó)國(guó)家儀器公司（簡(jiǎn)稱(chēng)NI）率先提出虛擬儀器 的概念，它徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義生產(chǎn)，用戶(hù)無(wú)法改變的模式，從而使測(cè)控儀器發(fā)生了一場(chǎng)巨大的變革。20世紀(jì)90年代初在我國(guó)興起對(duì)虛擬儀器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，現(xiàn)在已進(jìn)入航空、航天、通信、醫(yī)療、電力、石油勘探、鐵路等行業(yè)，并得到了廣泛的應(yīng)用，未來(lái)市場(chǎng)潛力巨大。虛擬儀器是當(dāng)前測(cè)控領(lǐng)域的技術(shù)熱點(diǎn)，它代表了未來(lái)儀器技術(shù)的發(fā)展方向。虛擬儀器是通過(guò)應(yīng)用程序?qū)⑼ㄓ糜?jì)算機(jī)與功能模塊硬件結(jié)合

3、在一起的一種全新的測(cè)控儀器系統(tǒng)。用戶(hù)通過(guò)顯示器友好的圖形界面操作計(jì)算機(jī)，完成對(duì)被測(cè)量的數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示、存儲(chǔ)等整套測(cè)試工作，如同操作一臺(tái)自行定義與設(shè)計(jì)的專(zhuān)用傳統(tǒng)儀器一樣。因此，基于虛擬儀器的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)這個(gè)設(shè)計(jì)理念應(yīng)運(yùn)而生，相對(duì)與傳統(tǒng)的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)而言，使用簡(jiǎn)單方便，便于技術(shù)升級(jí)更新，系統(tǒng)的使用和維護(hù)費(fèi)用極低，同時(shí)具有極高的可靠性。性?xún)r(jià)比更高?？梢蕴岣攥F(xiàn)在溫濕度控制的整體水平。二、課題研究的主要內(nèi)容：（課題研究的重點(diǎn)和在研究過(guò)程中要解決的關(guān)鍵問(wèn)題，所要實(shí)現(xiàn)預(yù)期成果）1課題研究的重點(diǎn)和主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）系統(tǒng)總體分析設(shè)計(jì)工作根據(jù)本設(shè)計(jì)對(duì)技術(shù)指標(biāo)以及氣路圖的要求，分析了系統(tǒng)中軟件部分和

4、硬件部分所實(shí)現(xiàn)的具體功能，對(duì)電路板的型號(hào)進(jìn)行了選擇。（2）系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件主要包括溫度傳感器、濕度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡以及連至Intert的PC機(jī)，其中溫濕度傳感器用于分別采集目標(biāo)溫度和濕度。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡可將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)而送至PC機(jī)。通過(guò)NI公司提供的NI DAQmax來(lái)配置相應(yīng)數(shù)據(jù)采集卡的測(cè) 量 通道，可以完 成 信 號(hào) 濾 波 和單 位 換 算。從而 借 助 于Labview強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)編程功能，并連接到lnternet的PC機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)溫度的監(jiān)測(cè)和控制。（3）系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用工具軟件Labview進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)。2、 預(yù)期實(shí)現(xiàn)的成果本系統(tǒng)預(yù)期

5、效果：能夠精確的測(cè)量環(huán)境的溫濕度，當(dāng)溫度過(guò)高或過(guò)低、濕度過(guò)高或過(guò)低時(shí)，能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)及時(shí)向工作人員發(fā)出警告。并且自動(dòng)紀(jì)錄工作數(shù)據(jù)和報(bào)警歷史。工作人員可以通過(guò)打開(kāi)溫濕度調(diào)控器進(jìn)行及時(shí)的調(diào)節(jié)被測(cè)環(huán)境的溫濕度。同時(shí)，工作人員可以通過(guò)人機(jī)界面直觀的查看或者打印工作數(shù)據(jù)。根據(jù)工作環(huán)境的不同能方便的調(diào)節(jié)與輸入溫濕度上限下限。由于虛擬儀器天生的優(yōu)勢(shì)，技術(shù)人員可以通過(guò)極少的硬件投資和極少甚至無(wú)需軟件上的升級(jí)就能改進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)。讓系統(tǒng)能適應(yīng)各種環(huán)境和工作需求。三、課題的研究方法：（課題研究所采用的方法、技術(shù)路線以及研究思路等）課題研究所采用的技術(shù)路線以及研究思路研究的總體思路是應(yīng)用溫濕度傳感器來(lái)完成對(duì)所需數(shù)據(jù)的初步采

6、集后，再與數(shù)據(jù)采集卡相連接，然后運(yùn)用Labview DAQ進(jìn)行編程對(duì)所接收到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，當(dāng)溫濕度不在預(yù)設(shè)范圍時(shí)，也可通過(guò)Labview編程發(fā)布相關(guān)改變指令傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的改變。至于對(duì)溫濕度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制也是可以通過(guò)虛擬儀器（Labview）的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。本設(shè)計(jì)分為三大部分：溫濕度采集部分、Labview數(shù)據(jù)處理部分、溫濕度控制實(shí)現(xiàn)部分。溫濕度采集部分是通過(guò)一個(gè)集溫度與濕度集合采集器DHT11溫濕度傳感器采集數(shù)據(jù)。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠

7、性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，成本低、相對(duì)濕度和溫度測(cè)量、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、超長(zhǎng)的信號(hào)傳輸距離、數(shù)字信號(hào)輸出、精確校準(zhǔn)。 Labview數(shù)據(jù)處理部分是運(yùn)用Labview的數(shù)據(jù)處理功能，判斷采集器傳遞來(lái)的數(shù)據(jù)是否超過(guò)預(yù)設(shè)的溫濕度上限或低于預(yù)設(shè)的溫濕度下限。如果不在溫濕度不在正常范圍內(nèi)，則會(huì)通過(guò)虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)端口向工作人員發(fā)出報(bào)警，再由工作人員通過(guò)溫濕度控制實(shí)現(xiàn)部分調(diào)控溫濕度。溫濕度控制實(shí)現(xiàn)部分由工作人員遙控溫濕度調(diào)控器實(shí)現(xiàn)溫濕度調(diào)節(jié)，溫濕度調(diào)控器包括四個(gè)部分：加熱器、降溫器、加濕器、去濕器。 四、課題計(jì)劃進(jìn)度（各階段計(jì)劃完成的內(nèi)容和所需時(shí)間）15年10月16日-15年11月14日查閱、收集、整理資料

8、，撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，初擬設(shè)計(jì)方案15年11月15日-15年12月17日學(xué)習(xí)、掌握虛擬儀器原理與應(yīng)用等相關(guān)知識(shí)16年 1月20日-16年 4月15日完成虛擬儀器的溫濕度遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)及文獻(xiàn)資料的檢索與翻譯16年 1月16日-16年 2月28日完成的硬件、軟件設(shè)計(jì)。16年 3月 1 日-16年 3月14日控制系統(tǒng)模擬安裝與調(diào)試16年 3月15日-16年 4月 5日控制系統(tǒng)調(diào)試分析16年 4月 6日-16年 5月 4日撰寫(xiě)畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯五、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)和意見(jiàn)：該生對(duì)于所開(kāi)課題進(jìn)行了較為詳盡的市場(chǎng)調(diào)研，參考了許多文獻(xiàn)，課題具有一定的實(shí)用價(jià)值。本課題是學(xué)生所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的延續(xù)，符合學(xué)生專(zhuān)業(yè)發(fā)展方向，對(duì)于提高

9、學(xué)生的基本知識(shí)和技能，對(duì)于提高學(xué)生的研究能力有益。研究方法和研究計(jì)劃基本合理，難度合適，學(xué)生能夠在預(yù)定時(shí)間內(nèi)完成該課題的設(shè)計(jì)。 同意該課題開(kāi)題。指導(dǎo)教師（簽字）： 年 月 日 六、所在系審查意見(jiàn)： 系主任（簽字）： 年 月 日 注：1本表一式四份，指導(dǎo)教師一份，二級(jí)學(xué)院存檔一份，學(xué)生本人二份一份留用、一份裝訂于畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）資料中。2開(kāi)題報(bào)告后需附關(guān)于本課題的文獻(xiàn)綜述。3各項(xiàng)若不夠請(qǐng)加附頁(yè)或擴(kuò)展表格。4指導(dǎo)教師、系主任的簽字及日期必須手寫(xiě)，不得打印。一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)：近幾年來(lái)，世界各大虛擬儀器公司開(kāi)發(fā)了很多虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)軟件，供使用者組建適合自己的虛擬儀器以及測(cè)試系統(tǒng)。其中尤其

10、以美國(guó)NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI開(kāi)發(fā)最早且最具影響力。LabVIEW采用的是圖形化編程方案，是非常實(shí)用的開(kāi)發(fā)軟件；Labwindows/CVI是采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程的、在Windows環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)ANSIC開(kāi)發(fā)軟件。除了上述幾種軟件，還有美國(guó)HP公司開(kāi)發(fā)的H-VEE和HPTIG軟件，美國(guó)Tektronix公司開(kāi)發(fā)的Ez-Test和Tek-TNS軟件，以及美國(guó) HEM Data公司開(kāi)發(fā)的Sanp-Master軟件，都是國(guó)際上公認(rèn)的非常優(yōu)秀虛擬儀器開(kāi)發(fā)軟件。當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)采用的總線包括GPIB通用接口總線、傳統(tǒng)的RS-232串行總線、RS-485串行總線、VXI總

11、線，以及USB總線等。世界各國(guó)的公司，特別是美國(guó)的NI公司，為了使虛擬儀器能適應(yīng)各種總線的配置，開(kāi)發(fā)了大量的軟件和適應(yīng)要求的硬件，從而可以使使用者靈活地組建各種各樣的不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。虛擬儀器的開(kāi)發(fā)公司，在測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模式及其變換方面不斷地改革和創(chuàng)新，發(fā)布了各種軟件，建立了開(kāi)發(fā)工具庫(kù)和數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫(kù)，進(jìn)一步擴(kuò)大了虛擬儀器的功能。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將逐步取代傳統(tǒng)儀器而成為測(cè)試儀器的主流。據(jù)專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2015年我國(guó)有70%的儀器為虛擬儀器。虛擬儀器將在航天、通信、醫(yī)療、電力、石油、鐵路等行業(yè)普及及應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)己有部分院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器,

12、國(guó)內(nèi)專(zhuān)家預(yù)測(cè):未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)將有50%的儀器為虛擬儀器。國(guó)內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)儀器而成為測(cè)試儀器的主流。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標(biāo)志著二十一世紀(jì)自動(dòng)控制與電子測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向。附：文獻(xiàn)綜述2、 文獻(xiàn)的查閱范圍及手段： Kluwer全文期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、Asme數(shù)據(jù)庫(kù)、Springer Link全文期刊數(shù)據(jù)庫(kù)、Elsevier Science期刊等電子期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)期刊網(wǎng)、萬(wàn)方期刊網(wǎng)、重慶維普全文數(shù)據(jù)庫(kù)等。3、 主要參考文獻(xiàn)：1 陳國(guó)順，張桐，郭陽(yáng)寬，王正林.精通LabVIEW程序設(shè)計(jì)(第二版), 2012：7-8.2 楊鳳鳴，基于LabVIEW的溫度檢測(cè)系統(tǒng) ，沈陽(yáng)：沈陽(yáng)理工大學(xué)，2008:2-3.3 董冬，司頡，基于LabVIEW的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，科技論壇，2005.4李江全，劉恩博，胡蓉等編著，虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)，20105張國(guó)雄主編.測(cè)控電路M.天津大學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社，20066翁維勤，孫洪程編著.過(guò)程控制系統(tǒng)及工程M.化學(xué)工業(yè)出版社，20027童剛.虛擬儀器實(shí)用編程技術(shù)M.機(jī)械工業(yè)出版社，20088張重雄編著.虛擬儀器技術(shù)分析與設(shè)計(jì)M.電子工業(yè)出版社，20079張毅等編著.虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用M.機(jī)械工業(yè)出版社