智能仪器与仪表综合设计

第一章系统设计与原理1智能仪器与仪表综合设计班级：测控1041姓名：学号：撰写日期：2013年6月7日指导教师：第一章系统设计与原理1摘要传统的数字电压表对于现在的虚拟仪器所设计的电压表而言，它的外观比较固定，成本较高，还有一定的不可塑性。他在生活中是比较浪费的，我们有很少的机会去使用，但是如果使用就必须购买，所以它的成本对于它的使用来说是一种浪费。而虚拟仪器就不同了，他只需一台电脑或PC机，和一些内部软件的安装与调试就可以起到很好的作用，既经济又实惠，还简单方便、随心所欲，很符合现在人的思想价值观念。本次课程设计我们利用虚拟仪器软件LabVIEW汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面。随着现代汽车工业和电子技术的发展，汽车中各种系统和机构日趋复杂，汽车行驶和各部分工作状况的信息量显著增加。同时，出于对汽车环保、安全性、经济性、智能化要求的提高，汽车驾驶员需要更多、更迅速地了解汽车运行的各种信息，使得汽车电子仪表向信息显示中心发展，它是驾驶员信息系统重要的组成部分。汽车电子仪表代替传统机械或电气机械式模拟仪表已成为发展的趋向。针对汽车仪表发展的新趋势,本文对国内汽车仪表行业的现状和发展前景进行了概述，针对性的研究了基于MCGS技术而建立虚拟汽车仪表系统的构成，并且系统的给出了一种可行性方案，分别从MCGS软件实现方法、单片机程序实现方法和软、硬件的通信三方面进行了阐述。本文设计出来的汽车虚拟仪表系统可以实现当前速度、温度、油箱存油量、远光灯、雾灯、车门报警等信息的显示。利用电子显示技术，也就是薄型平面电子显示器技术做成的汽车平面仪表板显示数字及信息，十分清晰明了，它代替了以往采用的模拟显示的车速和发动机转速表等，使驾驶者在开车的同时，仍然可以清楚地看到仪表数字及其他信息的变动。它具有测试反应速度快、指示准确、图形设计灵活、数字清晰、可视性能好、集成化程度高、可靠性强、功耗低等优点。由于没有运动部件，反应快、可靠性高、布置灵活紧凑，并有最佳显示形式。一般除要求汽车仪表耐用、耐振、指示准确、读数方便，以及受温度、湿度的影响小之外，还要求轻巧、舒适、美观并具有较好的互换性。汽车电子仪表恰恰满足了这些要求。第一章系统设计与原理1目前，电子仪表板采用电子显示器件和高压驱动器集成电路等技术，有些则采用全数字集成电路，既提高了测试精度，又可将数字信息输入汽车微机内，实现了车速与里程等参数的数据分析和计算，使汽车具有更多的自控功能。转速表、电压表、燃油表、油压表和水温表则采用线性集成电路，方便配接各类电子传感器件。关键词：汽车仪表智能设计MCGS第一章系统设计与原理1第一章课设要求与课设内容分析1.1课设要求本课程设计的内容是以AutoCAD完成模拟测试仪面板效果图设计，以MCGS完成模拟测试仪组态动画图设计，以Protel完成模拟测试仪外部电路图设计。应用工控组态软件MCGS设计与实现汽车仪表的模拟过程，利用计算机进行辅助设计，具有提高设计效率，减少投入，开发周期短等优点。工控组态软件MCGS是一款非常全面的完全中文显示的中文软件，应用者可以很快的进行相应的系统设计，使用起来非常的方便。虚拟仪器（virtualinstrument，VI）是20世纪80年代末由美国国家仪器公司（nationalinstrumentcorp，NI）提出的新概念。它以通用计算机为基础，加上特定的硬件接口，用户通过软件开发平台编写应用程序，以完成传统仪器的功能。虚拟仪器技术已经得到工业界的广泛接受与运用，成为仪器技术的主流。1.2课设内容分析本课程设计是利用工控组态软件MCGS设计与实现汽车仪表的模拟全过程，所以必须了解汽车仪表运行的过程、必备的设备、所需要的数据、设备的布局与画面的美观性。所以必须了解汽车仪表状态和参数的主要内容。熟悉汽车常用传感器的原理和用途。提高计算机辅助设计的技能和技巧。掌握组态软件的应用设计和调试方法。熟悉电子产品设计、装配和调试工艺。功能参数：（1）功能：动态检测和显示汽车的运行的主要参数和状态。设计标识（图标）应符合汽车制造行业的标准。（2）参数：数字量：转速表、里程表、水温表、燃油表、机油表模拟量：转向灯、雾灯、远光灯、电瓶指示灯、驻车指示灯；刹车指示灯、发动机故障灯、车门指示灯。第一章系统设计与原理2基于DAQ及LabVIEW的数字电压表包括直流电压表和交流电压表的功能，直流电压表的设计原理.电压-时间变换型原理是指测量时将被测电压值转换为时间间隔△t，电压越大，△t越大，然后按△t大小控制定时脉冲进行计数，其计数值即为电压值。电压-时间变换型又称为V-T型或斜坡电压式。传统的交流电压表按对波形响应的输出量分为峰值电压表、均值电压表和有效值电压表，它们的工作原理类似，只是检波电路的参数有所不同：峰值电压表采用二极管峰值检波器，表头的偏转正比于被测电压（任意波形）的峰值；均值电压表一般都采用二极管全波或桥式整流电器，表头偏转正比于被测电压的平均值；有效值经常采用热电变换和模拟计算电路两种方法实现测量，因此，对不同的测量对象必须选用不同的测量仪表。第一章系统设计与原理5第二章LabVIEW简介2.1虚拟仪器概念由于电子技术、计算机技术和网络技术的高速发展及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、方法、领域以及新的仪器结构的不断出现，电子测量仪器的功能和作用也发生了质的变化。在这种背景下，20世纪80年代末，美国成功的研制了虚拟仪器。虚拟仪器（VirtualInstrument,简称VI）是现代计算机技术和仪器技术和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测试（CAT）领域的一项重要技术。所谓虚拟仪器，就是在以通用计算机为核心的平台上，由用户设计定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器。虚拟仪器的出现使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算，分析和处理，利用I/O接口设备完成信号的采集，测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。2.2虚拟仪器的构成虚拟仪器由通用仪器平台（简称硬件平台）和应用软件两大部分构成。一、通用仪器硬件平台虚拟仪器的硬件平台有两部分构成：1、计算机：一般为一台PC机或者工作站，它是硬件平台的核心。2、I/0接口设备：它主要完成被测输入信号的采集，放大，模/数转换。根据采用不同的总线及其相应的I/O接口硬件设备，如利用PC机总线的数据采集卡/板（DAQ）,GPIB总线仪器，VXI总线仪器模块，串口总线仪器等，虚拟仪器的构成方式主要有5种类型，如图2-1所示。第一章系统设计与原理5图2-1虚拟仪器的构成框图（1）PC-DAQ系统：它是以数据采集板，信号调理电路及计算机为仪器硬件平台组成的插卡式虚拟仪器系统。这种系统才要PCI和ISA计算机本身的总线，故将数据采集卡/板（DAQ）插入计算机的空槽即可。（2）GPIB系统：它是以GPIB标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。（3）VXI系统：它是以VXI标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。（4）PXI系统：以PXI标准总线仪器模块玉计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。（5）串口系统：它是以SERIAL标准总线仪器与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。无论上述哪种VI系统，都是通过应用软件将仪器硬件与通用计算机相结合，其中PC-DAQ测量系统是构成VI的最基本方式，也是最廉价的方式。2.3虚拟仪器的功能和特点虚拟仪器利用PC机强大的图形环境和在线帮助功能，建立虚拟仪器面被测信号PC-DAQ系统GPIB系统VXI系统PXI系统串口系统计算机第一章系统设计与原理5板，完成对仪器的控制、数据分析和显示，代替了传统仪器，改变了传统仪器的使用方式，极大的提高了仪器的功能和使用效率，大幅度的降低了仪器的价格，使用户可以根据自己的需要自定义仪器的功能；可以说，虚拟仪器的出现将“仪器”的概念推向了一个新的纪元。虚拟仪器广泛的应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等诸多领域。虚拟仪器最常见的应用应该说是取代了传统的台式仪器。随着插入式数据采集卡性能的不断提高和触发技术的改进，虚拟仪器技术使得传统的台式仪器获得了新的生命。在虚拟仪器所取代的传统仪器当中，最常见的是示波器。通过利用虚拟仪器开发软件编制出的虚拟仪器程序，用户可以调整数据采集卡的动作，使软件就像一台式波器一样显示输出波形，同时虚拟示波器还可以进行许多分析工作。比如NI公司的VirtualBench软件就具备了许多分析仪器的功能，它可以把插入式数据采集卡变成示波器和动态信号分析仪。随着社会生产力的极大发展，现代化的生产要求电子仪器品种多、功能强、精度高、自动化程度高，而且要求测试速度快、实时性好、具有良好的人机界面。虚拟仪器正好可以满足这些要求。与传统的仪器相比较，虚拟仪器具有如下几点优点：1、虚拟仪器的关键环节是软件。虚拟仪器系统中除PC机外的硬件主要用于数据的采集、输入，至于系统怎样处理数据，具有怎样的面板和数据输出的形式等都是由软件决定的。虚拟仪器的好坏，很大程度上取决于软件水平的高低。2、开发与维护的费用低，系统组建时间短。当需要增加新的测量功能，只需要增加软件模块或通用的硬件模块，缩短了系统的更新时间，而且有利于系统的扩展。应用软件不像传统仪器的硬件那样存在元器件老化的问题，大大节省了维护的费用，延长设备的使用寿命。3、测量更准确。传统仪器测量个体之间差异大，而虚拟仪器的应用软件在不同的PC机上具有相同的运行效果，在软件运行这方面不存在个体的差异。4、测量更方便。因为传统仪器功能单一，所以对一个信号完成多个参第一章系统设计与原理5数的测量需要多台仪器，使测量受连接方式、电缆长度等因素的影响。虚拟仪器只需对信号进行一次采样，多个软件模块对同一组数据进行不同的处理就能实现多个参数的同时测量。5、具有强大的数据处理功能。计算机运算速度的大大提高和数字信号处理理论的丰富和完善，使虚拟仪器能够快速准确的处理数据。为了清楚的表明传统仪器与虚拟仪器的区别，我们利用下表2-1来更好的说明：表2-1传统仪器与虚拟仪器的区别传统仪器虚拟仪器功能由仪器厂商定义功能由用户自己定义与其它仪器设备的连接十分有限可方便的与网络外设及多种仪器连接图形界面小，人工读取数据，信息量小界面图形化，计算机直接读取数据并分析处理数据无法编辑数据可编辑、存储、打印硬件是关键部分软件是关键部分价格昂贵价格低廉，仅是传统仪器的五至十分之一系统封闭、功能固定、可扩展性差基于计算机技术开放的功能模块可构成多种仪器技术更新慢技术更新快开发和维护费用高基于软件体系的结构可大大节省开发费用第三章MCGS的简介与设计6第三章MCGS简介与设计3.1MCGS简介随着工业自动化水平的迅速提高，计算机在工业领域的广泛应用，人们对工业自动化的要求越来越高，种类繁多的控制设备和过程监控装置在工业领域的应用，使得传统的工业控制软件已无法满足用户的各种需求。MCGS工控组态软件的出现为解决一些实际工程问题提供了一种崭新的方法，因为它能够很好地解决传统工业控制软件存在的种种问题，使用户能根据自己的控制对象和控制目的任意组态，完成最终的自动化控制工程。MCGS全中文工业自动化控制组态软件是一套32位工控组态软件，可稳定运行于Windows95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。它的主要特点有（1）延续性和可扩充性。使用MCGS工控组