第一篇
1测试系统总体设计
根据实际分析，装置的设计需满足以下条件:1)系统能实现－20～50℃范围内任意时刻的检测并保证测试设备机械结构对测试结果无影响;2)系统应具有较高的自动化水平，在整个测试过程中，用户只需简单操作系统就可完成整个测试。根据设计要求提出的装置整体示意简图如图1所示。系统由恒温试验箱、三轴平台、激光位移传感器、控制系统等主要部分组成。工作时，将待测零件固定在工装板上并放置到试验箱安装支架上，然后关闭试验箱测试室门，当测试室达到预定的温度时，三轴平台带着传感头运动，传感头发出的光束透过双层隔热玻璃从每个零件表面扫过，同时测量值被传感控制器接收，并传输到上位机LabVIEW中。在此过程中，控制系统主要控制伺服电机、恒温试验箱、报警装置等的工作，还对激光位移传感器的信号进行采集、显示、处理和输出。
2测试系统硬件设计
为实现预定的功能，提高测试效率，保证系统的可靠性，本文提出的双金属片形变测试系统硬件部分整体框图如图2所示。因传统水域测量法采用水作为双金属片的传热介质，在节能、效率、测量精度等方面均存在不足。因此，本文选择恒温试验箱为测试系统提供测试环境，并完成试验箱的设计和激光位移传感器的选型。2．1分体式恒温试验箱的设计目前，市场上的恒温试验箱的测试区与制冷系统为一体式［8］，压缩机等部件在工作过程中的振动会导致被测双金属片的振动，从而影响测试精度。因此，本文设计了分体式恒温试验箱。该试验箱由制冷、制热系统、循环通风系统、测试室以及控制系统等部分组成，分左右2个箱体，2个箱体之间用软管连接用于通风循环，制冷回路、加热管以及风机安装在左箱体中，测试室安装在右箱体中并在其顶侧开有玻璃窗用于激光位移传感器的透光检测。试验箱通过热平衡控温法实现测试室温度控制，表1为分体式恒温试验箱的主要性能参数。2．2激光位移传感器的选择激光位移传感器由传感头和传感控制器组成，是测试系统的核心。传感头主要实现位置信号的采集，传感控制器对位置信号进行预处理并及时传输到上位机，考虑到测试过程中传感器检测光需透过双层玻璃，为保证测试精度，分别选用松下和基恩士的传感器产品做透双层玻璃试验，经过测试比较多个产品的综合性能，最终选用基恩士LK—G5000型激光位移传感器，其传感头主要性能见表2所示。
3测试系统软件设计
3．1基于PLC的控制程序设计本文选用台达DVP40EH—PLC作为下位机，实现对伺服电机、循环风机、报警装置的控制，其控制流程如图3所示。系统在完成原点回归后，以当前位置作为检测起始点，由于不同类型零件高度不同且激光位移传感器的测试范围为定值，所以，程序运行时首先根据上位机选择的零件类型，Z轴电机运行到指定的位置，然后控制三轴平台进行XY平面移动，待测试完成，系统重新初始化，等待下一次检测。当系统发生错误时，PLC立即停止电机输出，报警灯响起，并把错误信息传输给上位机和触摸屏，以便用户处理。此外，触摸屏除显示测试系统工作状态外，还能实现PLC相关参数的修改。3．2基于LabVIEW的控制程序设计测试系统采用LabVIEW作为上位机控制软件［9］，主要实现以下功能:1)通过TCP/IP协议对激光位移传感器的数据进行读取、处理、显示、储存;2)经过NIOPCServers实现硬件接口的转换，通过ＲS—232串行接口实现与PLC的连接并通过该端口控制PLC工作;3)通过ＲS—485串行接口，实现与DTC的数据传输;4)根据测试要求编写人性化的人机界面。3．2．1数据传输与数据处理测试中，LabVIEW根据PLC发送检测开始信号，调用数据采集子VI。由于数据的实时处理会导致数据处理量大并增加编程的难度，并且在整个检测过程中零件需在不同温度下重复检测，为此，程序设计分2步:1)在传感器检测时，将数据实时存入数据库;2)检测完毕试验箱升温或降温时，调用检测数据进行数据处理。1)数据采集传感控制器与LabVIEW是基于TCP/IP协议利用以太网实现两者的通信。首先设置传感控制器和计算机的IP地址、子网掩码和网关，然后在LabVIEW中运用“Getdllpath”，“DllretcodetoVIErrcode”等函数编写数据采集子VI，供LabVIEW主程序调用，最终实现LabVIEW对传感器数据的采集。LabVIEW数据库工具包基于ODBC(openda-tabaseconnectivity)技术，利用DSN(datasourcenames)连接数据库，将采集到的数据存入数据库，并对这些数据进行管理和查询。图4为传感器数据采集程序。2)数据处理LabVIEW对所采集的数据进行数据截取、数据过滤以及求平均值。在每次检测完毕后，LabVIEW调用测试原始数据，由于被检测的零件成规则排布，可根据伺服电机的行走路径、行走速度以及采集到的数据进行计算分析，计算出每个零件数据的范围并截取出每个零件的数据段，然后针对每个零件数据进行过滤，除去误差较大的数值，最后对剩下的数据求平均值，即可得零件某温度下的位移量。待零件所有温度检测点全部检测完毕后，系统根据每个温度检测点的检测数据，计算出双金属片在各温度间的相对变形量，然后与标准变形量比较，就可判断出零件的合格性。当产品检测不合格时，记下该产品对应的序列号，测试时间和各项测试指标，并在人机界面上显示，用户可根据约定的排练顺序，取出不合格产品。此外，LabVIEW利用数据库工具包和报表工具包编写数据库管理和生成Word报表程序，从而用户可在人机界面上查询数据并打印报表。3．2．2基于OPC协议实现对PLC的控制LabVIEW与PLC通信的实现过程分为2步:1)建立PLC与NIOPC服务器的连接:在NIOPCServers软件中添加新的Channl后，选择ModbusSerial驱动程序，并设置通信格式，然后新建设备名并添加标签属性。2)建立OPC与LabVIEW的连接:首先，创建I/O服务器，并通过I/O服务器连接OPC标签的共享变量，然后将带标签的共享变量拖入程序框图，从而实现上位机与PLC的通信。测试系统运行中，LabVIEW通过ＲS—232串行接口把设置的参数和操作量传递给PLC，PLC根据内部程序执行上位机的指令，并向上位机传输PLC状态。3．2．3基于Modbus协议实现对DTC的控制在恒温试验箱运行中，LabVIEW通过Modbus协议实现与温控器通信并控制温控器工作。LabVIEW程序运用NIModbus函数实现对温控器的控制，采用“MBSerialInit”函数进行端口配置、“MBSerialMasterQuery(poly)”函数读写寄存器的值、“VISA关闭”函数关闭等函数进行编程并把程序封装成温控器子VI。图5为温控器子VI。3．2．4LabVIEW人机界面的设计本测试系统人机界面由主控、调试、报警、查询、登入等界面组成。为了用户能够更好地操作测试系统，该系统采用了人性化操作界面，其中主控界面有基本参数选择按钮，测试系统实时状态显示功能，激光位移传感器采集数据实时显示等。
4试验研究
4．1系统标定按检测流程标定出测试范围(－20～50℃)内每个整数温度下工装板的形变，以便系统计算零件形变量时除去此部分误差，从而保证测量精度。4．2试验描述与结果分析所研制的测试系统对宁波蓝宝石科技仪器有限公司煤气表C型温度补偿片进行了测试。先将零件安置到试验箱中，并设置试验箱测试点温度:－5，5，15，25，35℃。测试系统运行后，待测试室温度由室温降到－5℃，然后三轴平台带着传感头运动检测出各零件与传感器基准之间的相对位移，传感器依次检测各个温度点，5个检测点总共检测时间大约58min，每次检测零件数为180个且不良零件全部检出。表3为部分零件检测数据。结果表明:该测试系统工作效率高、可靠性好、自动化程度高。
5结论
基于恒温试验箱、激光位移传感器等硬件平台和Lab-VIEW软件平台研制了双金属片形变测试系统，并对设备进行了实际测试，结果表明:1)所研制的恒温试验箱很好地解决了压缩机等部件的振动对测试结果的影响，并为检测提供了稳定、可靠的测试环境，提高了检测效率。2)所研制的测试系统控制部分以LabVIEW为核心，采用性能优良的激光位移传感器，实现了透过双层玻璃的检测，且可较好地实现高效精确的数据传输和分析功能。3)研制的测试系统采用触摸屏和LabVIEW人机界面，系统可视性提高，便于实现在线监测。
作者：楼应侯 朱文斌 王贤成 胡宁波 王友林 单位：浙江大学 宁波理工学院 机电与能源工程学院 太原科技大学 机械工程学院
第二篇
1自抗扰控制系统
1．1ADＲC系统设计ADＲC结构如图1所示。此系统主要跟踪微分器(TD)、分线性组合、被控对象、扩张状态观测器4部分组成。整个系统的流程安排主要由跟踪微分器完成。扩张状态观测器主要作用是估计系统状态、模型和干扰［6］。非线性组合主要是完成非线性误差反馈(NLSEF)确定一个固定的控制信号。如果异步电机驱动系统是矢量控制的，此时应该选用一阶模型控制器，其结构也应该与其匹配的二阶ESO结构［7］。基于一阶ADＲC转速控制器结构图如图2所示。转子链条不点是矢量控制的一个重要的特点。如果转动惯量发生变化，此时会造成系统模型误差和负载扰动的情况，可以利用ADＲC的特点，通过ESO观测此时的扩张状态Z2［8］。1．2ADＲC的优化在如图2的结构中，并没有TD的输出，这是因为ESO输出的观测值并没有被控制对象的微分项输出。如果NLSEF被线性比例调节所代替，代替之后的优点是模型简化、计算量减小，同时还能很好的保证控制器的性能［9］。优化后的一阶ADＲC转速控制结构图如图3所示。
2系统软件设计
系统的程序流程图如图4所示。整个系统的编程采用结构化的形式进行，在软件STEP7V5．2环境下通过语句表STL完成［11］。
3测试结果和分析
测试系统主要由监控软件、变频器和光电编码器构成。其中监控软件使用的是WinCC。变频器使用的型号是S7－300PLC。具体的连接示意图如图5所示。在实际的应用当中，控制器的离散控制周期决定了参数β01(β01=1/h)和β02(β02=1/(5h)2)的值。在测试中设定h=100ms，所以相应的β01和β02的值分别为10和20。kp和b0通过由小到大的试凑法整定。变频器是矢量控制方式，原始速度为200r/min，周期为60s，整个系统的闭环响应可以通过变化的三角波得到。其中n的变化范围是200r/min～500r/min。具体的测试结果如图6和图7所示。通过图6可以看出，传统的PLD控制和ADＲC控制方式相比，PLD控制的跟随性很差。而ADＲC控制方式的跟随性很好。通过图7(a)可以看出，ADＲC控制方式和传统的PLD控制方式相比，其鲁棒性和抗干扰性具有明显的优势。通过图7(b)可以看出，ADＲC控制方式和传统的PLD控制方式相比，其动态性能更好。
4结论
传统的PLC变频调速系统存在一些不足，为了很好的解决这些问题，文章提出了一种基于自抗扰控制器的异步电机变频调速系统。文章主要介绍了此系统的数学模型和具体的实现方法。测试结果表明，和传统的PLC变频调速系统相比运行性能提高了很多。文章还介绍了ADＲC的优化方法。优化后的系统不但减少了计算量，而且控制器的参数也大大减少。
作者：马宏骞 单位：辽宁机电职业技术学院自控系
第三篇
1无线网络门诊输液系统在医院的实施及应用
1.1输液前（病人及输液袋条码标签的生成）（１）患者至药房取药，药剂师在给病人药物和处方时，用条码打印机打印二维条码，贴在药物和输液袋上；（２）移动门诊输液管理系统输液病人先到输液中心的服务台，把药物、输液袋（印有条码标签或ＲＦＩＤ标签）交给护士；（３）护士打印输液标签前，用ＰＤＡ扫描药袋和输液座位牌上的条码，确认病人的身份和输液座位信息后，打印形成附带条形码的双联输液标签，使病人身份与药物产生唯一关联标识。（病人姓名、药物、输液座位号等）；（４）病人凭发票等向护理人员领取输液座位牌，到规定的输液座位上，静等护士的服务。1.2 输液中（护士对输液病人及药物的条码核对）：护士按规定配置液体（相对净化的配置室内完成），贴好标签后交给输液护士。在病人接受输液及接瓶前，输液护士先用ＰＤＡ扫描药袋、对其身份及药物条码进行扫描匹配，实现快速、准确的识别。当对药物、座号信息及病人身上佩戴输液座位牌确认无误后，护士开始给病员输液。同时记录了输液操作服务的时间点、操作人员等信息。病人在需要帮助的情况时（接瓶、结束输液或发生其它特殊情况时），可自行按下无线呼叫器按钮（设在输液椅的扶手侧面或其它不易误触发的位置上），并有提示灯闪烁。请求服务的信息通过无线网络，在输液室的任何地点正在忙于处理工作的护士手腕上的ＰＤＡ即可进行无线数据接收，并会发出提示音及屏显某座位号、病人信息、输液信息等的请求帮助，护士及时赶到解决输液病人的要求，或转请其它护士协助解决。1.3输液后（病人身份核对）：当病人结束输液后，护士用ＰＤＡ核对病人身份条码及相关输液信息，确保输液正常完成。输液结束后，系统解除患者与座位号的绑定，便于接收下一位患者。
2总结
基于无线网络的门诊输液系统的实施，将进一步提高医疗服务人员的效率，优化医疗服务的流程，显著减少医疗差错，提高医疗服务质量，确保患者在正确的时间内得到了正确有效的治疗。基于无线网络的医疗无线网络技术，将在以临床方面为主导的医疗系统中，具有广阔应用前景，极大地推动医院信息化建设的步伐。
作者：徐治萧 单位：苏州市立医院本部
第四篇
1系统硬件设计
1.1电力线载波模块由于电力线网络的非规则性，使得信号传输受到电力网上各种干扰因素的影响，因此用电力线来传送数据时如何抗干扰就成为一个不得不考虑的问题。噪声干扰以及传输距离的远近都与通讯效果的好坏有直接的关系，改善信噪比的关键就在于找到一款高性能的电力线载波芯片。1.1.1载波芯片的选择电力线载波芯片完成对信号的调制与解调、对信号放大、滤波及与微控制器的通信等功能，它是电力线载波通信系统的核心。该系统中选用SGS-THOM-SON公司的电力线载波芯片—ST7538，ST7538是在ST7536、ST7537基础上推出的又一款专用的半双工，同步/异步FSK调制解调器芯片，采取了多种抗干扰技术，利用它的多频段性，可以很好的克服窄带通信的缺点。ST7538新增了7个载波频率以及载波监测、频段占用检测功能，比ST7536和ST7537更加智能、强大，且内部集成了发送和接收数据的所有功能，通过串口ＲxD、TxD和CLＲ/T等可以方便地与单片机连接，同时内部具有电压自动控制和电流自动控制，通过一个耦合电路即可接入到电力网中。1.1.2ST7538芯片的主要工作原理ST7538内部结构图，如图3所示。其中，SEＲIALINTEＲFACE部分是ST7538与微处理器(MCU)通信接口。ＲxD为从电力线上接收数据的输出引脚;TxD向电力线发送数据的输入引脚;ＲxTx为ST7538接收/发送模式选择的控制引脚;ＲEG_DATA控制MCU对ST7538通信控制寄存器读写选择;CLＲ/T是ST7538输出的用于同步通信的时钟线;管脚ＲAI和ATOP1/ATOP2是ST7538与电力线输入/输出的接口。ＲAI用来接收来自电力线上的模拟信号;ATOP1/ATOP2则是将调制后的信号进行功率放大后输出到电力线上［4］。ST7538的4种工作模式由ＲEG_DATA和ＲxTx引脚控制，如表1所示。1.1.3电力线接口电路设计电力线接口电路用于连接ST7538载波芯片和电力线，它既是一个耦合电路，用于FSK信号的传输与接收;也是一个滤波系统，它的功能是滤掉220V/50Hz的交流信号的干扰、噪声信号以及浪涌信号。它的性能决定了通信的好坏，是实现载波通信的关键。其由接收滤波电路、发送滤波电路和耦合保护电路3部分组成［5－6］。电力线接口电路如图4所示。在使用ST7538发送或接收数据之前，可以通过对控制寄存器进行写操作来设置载波芯片的参数，如载波频率、波特率等。配置完毕，可以读控制寄存器来验证配置是否正确。ST7538与主控制器之间的数据传送还可以通过数据包的方式，可以大大提高传输速率，由一个存放数据位的辅助缓冲器来实现此项功能，当数据量达到数据包指定比例时，缓冲的数据就传向主控制器。(1)发送滤波电路调制解调器在发送数据时可能掺杂了一些伪信号和噪声，这些干扰通常是载波信号的二次谐波或三次谐波，因此需要带通滤波器来滤除干扰信号。在图4中，由C13、L12、C5、Ｒ10和L4以及33nF的电容构成一个四阶带通滤波器，所用到的信道频率f0是132．5kHz，带宽选为60kHz。其中，33nF的电容、L4、L12和等效感性阻抗LC的阻值都是给定的，而C13和C5的值是通过计算得到的。为了达到更好的滤波效果，要注意变压器的漏电感(0．1μH到10μH)、晶体二极管的漏电容(约2nF)和串联器件的等效串联电阻ＲES(从100mΩ到1Ω)，尽可能的选用电阻性器件。由于电路中的各个器件相互影响，所以滤波电路还必须实现能够隔离工频电网，在此变压器选用1∶1的隔离变压器。模拟电力线上的阻抗条件，在滤波器的输出端加上一个感性负载，令该负载的阻抗值为2LC=100μH。由于电路中的感性器件的ＲES要与其电感值成比例，并且感性器件的ＲES应尽可能地小一些，因此L12选为10μH，L4选为22μH。而33nF的电容主要是为了将变压器与电力线进行隔离，阻止低频信号而使某些高频信号通过并且滤掉电力线上的50Hz/60Hz的信号，同时该电容还有短路保护的作用，用来避免因电容短路失去滤波功能而损坏接口电路。(2)接收滤波电路接收滤波电路的功能是用来滤除来自电网上的噪声，这些噪声会降低模块的解调性能。引脚ATOP2接地，引脚ATOP1为高阻抗时，电路处于接收状态。为保证可靠的接收，必须设计一个能滤除来自电网上的噪声的滤波电路。选用有源滤波器没有无源滤波器好，因为有源滤波器会产生一个与接收信号相当的白噪声而造成额外的干扰。综合考虑，用Ｒ11、C3和L7构成一个二阶无源带通滤波器。该滤波器只允许一定频段的信号通过，而高于或低于该频段的干扰和噪声被抑制。而电路中Ｒ11的阻值将会影响变压器初级线圈电流及发送效果，如果Ｒ11的值太大了将会产生白噪声，太小了将会影响发送时的效果，通过综合考虑Ｒ11最终选择750Ω。(3)耦合保护电路由于电力线上负载发生变化时，电力线上会产生较大噪声甚至幅值很大的尖峰脉冲，该脉冲经耦合后，会给后级电路带来较大危害。因此需要加入一个浪涌保护电路。耦合保护电路一方面是为了避免电网上的工频信号直接与低压电路相连，另一方面用来阻止电网上的干扰尖峰对电路的破坏。对于电网侧的工频信号，使用L4和33nF的电容组成的带通特性滤除，载波信号通路是在L4和33nF的电容发生串联谐振时形成的，对于50kHz的工频信号，使用33nF的电容来隔离。电网中的尖峰信号一般采用的是双相稳压管进行保护，当电压值不小于稳压时，稳压管就会短接到地，进而保护接口电路的器件不会被烧坏。但是火线与零线间存在差模干扰，火线与地线，零线与地线之间存在共模干扰。如果用一个双向稳压管只能对差模尖峰信号起作用，所以当出现共模尖峰信号时，就会对电路造成损坏，因此图4采用3个晶体二极管连成星状结构，来消除共模尖峰信号。D1和D3构成一个双向稳压管，来消除差模尖峰信号。2．3分机模块系统选用STC12C5608AD单片机作为终端节点的控制芯片，进行室内信息采集、家电控制。STC12C5608AD系列单片机是一种低功耗、高性能、超抗干扰的新一代8051单片机，内部集成专用复位电路，4路PWM，8路A/D转换，具有8K在系统可编程Flash存储器。贴片型12C5608AD体积小，单价低廉，完全满足家庭智能控制的需求。ST7538与STC12C5608AD之间的连接采用SPI接口，如图5所示。发送数据时首先要判断载波监听信号管脚CD/PD，如果CD/PD=1，说明信道中没有数据进行传输，然后通过I/O端口使ＲxTx为低电平，ST7538处于发送数据状态，然后数据从TxD送入ST7538处理器，发送数据经过调制、滤波和差分放大后，由引脚ATOP1和ATOP2通过电力线接口电路发送到电力线上。反之当ＲxTx为高电平时，ST7538处于接收数据状态，由ＲxD脚将信号送入单片机中。图6为单片机外接分控电路。本电路还可以根据实际需要加置相应的传感器，采集室内信息并回送给主机单元，主机单元接收到回馈信息后经判断，然后执行相应的操作。
2系统软件设计
软件部分包括WEB平台的搭建、GPＲSDTU的配置、微控制器底层驱动编写。软件设计采用KEILMDK作为开发环境，KEILMDK集成了业内最领先的技术，包μVision4集成开发环境与ＲealView编译器，强大的Simulation设备模拟，性能分析等功能，可以让开发者方便地开发嵌入式应用程序。2.1WEB服务器的构建系统通过WEB服务器接入Internet，用户可以在任何有网络的地方通过WEB页面，获取该WEB服务器发布的实时信息，进而实现对家中环境的远程控制。WEB服务器的构建是建立在嵌入式μC/OS－Ⅱ操作系统之上，因此要先完成μC/OS－Ⅱ在Cotex－M3内核上移植，然后将嵌入式设备专用TCP/IP协议栈LWIP(轻型TCP/IP协议)移植到μC/OS－Ⅱ操作系统中，并使μC/OS－Ⅱ系统扩展出以太网功能，通过简化HTTP的一些机制来实现精简的WEB服务器，使用户通过WEB网页就能与远程设备交互［7］。WEB服务器工作时，用户浏览器就是客户端，服务器需要动态的将系统的相关信息发布到网络上，服务器与浏览器信息交换我们采用公共网关接口CGI(CommonGatewayInterface)，它运行在服务器上，提供与客户端HTML页面的接口，完成HTML无法做到的交互功能。客户端动态WEB网页可以利用Javascript技术来实现，静态网页借助Dreamever8开发工具通过HTML来实现。完成后的界面如图7所示［8－9］。2.2GPＲSDTU的配置GPＲSDTU模块一般带有配置软件。模块上电后，通过串口线与PC连接好，打开配置软件，设置模块入网的相关参数如IP、端口号、网络协议等，保存设置，重启模块即可工作。客户端可以通过手机短信与DTU实现数据传输，也可以通过上位机实现指令的发送［10－11］。2.3微控制器底层驱动及载波通信软件设计当系统启动时，程序完成初始化系统开始运行，GPＲS自动拨号上网，开始进入数据接收状态。如果WEB客户端发出控制信号，IP数据报被解析后，控制数据经电力线载波模块传送至终端，终端接收成功便会发出接收成功的数据，主机完成一次数据发送，轮循进入下一次数据收发。主机接收到GPＲS数据处理流程类似。当用户发出查询请求时，分机会据此将反馈信息发送到WEB页面或用户手机，用户据此做出操作指令［12］。主程序流程图程序流程图如图8所示。电力线载波通信的实现软件流程如图9所示，由于ST7538为半双工调制解调芯片，为了避免主控通信口同时处于发送和接收状态而造成数据传输的冲突，程序中是以状态字的查询以及中断设置来完成。无论从串口收到数据还是从电力线收到数据之后，都需要从串口的中断状态来判断系统通道的情况，从而决定是将数据从ST7538传向电力线还是传向通信设备。一旦数据转发完成，则整个系统回到检测状态，等待新一轮数据收发启动。
3实验及结果分析
为了检验系统的可靠性，我们对电力线载波通信部分进行了充分的测试，测试选择在实验室环境条件下进行。我们将主控端载波模块与PC机通过串口线连接，同时接入实验室电网。终端载波模块同样与另一台PC机通过串口线连接并接入实验室电网。这样就可以通过串口调试助手进行数据收发来检验系统的可靠性。首先由主控端PC机A发送一帧数据给主控端载波模块A，经调制解调耦合到电力线上，终端载波模块B对信号进行接收，再通过串口发送给终端PC机B，PC机B收到数据之后再反馈一帧数据给PC机A，如果PC机A接收到的数据与预期的数据相同，则证明这次通信成功。为了使实验结果更加准确，我们分别在5个时段进行测试，每个时段实验次数为1000次。实验结果如表2所示。实验结果表明，通信成功率在99%以上，这说明应用FSK调制解调通信技术进行电力线载波通信的可行性。目前，我们正对实验中反映出的一些问题进行改进。
4结束语
本文介绍了基于电力线载波的智能家居控制系统，以GPＲS和以太网作为远程传输网，以低压电力线作为室内传输媒介，可以实现家用电器的远程实时集中控制。本设计的实现为家庭智能控制系统提供了一套可靠的参考方案，具有很强的可移植性。
作者：李玉平 罗友 秦会斌 张稳 单位：杭州电子科技大学新型电子器件与应用研究所电光源实验室
第五篇
1MapX在不同开发环境下应用比较
此处列出VisualC++下部分工具对应的参数:miZoomOutTool缩小工具miArrowTool箭头工具miPanTool手掌工具(移动地图)miSelectTool选择工具miＲadiusSelectTool圆形选择工具miＲectSelectTool矩形选择工具以上为在VisualC++开发环境下的举例。在Labview开发环境下将MapX作为控件插入ActiveX容器［9］中，然后通过设置其属性、调用其方法和响应其事件来实现相应基本工具。地图放大工具实现如图1所示。因为LabVIEW是用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言，完成地图放大工具只需要把MapX的CurrentTool的参数(miZoomInTool)和Current-Tool属性节点相连接就可以。此处列出LabVIEW下部分对应的参数，如图2所示。通过比较，发现在LabVIEW开发环境下开发所需要的系统存在着很大的优势，只需要连接相应属性参数图标到相应的属性节点图标，编程较简单，减少了工作量。但是它也存在很多开发困难:1)应用VisualC++，VB，Delphi等开发相关系统属于主流，造成用LabVIEW开发可参照的例程比较少。2)Labview程序设计是基于数据流的，如果忽略这一点会造成意想不到的错误。
2系统功能的实现
2．1基本工具功能的实现在LabVIEW开发环境下开发相关系统是可行的，MapX提供了几个常用的地图化基本工具，如放大、缩小、漫游、居中等。地图缩小工具的实现:把MapX的CurrentTool的参数(miZoomOutTool)和CurrentTool属性节点相连接，如图3所示。ToolNumber是代表自定义工具的常量，这个值可以是1到999之间的整数。这里创建500来代表测距工具。Type是决定工具行为的ToolTypeConstants值。在这里，指定为使用户可以用该工具拖动鼠标来画直线的miToolTypeLine，常量。Cursor创建为5，它代表miSizeCursor这个常量，地图漫游工具的实现:把MapX的CurrentTool的参数(miPanTool)和CurrentTool属性节点相连接，如图4所示。在这里只列出所需要的基本工具程序，其他的可根据上述程序举一反三。2．2自定义工具功能的实现MapX还支持自定义工具的设计，以满足用户特殊的需要。这里以系统中的测距工具为例介绍自定义工具的设计。测距工具的用途是确定地图上两点之间的距离。创建自定义工具，首先调用CreateCustomTool方法［10］，如图5所示。在CreateCustomTool方法调用过程中，指定了3个必选参数:ToolNumber，Type和Cur-sor。ToolNumber是代表自定义工具的常量，这个值可以是1到999之间的整数。这里创建500来代表测距工具。Type是决定工具行为的ToolTypeConstants值。在这里，指定为使用户可以用该工具拖动鼠标来画直线的miToolTypeLine，常量。Cursor创建为5，它代表miSizeCursor这个常量，意味着当工具被选中时，它会以方向光标的形式出现。CreateCustomTool有3个可选的参数，它们也取CursorConstants，常量值。ShiftCursor指示应在Shift键被按下时出现光标，可选。如果省略，Shift键对光标没有影响。CtrlCursor指示应在Ctrl键被按下时出现光标，可选。如果省略，Ctrl键对光标没有影响。bInfoTips如果想显示infotips，设置为true，默认值为false。当CreateCustomTool方法调用以后，编写实现自定义工具的相应程序。这里主要用到ConvertCoord和Distance两个调用节点。当调用ConvertCoord节点时把屏幕的Horizontal和Vertical坐标传递给ScreenX和ScreenY两个参数;MapX和MapY两个参数设置为0;Direction参数设置为miScreenToMap，这代表把屏幕的坐标转变为地图上的坐标(即经纬度);Distance节点用于计算两个点之间距离，把起点和终点转变地图上相应的坐标传递给X1，Y1，X2，Y2等4个参数就可完成两点间距离的测量。具体实现过程如图6所示。2．3定位功能的实现无线设备GPS定位就是对无线设备采集的GPS数据进行处理，然后在电子地图的基础上进一步完成可视化的过程。无线设备GPS定位系统测试实验在山东理工大学大棚附近进行。每一个无线设备在接收到采集GPS数据命令后，开始采集并且向系统发送GPS数据，然后系统对数据进行处理。这里以设备一为例，由于只需要经纬度两个数据，无线设备发送数据格式为$GPGGA，083435．00，3648．52284，N，11759．33423，E就可满足要求。3648．52284为采集的纬度，表示36°48．52284＇;11759．33423为采集的经度，表示117°59．33423＇。这些数据还统一需要转化成度，如图7所示。首先通过截取字符串函数从索引号17开始截取2个字符为纬度36°，从索引号19开始截取8个为纬度48．52284＇，再把把字符串通过分数/指数字符串至数值转化函数转换成数值［9］，48．52284＇除以60加上36°得出纬度值为36．808714°;同理得出经度为117.988904°。得出经纬度后把纬度传递给AddSym-bol节点的X参数，经度传递给Y参数。这样就可以在相应的坐标位置以符号的形式显示无线设备了，如图8所示。
3监控界面
通过无线设备GPS定位系统测试实验，完成了设备一的定位显示，如图9所示。
4结论
通过现场小规模测试实验得出，利用MapX控件在LabVIEW开发环境下可以快速方便地完成冬枣栽培环境因子监测系统中的无线设备GPS定位功能，效果良好，可以达到VisualC++，VB，PowerBuilder，Del-phi等完成的水平。在以后的使用过程中还可以对其进行功能的追加或者进行功能的修改，使其功能更加的可靠、完善。
作者：苏夏侃 杨自栋 单位：山东理工大学 农业工程与食品科学学院
第六篇
1关键技术
1.1模拟滤波电路设计由于测量环境中不可避免的存在各种噪声，为此设计了有源二阶压控低通滤波电路，采用大电阻与小电容结合的方式，搭建了截止频率为31．2kHz的低通滤波器如图5所示，其频率特性如图6所示。从AD8495输出的信号不在0～5V范围内，故设计了二级放大器。1.2数字电路设计的关键技术1.2.1AD转换器信号经过模拟适配电路后需要经过模数转换器转换成数字量，这里运用CC430内部自带的12bitAD转换器。基于温度是一个缓变信号，因此其采样频率较低为25kHz。而CC430的外部高速晶振为26MHz［7－8］，经计算和实验验证其采样频率可达80kHz，满足测量频率的要求。1.2.2无线射频(ＲF1A)电路设计系统采用CC430作为主控芯片，其将MSP430单片机与CC1101无线射频集成于一体。运用软件SmartＲFStudio对ＲF参数进行仿真［9］，目前国内用的比较多的免费频315MHz和433MHz，315MHz使用较多，易干扰，因此寄存器初始化中心频率设为433MHz。设计中选用SMA接头的全向天线，天线阻抗为50Ω，只要设计相应的天线匹配电路，即可实现无线收发功能。运用软件SI9000对微带线进行了线宽和铜厚设计［10］，设计其线宽为55mil，铜厚为1OZ，经过实验验证，该射频收发模块在中心频率为433MHz，数据传输率为250kbit/s时，在300m以内可以实现准确的数据收发。
2软件设计
本系统的软件设计主要包括两部分:一是基于CC430的智能型无线温度监测系统控制终端的软件设计;二是上位机监测软件VB的设计［11－12］。2．1控制终端的软件设计基于CC430的智能型无线温度检测系统的下位机控制终端是在IAＲ环境中采用C语言开发的，控制终端的主程序流程如图7所示。本设计使用的是无协议通信方式，其属于点对点的通信，即两个子系统通信独享一条线路。其发射板和接收板之间采用中断来进行发射和接收，用LED闪烁表示响应，程序流程图如图8所示，其中图8(a)为射频发送程序流程，图8(b)为射频接收程序流程。2．2上位机软件设计上位机软件设计采用VB开发，实现人机操作界面，界面如图9所示。操作界面中显示当前的温度值，有温度上限及下限设置功能，当测量点温度超出阈值范围时，则会有报警，故障灯由绿色变为红色。
3热电偶校准与测试数据分析
为验证该系统的可靠性及精度，运用便携式干体温度校验炉对该测试系统进行了静态校准，如图10所示。图中左边为K型热电偶的标准源，其测量出的炉内温度显示于左边的显示栏中，右边为实验所用的K型热电偶，热电偶的输出端接至该智能型无线测温系统中，测试结果显示于上位机的界面中，测试数据如表1所示。本次试验的最大误差为0．4℃，精度在±1%以内，满足测试要求。理论上，K型热电偶的输出热电动势与被测温度之间为线性关系，在Mathcad软件中对采集到的数据运用最小二乘法进行曲线拟合，得到K型热电偶的灵敏度和线性度，图11中实线为标准热源的输出热电动势与被测温度间的曲线图，拟合出的方程为:y1=0．009·x+0．2911，灵敏度为0．009V/℃，相关系数为:Ｒ2=1，表明该标准温度源的输出热电动势与被测温度之间为线性关系且可靠性高;图中虚线为本测试系统的测试数据曲线图，拟合出的方程为:y2=0．0092·x+0．29，灵敏度为0．0092V/℃，相关系数为:Ｒ2=0．9995，与标准热源相比，其线性误差为－0．5%。计算标准系统与被校准系统之间的相关系数，若满足ρ＞0．9997则认为本次校准有效并采用该数据。经计算得到:ρ1，2=1满足上述条件，故认为本次校准有效，该被校系统可以使用，满足要求。
4结语
本文介绍了基于CC430的智能型无线温度监测系统的软、硬件设计，经实验验证:该系统能够准确测量温度，满足设计要求。与参考文献中的系统相比其集成度高、使用方便、功耗低，使用专门的K型热电偶补偿芯片，且对系统进行了校准，提高系统精度;但是，其对温度数据监测是在上位机上实现的，不便于携带，故需要进一步的改进，将其做成便携式智能无线温度监测系统。
作者：岳晗 裴东兴 张单位：中北大学电子测试技术国家重点实验室
第七篇
１ＬａｂＶＩＥＷ简介
ＬａｂＶＩＥＷ是虚拟仪器编程软件中的一种，是一种仪器控制与数据采集的图形化编程环境．它具有直观明了的前面板用户界面和流程图式的编程风格，内置的编译器可加快执行速度；内置ＧＰＩＢ、ＶＸＩ、串口和插入式ＤＡＱ板的库函数可无缝连接各类采集卡；内容丰富的高级分析库，可进行信号处理、统计、曲线拟合以及复杂的分析工作；利用ＡｃｔｉｖｅＸ，ＤＤＥ以及ＴＣＰ／ＩＰ进行网络连接和进程通信．正是出于这些特点，基于ＬａｂＶＩＥＷ计算机测试系统在各个领域的应用非常广泛．该系统也是一种基于Ｌａｂ－ＶＩＥＷ和ＰＣＩ采集卡的计算机测试系统．
２测量原理
电阻应变式扭矩传感器由敏感元件，信号调理电路，固定封装机构等几部分构成，它测得的是在扭矩作用下转轴表面的主应变ε，而该主应变和所受到的扭矩成正比．当扭矩传感器的弹性轴在承受扭矩时，在相对于轴中心线４５°方向上会产生压缩或拉伸力，从而将力加载到旋转轴上．在其外圆表面上两个主要应力方向与轴线成４５°及１３５°夹角的两方向上粘贴上电阻应变片，当传感器的弹性轴受到扭矩Ｍ作用时，应变片产生应变，其应变量ε与转矩Ｍ成线性关系，满足如下关系式Ｍ＝πＧＤ３ε４５°１６＝πＧＤ３ε１３５°１６，式中：Ｇ为弹性轴材料的切变模量，Ｄ为弹性轴的直径，ε４５°，ε１３５°为弹性轴上与轴线４５°和１３５°角方向上的主应变．将两个方向上的应变片并联结成半桥或全桥，这样该测量电路不但能使测量灵敏度提高一倍，还能消除由于弹性轴安装不善产生的附加弯矩和轴向的影响来减小系统测量的系统误差．电桥中的电压信号，经信号调理电路进行信号放大，调频处理等，将测量电压信号变成与扭矩成正比的频率信号并通过低输出阻抗电路将信号输出［３，６，７］．
３系统构建
该测量系统由主电机、传动轴、万向联轴节、减速机、测量装置，轧辊、机架、支撑座等构成．其结构构成和传感器安装位置如图１所示．该系统是一个典型测试系统，系统功能是测量、显示和记录主轴的转速、扭矩和实时功率．构建该系统时应注意：传感器的选型与固定，ＰＣＩ板卡的跳线，工控机中ＬａｂＶＩＥＷ模块的选择以及软硬件接口．３．１硬件组装注意事项传感器的安装：传感器安装应严格按照传感器使用说明书进行．此外还需注意将扭矩传感器固定牢靠，避免振动；但又要避免由于固定过紧或中心高不匹配而产生弯矩，以至造成系统误差．采集卡：由于该采集卡为集计数器输入／输出、数字量输入／输出等功能为一身的多功能ＰＣＩ板卡，因而在使用本板卡进行实验测量前必须根据需要进行跳线，且不支持热插拔．３．２ＬａｂＶＩＥＷ模块ＮＩ公司的ＬａｂＶＩＥＷ是一个模块化的仪器，而且当前的模块繁多，应用ＬａｂＶＩＥＷ软件平台进行程序开发，首要任务就是根据设计需求完善所需要的模块，否则有些功能就无法实现，给程序设计带来难以预计的困难．结合本系统的属性，应用到的模块有：ＬａｂＶＩＥＷ２０１２ＳＰ１，ＲｅｐｏｒｔＧｅｎｅｒａｔｉｏｎａｎｄＤａｔａＳｔｏｒａｇｅＭｏｄｕｌｅ，ＬａｂＶＩＥＷＲｅａｌ－ｔｉｍｅＭｏｄｕｌｅ．如果采用ＮＩ或研华的采集卡，还需安装ＤＡＱ模块．需要指出的是用ＲＧＤ模块中小数据量采集和大数据量采集的数据保存方法略有不同［８，９］．３．３软硬件接口与ＮＩ和研华板卡可以通过ＤＡＱ模块中的快捷ＶＩ编程不同，国产的很多板卡ＬａｂＶＩＥＷ不提供其驱动，也不可能在右键快捷菜单中找到相应的函数．这类板卡与ＬａｂＶＩＥＷ的接口是通过调用动态链接库的方式实现的．板卡供应商将所有板卡的驱动函数封装在一个后缀为ｄｌｌ的动态链接库中，用ＶＢ，ＶＣ和ＬａｂＶＩＥＷ等软件进行二次开发时，可以通过调用动态链接库中的函数来驱动板卡工作．在通过ＬａｂＶＩＥＷ的调用库函数节点进行编程时，一定要确保安装板卡与ＬａｂＶＩＥＷ对应的驱动．很多板卡的驱动程序针对ＶＢ，ＶＣ和ＬａｂＶＩＥＷ的驱动程序是不同的，库函数的种类也是不同的（如ＰＣＩ－８５０１Ｎ），因此在编程前必须确保正确安装驱动，否则在调用库函数节点时出错就很难找出错误原因，且影响实验进度．库函数一般是形为ＺＴＡＰＩｌｏｎｇｓｔｄｃａｌｌＺＴ８５０１ＯｐｅｎＤｅｖｉｃｅ（ｕｎｓｉｇｎｅｄｌｏｎｇｃａｒｄＮＯ）；其中，“ＺＴＡＰＩ”为中泰的ＡＰＩ函数缩写，“ｌｏｎｇ”为函数返回值类型，“ｓｔｄｃａｌｌ”为调用规范，“ＺＴ８５０１ＯｐｅｎＤｅ－ｖｉｃｅ”为该函数的函数名，括号内的量为函数入口参量及其类型．下面以该函数为例，将ＬａｂＶＩＥＷ调用动态链接库的方法介绍如下：从右键快捷菜单中找互连接口库与可执行程序调用库函数节点；双击该节点配置库函数属图４扭转测试．ｌｌｂＦｉｇ．４Ｔｏｒｑｕｅｔｅｓｔ．ｌｌｂ性，“库名／路径”中选择ＬａｂＶＩＥＷ驱动目录下的ｐｃｉ８５０１．ｄｌｌ，在函数名一栏中选择ＺＴ８５０１ＯｐｅｎＤｅ－ｖｉｃｅ函数，根据函数库函数中的前缀选择调用规范，此处应为“ｓｔｄｃａｌｌ”，线程一栏选用在ＵＩ线程中运行．设定参数类型，返回值类型为整型，入口参数ｃａｒｄＮＯ为无符号整型，如图２所示．设置好后的，给函数配上输入输出，然后封装成“打开设备”子ＶＩ（如图３），保存在创建的“扭矩测试．ｌｌｂ”中（如图４），这样就可以简化程序框图，也方便编程［１０］．在调试过程中可以用布尔指示灯来通过判断库函数调用后的返回值来显示板卡的工作状态，这样一方面不易出错，另一方面也便于查找问题．用这种方法作为ＬａｂＶＩＥＷ软件与ＰＣＩ－８５０１Ｎ板卡的接口，就可以在ＬａｂＶＩＥＷ开发平台上进行程序设计了．
４系统程序设计
本系统设计软件部分，应具有数据采集、实时显示、数据保存等功能，实现这些功能的程序设计流程如图５所示．该ＬａｂＶＩＥＷ程序可分为设备初始化；计数器初始化；启动计数器；打开中断；计数器读数、显示与保存；关闭设备５个环节．但总的来讲，计数器初始化；启动计数器；打开中断属于板卡操作；计数器读数、显示、与数据保存环节为数据操作．４．１板卡操作设备初始化中的操作包括：打开设备、获取板卡基地址、返回错误号、清除缓存、关闭中断、判断板卡是否打开等．这部分主要是由ＤＬＬ调用子ＶＩ构成，每个子ＶＩ封装相应功能一个或多个库函数．如果板卡正常工作将返回板卡号，并传递给后续程序．设备初始化完成后，就需要对１６个通道计数器进行初始化．它是通过调用封装了库函数“ＺＴ８５０１ＡｄｖＣＴｉｎｉｔ”的子ＶＩ，对各个通道相应的参数按照测试需要不同进行初始化配置来实现的．０－１４通道初始化为基本计数，１５通道初始化为定时中断．作为中断时，其中的参量“ｕｐｄａｔｅＰｅｒＮｉｒｑ”表示中断多少次刷新一次值，此处的值设置不能大于采样间隔．本系统共有３路扭矩信号和３路速度信号，可在板卡上任选６路通道进行测量，本系统占用了１，２，３，１２，１３，１４，共６个通道．初始化完成后，板卡各个通道即可用于测量计数，但默认它们处于关断状态，需要通过相应的操作来启动计数器和打开中断．该部分程序如图６．４．２数据操作完成板卡操作后，计数器开始工作，计数器读数ＶＩ读取计时器中的值，并将从计数器中读取的数据放在一个常量数组中．程序按照设定的采样间隔执行Ｗｈｉｌｅ循环，刷新数据，通过数组显示控件即可读取当前采集到的数据值．通过采样数组，抽取各个通道的值，进行索引后通过波形图表就能单独显示各个通道的值，观察采样信号的变化情况．若将测得的扭矩与转速相乘则可得到电机的实时功率．本系统中，为了便于观察各个机架的运行状态，将同一机架上的转速信号和扭矩信号合并后在一个波形图表中显示；为了便于观察钢管轧制过程中轧制力的变化，将各机架的扭矩信号合并后放在一起显示．测得的数据，附加以时间信息，保存到Ｅｘｃｅｌ表格中．这用到了ＬａｂＶＩＥＷ的Ｏｆｆｉｃｅ报表生成工具，需要必要的模块和相应的设置．计数完成后，关闭中断，关闭设备，返回错误号，该部分程序如图７所示．４．３测试系统主界面及测量结果该测量系统主界面如图８所示，其中包括板卡状态指示、参量设置、板卡基地址、错误显示、测量结果显示等．由于转速传感器的测量通道为１２，１３，１４，故转速值应从１２开始索引．为了避免不设采样频率引起系统错误，系统采样间隔初始值设为５０ｍｓ．选项卡控件中除了数组显示控件用于显示当前的转速值和扭矩值外，还放置４个波形图表用于分别显示３个机架的转速和扭矩，以及各个机架的扭矩对比．图９为在钢管轧制过程中３个机架主轴扭矩的变化对比图．为确保信号不失真，板卡提供了直流偏置电压，因而测量初值并不处在理想的零点，会有一定的提升．该板卡的零点位于１０Ｋ位置处，测量范围为５Ｋ～１５Ｋ．实际测量时，应先对测量系统进行标定，并测试机架在空载时，各机架的扭矩值．本次钢管轧制过程中，工控软件设定的各机架主轴电机转速值分别为１２ｒ／ｍｉｎ，１５ｒ／ｍｉｎ，１８ｒ／ｍｉｎ，测量结果如图９所示．
５结论
针对主轴转速和扭矩测量的问题，本文以某钢管轧机３个机架主轴为研究对象，采用扭矩传感器、通用的ＰＣＩ板卡、计算机及ＬａｂＶＩＥＷ软件等来构建测试系统，测定主轴转速、扭矩和实时功率．通过调用库函数节点，应用调用动态链接库的方法，能够用普通的数据采集卡与ＬａｂＶＩＥＷ来构建测控系统．使得国产板卡的价格优势与ＬａｂＶＩＥＷ强大的编程能力相结合，促进测控系统在工业系统中的应用和普及．该系统程序设计，通过子ＶＩ调用的方法，将程序功能模块化，缩短了编程时间，方便项目管理，并增强了程序的可读性．该测量程序能够准确、快速、可靠地获取各个机架主轴的转速和转矩值．且该系统程序具有很强的通用性，可直接应用于其他旋转机械的转速和扭矩的测量．
作者：袁东磊 黄庆学 李昕涛 同育全 申宝成 单位：太原科技大学 机械工程学院
第八篇
1DZ-H扩散硅液位变送器工作原理
被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)，使膜片产生与介质压力呈正比的微位移，使传感器的等效电阻值Ｒ变为Ｒ＇，根据扩散硅的特性可知Ｒ＇=1/(d1·d2·p·S)，(1)式中d1为扩散硅的压阻特性系数;d2为扩散硅受力与发生位移的线性比例系数;p为传感器所在介质位置的压强;S为传感器膜片的面积。当液位变送器投入到被测液体中时，传感器受到的压力为p=ρ·g·H+po，(2)式中ρ为被测液体密度;g为当地重力加速度;po为液面上大气压;H为变送器投入到液体的深度。DZ-H扩散硅液位变送器采用+24V的直流电源供电，根据伏安特性I=E/(Ｒ＇+r)，(3)式中E为电源电压;Ｒ＇为传感器受压后的阻值;r为250Ω的采样电阻，rＲ＇，忽略r的大小I≈E/Ｒ＇．(4)综合式(1)、式(2)、式(4)可得I=E·d1·d2·S(ρ·g·H+po)．(5)由式(5)可知，液体的深度H与测得的电流I呈线性关系，传感器输出4～20mA的标准电流信号。但是由于空气大气压po的存在，给输出信号带来了4mA的偏置电流，可以通过硬件的方法进行校正。
2系统结构设计
本设计采用STC12C5A60S2单片机作为控制器，对采集得到的数据进行处理。单片机可采集的信号为0～5V标准电压信号，而变送器输出的是4～20mA标准电流信号，因此，需要设计压流转换电路将标准的电流信号转换为电压信号。本设计通过与变送器串接250Ω相对误差为0．1%的高精密采样电阻器，将电流信号转换为1～5V的电压信号，然后通过一个高阻抗的差动放大电路，将减去1V的基值电压，得到0～4V的电压信号，再经过运算放大器放大1．25倍，最后得到标准的0～5V电压信号，送给单片机进行数据处理和显示，系统的总体结构框图如图1所示［4，5］。2．1传感采集电路的设计DZ-H扩散硅液位变送器是电流型变送器，采用+24V电源供电，将测量水深转换为4～20mA的标准电流信号，本设计采用250Ω精度为0．1%的精密电阻器作为压流转换元件，得到1～5V的电压信号，供后面的电路进行处理，其模块电路如图2所示。2．2带零点补偿的差分放大电路为了得到0～5V的标准电压信号，就必须将传感采集模块得到的1～5V的电压信号减掉1V的基值电压，然后再进行放大，因此，需要设计提供1V电压的零点补偿电路。本设计采用电压细分技术，可以精确地得到0．8～1．3V之间的任意电压，不仅满足了系统的要求，还能减小系统误差。得到0～4V的电压信号后，要想得到0～5V的标准电压信号，需要将其放大1．25倍，供单片机处理使用。本设计首先用电压跟随器，来隔离采集电路和放大电路之间，防止2个模块电路相互干扰。采用高阻抗差分放大电路，具有差分电路的性能，不仅可以抑制共模信号造成的偏差，还可以在一定程度上抑制温度漂移。在2个运放LM324的反相输入端，用1kΩ的固定电阻器和2kΩ的滑动变阻器代替2kΩ的固定电阻器，这样可以精确调节放大倍数，确保放大倍数为1．25，减小系统的误差，其模块电路图如图3所示。2．3单片机最小系统电路与显示电路本系统采用STC12C5A60S2单片机作为总的控制器，进行数据的处理。STC12C5A60S2自身带有10位的A/D转换器，完全可以满足本系统对转换精度的要求。扩散硅变送器输出的电流信号经过处理后，最后转换为标准的电压信号，送给单片机进行处理，经过一系列的数据运算后，转换为4位十进制数据，用数码管SM4105进行显示。数码管采用74LS164进行驱动，并采用虚拟I/O口技术，通过I2C数据总线将数据传送给74LS164，驱动数码管进行显示。另外，DZ-H扩散硅变送器需要用到+24V电源供电，而单片机和显示模块需要+5V电源供电，为了避免因设备工作时需要多路电源供电带来的不便，本系统采用B2405S电压转换模块，将+24V的电压直接转换为+5V电压，供单片机使用，也使设备的安装更加简捷［6～8］。
3软件设计
软件部分对单片机和液位传感器的初始化，并对采集到的电压进行保留2位小数的处理，然后对采集到的电压进行A/D转换，并对A/D转换的结果Ｒes进行分段处理。通过对大量实验数据的分析，得知各段的水深值Disp和A/D转换的结果Ｒes之间均是线性关系，符合Disp=k·Ｒes－b的形式，但不同段的Ｒes值对应的k和b的值不同。不同段的Ｒes值经过不同的运算之后，最后将处理后的值保存在Disp，送显示模块进行显示，系统的软件流程如图4。
4实验结果
1)温度对DZ-H扩散硅变送器的影响DZ-H扩散硅变送器的工作温度在－20～60℃，将变送器分别放在不同的水温下，测量不同深度时变送器的输出电流，转换为测量深度后与实际深度作对比，得到的结果如表1所示。对上表的数据进行分析可以看出:在DZ-H扩散硅变送器的工作温度范围之内，随着温度的上升，变送器的输出电流略有上升，当快要达到变送器的极限工作温度时，会有较大的变化，由于温度变化引起的最大温漂误差为0．07mA/℃，平均温漂误差为0．06mA/℃。因此，在变送器的工作温度范围之内，温度对变送器测量精度的影响可以忽略。2)DZ-H扩散硅变送器测量液位的数据分析在采用二线式扩散硅液位变送器进行水深测量时，根据变送器的工作原理p=ρ·g·H+po，实际由水深产生的压强，等于测量得到的压强减去水面上由于大气压产生的压强po［9，10］。但是由于变送器受到试验环境里水流等的影响，再加上元器件本身的制造工艺误差等原因，导致试验结果无法避免地存在误差。2013年5月4日，在南京市中山码头进行了测试，对得到的数据如表2所示。对数据进行分析，得到本次测试结果的最大偏差为0．04m，最大相对误差为2%，平均相对误差为0．775%，同时从Matlab仿真对比的曲线看出:实际水深和测量值的曲线几乎重合，只在个别数据有较大偏离，但总体上还是可以达到对精度的要求。根据以上测得的实验数据，在Matlab里进行绘图，得到实际水深与电流的曲线，如图5所示。
5结论
本文针对目前国内水位监测控制存在的弊端，设计了一种基于DZ-H扩散硅变送器的水位测量系统。通过对测量数据的分析，DZ-H扩散硅变送器在工作的温度范围内，随着温度的上升，测量结果会略有上升，但是温漂引起的误差比较小，在可以接受的范围内。对水位的测量也比较准确，完全满足航道船闸水位监测对精度的要求，在航道船闸水位监测领域中有具有较好的应用前景。
作者：徐磊 时维铎 邢玉秀 徐振 李阳 单位：南京林业大学 信息科学技术学院
