測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合試驗參考指導書樣本

測控技術(shù)與儀器專業(yè)綜合試驗參考指導書實驗一 軸心軌跡測量實驗一、實驗目的通過本實驗了解和掌握電渦流傳感器測量的原理和方法，利用電渦流傳感器的渦流效應，進行軸的振動、位移以及軸心軌跡測量實驗。二、實驗原理電渦流傳感器由平面線圈和金屬渦流片組成， 當線圈中通以高頻交變電流后，在與其平行的金屬片上感應產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬渦流片的電阻率，導磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X有關(guān)，當平面線圈、被測體（渦流片）、激勵源確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與距離X有關(guān)，將阻抗變化轉(zhuǎn)為電壓信號 V輸出，則輸出電壓是距離 X的單值函數(shù)。構(gòu)成基本工作系統(tǒng)的部件包括探頭、（延伸電纜）、前置器及被測體。前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場。如果在這一交變磁場的有效范圍內(nèi)沒有金屬材料靠近，則這一磁場能量會全部損失；當有被測金屬體靠近這一磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應電流，稱之為電渦流。電渦流傳感器是能靜態(tài)和動態(tài)地非接觸、高線性度、高分辨力地測量被測金屬導體距探頭表面的距離。利用電渦流傳感器的渦流效應，進行軸的振動、位移以及軸心軌跡測量實驗。圖1電渦流傳感器工作原理圖三、實驗儀器和設備多功能轉(zhuǎn)子實驗臺、電渦流傳感器、電源、電壓表、示波器四、實驗步驟和內(nèi)容1、電渦流傳感器的靜態(tài)標定1）將傳感器與前置器連接，再將前置器與能提供24V的電源相連，重要的是輸入電壓應是-24V。2）將傳感器器安裝到百分表檢定儀上，轉(zhuǎn)動千分尺，每隔一定距離進行一次讀數(shù)，并做記錄。原理如圖2所示。圖2電渦流傳感器原理圖，到線性嚴重變壞為止。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出V-X曲線，指出大致的線性范圍。用誤差理論的方法求出線性范圍內(nèi)的線性度、靈敏度。實驗前，先將千分尺歸零，然后將量塊位置移動到與傳感器測頭足夠接近，此刻開始讀數(shù)。為了保證測量數(shù)據(jù)的準確，可以對位移上升和位移下降兩種情況分別予以測量記錄。先對傳感器5632進行標定，當百分表量塊遠離傳感器測頭時，標定數(shù)據(jù)記錄在表1所示。表1傳感器5632位移上升時的數(shù)據(jù)位移電位移電位移電位移電（m壓（m壓（m壓（m壓m）(V)m）(V)m）(V)m）(V)0.00.61.21.80.10.71.31.90.20.81.42.00.30.91.52.20.41.01.62.40.51.11.73.0當百分表量塊靠近傳感器測頭時，標定數(shù)據(jù)記錄在表 2所示。表2傳感器位移電位（mm壓（） (V）

5632位移下降時的數(shù)據(jù)移電位 移電位 移電壓（mm壓（mm壓(V） (V） (V))))3.01.71.10.52.41.61.00.42.21.50.90.32.01.40.80.21.9 1.3 0.7 0.11.8 1.2 0.6 0.0觀察上述所測得的數(shù)據(jù)，位移若在某一值以后電壓值基本保持恒定，則取線形范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。2、軸心軌跡測量（1）在多功能轉(zhuǎn)子實驗臺上安裝電渦流傳感器探頭（X、Y向互成90度），將輸出電纜與前置器相連，信號經(jīng)前置器處理后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集儀輸入計算機或者可以通過示波器觀察軸心軌跡曲線變化。（2）調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速，觀察隨著轉(zhuǎn)速的變化，軸心軌跡曲線的變化情況，分析并記錄實驗結(jié)果。圖3轉(zhuǎn)子實驗臺－電渦流傳感器軸心軌跡測量實驗五、實驗報告1、簡述實驗目的和原理。2、根據(jù)實驗步驟要求，整理和分析相應的波形和特性曲線。六、注意事項1、安裝電渦流探頭時，必須首先把初始間隙調(diào)好。2、探頭以及延伸電纜和前置器連接時，要注意型號要一致。七、思考題1、電渦流傳感器有什么特性？可以用在那些特征量的監(jiān)測上。實驗二 位移測控實驗一、實驗目的1、了解位移控制系統(tǒng)的工作原理，掌握測控程序的設計與調(diào)試；2、提高應用系統(tǒng)的設計和調(diào)試能力。3、利用計算機編寫程序控制工作臺的移動。二、位移測控系統(tǒng)簡介本系統(tǒng)主要由PC機、控制卡、電機控制器、電動移動臺（機座、步進電機、螺旋傳動機構(gòu)、工作臺）、光柵尺等構(gòu)成。在程序的控制下PC機接受限位開關(guān)、光柵尺等反饋信號，向驅(qū)動器送出控制信號控制步進電機的轉(zhuǎn)動。絲杠在步進電機的帶動下驅(qū)動位移工作臺移動。 PC機可控制三軸位移。圖1所示為控制一軸的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。位移控制卡如圖2所示，該卡可控制三軸的位移，使用時插在PC機的一個標準ISA總線插槽中?？ㄉ嫌?7針的標準接口插座供各軸與控制卡連用。圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2位移控制卡位移控制卡的主要功能是：（1）按軟件要求輸出方向信號以控制各軸位移方向，輸出脈沖信號控制位移速度及位移量。2）采樣限位信號以控制位移終點。3）利用光柵信號進行反饋控制。用通用陣列邏輯器件GAL16V8和比較器74LS688來完成譯碼工作。高6位地址與比較器相連。當A9=1，A8＝1，A7=0，A6=0，A5=0，A4=0時，比較器的輸出信號使GAL被選中，根據(jù)低4位地址A3-A0的組合，GAL輸出相應的片選信號。地址范圍為310～-31f。地址分析如下：A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0110001XXXX三、控制卡編程說明：編程時首先向地址312H送控制字0x09,對各I/O口進行初始化?？刂频谝惠S電機所用的8253的計算器的地址為此314H，315H。其中314H用來產(chǎn)生方波，315H用來控制脈沖個數(shù)。具體編程時應該參照以下語句：outp(0x317,0x36)/*設定314H的工作方式，317H是控制字寄存器地址，用以設定8253的3個計數(shù)器的工作方式*/outp(0x314,整型數(shù)%256)/*向314H送控制字的低8位*/outp(0x314,整型數(shù)/256)/*向314H送控制字的高8位*/8253的輸入時鐘是上述語句設定了方波的頻率，也就是電機的轉(zhuǎn)動頻率．1MHz，因此方波頻率=1M/整型數(shù)。outp(0x317,0x70)/*設定315H的工作方式*/outp(0x315,整型數(shù)%256)/*向315H送控制字的低8位*/outp(0x315，整型數(shù)/256)/*向315H送控制字的高8位*/上述語句設定了方波的個數(shù)，也就是電機的轉(zhuǎn)動步數(shù)。設定完8253的計數(shù)器之后，需要向輸出口310H送控制字0x40或0x41,其作用是設定電機的轉(zhuǎn)動方向，并使8253計數(shù)器開始工作，即令電機開始轉(zhuǎn)動．若需要使電機停止，向310H送控制字0x00即可。也就是說，在設置完電機的轉(zhuǎn)動頻率和步數(shù)之后，還需要設置電機的轉(zhuǎn)動方向，并將電機轉(zhuǎn)動允許位設置為高電平（即要將地址說明書中的響應軸向的GATE門設置為高電平），電機才能運轉(zhuǎn)。具體編程時由以下語句完成：outp（0x310,0x40）；/*設定電機轉(zhuǎn)動方向，并使電機運轉(zhuǎn)；若使電機反向轉(zhuǎn)動．向310H送040*/outp（0x310,0x00)； /*使電機停止*/第一軸的限位開關(guān)狀態(tài)的采集由輸入口310H的第0位和第1位來實現(xiàn)。當限位開關(guān)沒有被按下時，這兩位輸入口均為高電平；當限位開關(guān)被按下時，相應位變成低電平。具體編程可用如下語句完成：limit=inp（0x310）0x03；/*為事先定義過的變量*/第一軸的光柵尺輸入信號計數(shù)器地址是319H，這也是8253芯片上的計數(shù)器。為使計數(shù)器319H能夠?qū)鈻懦叩妮斎朊}沖進行計數(shù)，必須將其工作方式設為方式0。具體語句如下：outp（0x31b,0x70)；/*設定319H工作方式如下*/outp（0x319，整型值%256）；outp（0x319，整型值/256)；/*根據(jù)實際距離設定計數(shù)值*/outp（0x311，0xff)；/*使319H開始計數(shù)*/按上述語句設定后，319H即可接收光柵尺的方波，并進行倒計數(shù)，當計數(shù)初值減為0，輸出高電平至輸入口 311H的第2位。所以可以通過查詢 311H的相應位來判斷移動臺是否移動到位。具體語句如下：aa=(0x311)&0x40；/*讀取311H的第2位的電平信號，判斷光柵尺的輸出脈沖是否發(fā)送結(jié)束

*/計數(shù)初值減為

0前

311H相應位為低電平。光柵尺輸出方波為

20 /脈沖，I/O板對此信號進行了

2細分，使其成為

10

/方波。根據(jù)這個對應關(guān)系可算出特定距離對應的光柵尺輸出方波數(shù)。如果電機運行當中需要查詢光柵尺輸入信號計數(shù)器的計數(shù)值，可以通過讀取相應的光柵尺輸入信號計數(shù)器來實現(xiàn)。讀取計數(shù)器之前應先用鎖存命令將計數(shù)器的計數(shù)值在鎖存器中鎖存，然后再讀，否則將得到一個不確定的數(shù)值。鎖存計數(shù)器不會影響到計數(shù)執(zhí)行部件的正常計數(shù)。具體語句如下：outp(0x31b,0x40);/*將計數(shù)器319H的鎖存器鎖存*/ll=inportb(0x319);/*讀取計數(shù)器319H的低位*/hh=inportb(0x319);/*讀取計數(shù)器319H的高位*/注意，8253計數(shù)器為倒計數(shù)，因此要用計數(shù)初值減去讀出的數(shù)值才是輸入的光柵尺信號的脈沖數(shù)。如果不是閉環(huán)控制，可以通過查詢310H的第7位來判斷電機是否運行完畢。電機運行時為高電平，電機運行完畢為低電平。判斷電機是否運行完畢有助于設定查詢限位開關(guān)的條件，即電機運行完畢之前要一直查詢限位開關(guān)的狀態(tài)。四、實驗內(nèi)容1、分析位移測控系統(tǒng)的工作原理（ ISA總線、8253可編程定時器/計數(shù)器）。2、編寫并調(diào)試實驗程序，其功能為：（1）用開環(huán)控制實現(xiàn)給定的位移；（2）用閉環(huán)控制實現(xiàn)給定的位移；（3）測定返回精度。五、實驗儀器和設備PC計算機、控制卡、電機控制器、電動位移臺、磁性表座、千分表六、實驗步驟1、系統(tǒng)連接在PC機斷電的情況下，將控制卡插入ISA槽內(nèi)。用專用的37針插頭將電機控制器、光柵尺與控制卡相連。2、按下列要求編寫程序：（1）用開環(huán)控制實現(xiàn)給定的位移（含限位開關(guān)保護） ；（2）用閉環(huán)控制實現(xiàn)給定的位移（含限位開關(guān)保護） ；（3）工作臺從任一位置出發(fā)向右或向左移動，遇限位開關(guān)后返回原處。3、輸入程序、調(diào)試。調(diào)試程序（3）時，安裝上千分表，測定工作臺原始位置與返回位置之差。實驗三 虛擬儀器程序創(chuàng)建與程序結(jié)構(gòu)設計實驗實驗3-1 虛擬儀器程序（VI）創(chuàng)建與子VI程序調(diào)用一、實驗目的熟悉LabVIEW 軟件環(huán)境、初步掌握虛擬儀器編程語言，創(chuàng)建一個并作為子VI程序進行調(diào)用。

VI

程序，二、實驗要求創(chuàng)建一個VI程序模擬溫度測量。假設傳感器輸出電壓與溫度成正比。例如，當溫度為70°F時，。本程序也可以用攝氏溫度來代替華氏溫度顯示。本程序用軟件代替了DAQ數(shù)據(jù)采集卡。使用DemoReadVoltage子程序來仿真電壓測量，然后把所測得的電壓值轉(zhuǎn)換成攝氏或華氏溫度讀數(shù)。三、實驗儀器和設備計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件四、實驗步驟及內(nèi)容1、前面板設計（1）用File菜單的New選項打開一個新的前面板窗口。（2）把溫度計指示部件放入前面板窗口。a．在前面板窗口的空白處點擊鼠標鍵， 然后從彈出的Numeric子模板中選擇Thermometer。b．在高亮的文本框中輸入“溫度計” ,再點擊鼠標鍵按鈕。（3）。使用標簽工具 A，，，再點擊鼠標鍵或者工具欄中的 V按鈕。（4）在前面板窗口中放入豎直開關(guān)控制。a．在面板窗口的空白處點擊鼠標鍵，然后彈出的Boolean子模板中選擇VerticalSwitch,在文本框中輸入“溫度值單位”,再點擊鼠標鍵或者工具欄中的V按鈕。b．使用標簽工具A，在開關(guān)的“條件真”（true）位置旁邊輸入自由標簽“攝氏”,再在“條件假”（false）位置旁邊輸入自由標簽“華氏”。2、程序框圖設計（1）從Windows菜單下選擇ShowDiagram功能打開框圖程序窗口。（2）點擊框圖程序窗口的空白處，彈出功能模板，從彈出的菜單中選擇所需的對象。本程序用到下面的對象：DemoReadVoltageVI程序（Tutorial子模板）。在本實驗中，該程序模擬從DAQ卡的0通道讀取電壓值。Multiply（乘法）功能（Numeric子模板）。在本實驗中，，以獲得華氏溫度。Subtract（減法）功能（Numeric子模板）。在本實驗中，，以轉(zhuǎn)換成攝氏溫度。Divide（除法）功能（Numeric子模板）。在本實驗中，。Select（選擇）功能（Comparison子模板）。取決于溫標選擇開關(guān)的值。該功能輸出華氏溫度（當選擇開關(guān)為false）或者攝氏溫度（選擇開關(guān)為True）數(shù)值。數(shù)值常數(shù)。用連線工具，點擊希望連接一個數(shù)值常數(shù)的對象，并選擇CreateConstant功能。若要修改常數(shù)值，用標簽工具雙點數(shù)值，再寫入新的數(shù)值。字符串常量。用連線工具，點擊希望連接字符串常量的對象，再選擇CreateConstant功能。要輸入字符串，用標簽工具雙擊字符串，再輸入新的字符串。（3）使用移位工具（Positioningtool），把圖標移至圖示的位置，再用連線工具連接起來。請記住，如果要顯示圖標接線DemoReadVoltageVI子程序模擬從數(shù)據(jù)采集卡的0通道讀取電壓，，或者再把華氏溫度轉(zhuǎn)換成攝氏溫度。（4）選擇前面板窗口，使之變成當前窗口，并運行VI程序。點擊連續(xù)運行按鈕，便程序運行于連續(xù)運行模式。（5）再點擊連續(xù)運行按鈕，關(guān)閉連續(xù)運行模式。（6）創(chuàng)建圖標Temp：此圖標可以將現(xiàn)程序作為子程序在其他程序中調(diào)用。創(chuàng)建方法如下：，從彈出菜單中選擇 EditIcon功能。，并按下Delete鍵，消除缺省的圖標圖案。。注意，在用鼠標畫線時按下 <shift> 鍵，則可使用文本工具寫入文字，雙擊文本工具把字體換成SmallFont。當圖標創(chuàng)建完成后，點擊OK以關(guān)閉圖標編輯。生成的圖標在面板窗口的右上角。（7）創(chuàng)建聯(lián)接器端口：，從彈出菜單中選擇ShowConnector功能。LabVIEW將會根據(jù)控制和顯示的數(shù)量選擇一種聯(lián)接器端口模式。在本例中，只有兩個端口，一個是豎直開關(guān)，另一個是溫度指示。。，在左邊的聯(lián)接器端口框內(nèi)按鼠標鍵，則端口將會變黑。再點擊開關(guān)控制件，一個閃爍的虛線框?qū)鼑≡撻_關(guān)。，使它變黑。再點擊溫度指示部件，一個閃爍的虛線框?qū)鼑囟戎甘静考?，這即表示著右邊的聯(lián)接器端口對應溫度指示部件的數(shù)據(jù)輸入。，則虛線框?qū)⑾?，而前面所選擇的聯(lián)接器端口將變暗，表示已經(jīng)將對象部件定義到各個聯(lián)接器端口。注意：LabVIEW的慣例是前面板上控制的聯(lián)接器端口（8），用文件菜單的 SAVE功能保存上述文件，。（9）子VI程序調(diào)用：，可以在其他程序中作為子程序來調(diào)用，使用功能模板的SelectaVI來完成。（10）關(guān)閉該程序五、實驗報告要求1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。實驗3-2 基于循環(huán)結(jié)構(gòu)的實時數(shù)據(jù)采集一、實驗目的使用一個條件循環(huán)結(jié)構(gòu)和一個被測波形圖表實時地采集數(shù)據(jù)。二、實驗要求創(chuàng)建一個VI程序，進行溫度測量，并把結(jié)果在波形圖表上顯示。該VI程序使用實驗3-1創(chuàng)建的溫度計程序（ThermometerVI）作為子程序。三、實驗儀器和設備計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件四、實驗步驟和內(nèi)容1、前面板設計（1）打開一個新的前面板窗口，在里面放一個豎直開關(guān)（在Boolean邏輯部件子模板），給該開關(guān)標注為“Enable”。用該開關(guān)來開始/停止數(shù)據(jù)采集。（2）在前面板內(nèi)再放置一個趨勢圖（Graph子模板中的WaveformChart），標注為“溫度歷史趨勢”。該圖表將實時地顯示溫度值。（3）由于趨勢圖將它的圖標注解plot自動地標注為“plot0”，你可以用標注工具將其重新標注為“Temp”。（4）對趨勢圖的標尺進行重新定標。 將Y軸的“10”改為“90”，將“”改為“20”。2、程序框圖設計（1）打開框圖程序窗口。（2）從結(jié)構(gòu)（Structures）工具模板選擇條件循環(huán)結(jié)構(gòu)“WhileLoop”放入框圖程序窗口，調(diào)整該條件循環(huán)框的大小，把先前從前面板創(chuàng)建的兩個節(jié)點放入循環(huán)框內(nèi)。條件循環(huán)結(jié)構(gòu)是一種無限循環(huán)（3）放入其它的框結(jié)圖構(gòu)程序，對象只。要Thermometer條件滿足VI，這它個就VI一程序是你在上個練習中創(chuàng)建的，(從SelectaVI?子模板)。（4）按照上圖的框圖程序連好線。（5）創(chuàng)建模式開關(guān)。把連線工具放在ThermometerVI的Mode輸入端口上，按鼠標右鍵并選擇CreatControl，這樣就可以自動創(chuàng)建模式轉(zhuǎn)換開關(guān)，并將它與ThermometerVI子程序相連線，再轉(zhuǎn)換到前面板窗口，將模式轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置重新調(diào)整。（6）在前面板窗口，使用標注工具，雙擊模式開關(guān)的“OFF”標簽，并把它轉(zhuǎn)換成“華氏”，再把“ON”標簽轉(zhuǎn)換民“攝氏”。要轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)，使用操作工具OperatingTool）。（7）將模式開關(guān)設置為 ON狀態(tài)，運行該VI程序。（8）要停止數(shù)據(jù)采集，點擊 Enable開關(guān)，使其狀態(tài)變?yōu)?OFF，循環(huán)結(jié)束。（9）修改Enable開關(guān)缺省設置，使運行 VI程序時不必每次打開該開關(guān)。，則關(guān)閉程序運行。。，從彈出菜單中選擇DataOperations>MakeCurrentValueDefault選項，這將使ON狀態(tài)變?yōu)槿笔≈?。，從彈出菜單中選擇 MechanicalAction>LatchWhenPressed選項。（10）運行該程序，把開關(guān)點擊為 Stop狀態(tài)以停止數(shù)據(jù)采集。開關(guān)將變?yōu)闋顟B(tài)，但當條件循環(huán)結(jié)構(gòu)再次讀取其數(shù)值時，它又會變成 ON狀態(tài)。（11）增加定時器控制，如下圖所示，使 VI程序采樣間隔為500毫秒。

OFF使用Time&Dialog子模板中的WaitUntilNextmsMultiple功能，再加上時間常數(shù)NumericConstant，把它設置為500。（12）運行上述程序，試用不同的時間間隔值。（13）關(guān)閉并保存上述程序，文件名為 Temperature。五、實驗報告要求1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。實驗3-3以圖表方式顯示數(shù)據(jù)并使用分析功能子程序一、實驗目的以圖表方式顯示數(shù)據(jù)并使用分析功能子程序。二、實驗要求利用實驗3-2創(chuàng)建的VI程序，在數(shù)據(jù)采集過程中，實時地顯示數(shù)據(jù)。當采集過程結(jié)束后，在圖表上畫出數(shù)據(jù)波形，并算出最大值、最小值和平均值。三、實驗設備和儀器計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件四、實驗步驟1、前面板設計（1）打開實驗3-2創(chuàng)建的Temperature。（2）按照下圖修改程序，其中被虛線框住的部分是新增加的。趨勢圖“溫度歷史趨勢”顯示實時采集的數(shù)據(jù)。采集過程結(jié)束后，在TempGraph中畫出數(shù)據(jù)曲線，同時在Mean、Max和Min數(shù)字顯示欄中顯示出溫度的平均值、最大值和最小值。2、程序框圖設計（1）完成下面的框圖程序。被虛線框住的部分表示新增程序。條件循環(huán)框邊線上的方塊叫作通道（tunnel）。在本實中，通道是條件循環(huán)的數(shù)據(jù)通道口。若要建立數(shù)據(jù)索引，點擊通道，并選擇EnableIndexing選項，表示當條件循環(huán)執(zhí)行時，把數(shù)據(jù)順序放入一個數(shù)組中。循環(huán)結(jié)束后，通道輸出該數(shù)組。否則，通道僅輸出最后一次循環(huán)放入的數(shù)據(jù)值。（2）返回前面板，并運行 VI程序。（3）當允許運行開關(guān)（EnableSwitch）設置為OFF后，將顯示溫度數(shù)據(jù)曲線。（4）將修改后的程序重命名為Temperature五、實驗報告要求1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。實驗3-4 基于Case結(jié)構(gòu)創(chuàng)建VI程序一、實驗目的學習使用Case結(jié)構(gòu)二、實驗要求修改Temperature，當溫度超出上限（HighLimit）時，前面板上的LED將點亮，并且有一個蜂鳴器發(fā)聲。三、實驗儀器和設備計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件四、實驗步驟和內(nèi)容1、前面板設計（1）打開實驗3-3創(chuàng)建的TemperatureAnalysisVI程序。（2）按照下圖所示修改前面板。被虛線框住的部分表示增加的部件。HighLimit表示溫度上限值。報警指示燈（WARNINGLED）和當前溫度狀態(tài)CurrentTemperatureState）用來表示溫度是否超限。點擊趨勢圖，并且選擇Show>Legend和Show>DighitalDisplay選項，可以增加圖注（Legend）和數(shù)字顯示。2、程序框圖設計（1）按照上圖編寫框圖程序。被虛線框住的部分為新增加的部件。下面的FALSECase與圖中的TRUECase同屬于一個Case結(jié)構(gòu)。根據(jù)其輸入端上的數(shù)值，來決定執(zhí)行哪一個Case程序。如果ThermometerVi子程序返回的溫度值大于HighLimit數(shù)值，將執(zhí)行TrueCase程序，反之則執(zhí)行FalseCase程序。（2）返回前面板程序，在HighLimit控制欄中輸入86。再運行VI程序。當溫度超過86時，LED將點亮，蜂鳴器也會發(fā)聲。（3）將程序重新命名為 Temperature，并保存起來。五、實驗報告要求1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。實驗3-5 基于順序結(jié)構(gòu)創(chuàng)建 VI程序一、實驗目的學習使用順序(Sequence)結(jié)構(gòu)并且把數(shù)據(jù)傳送到文件二、實驗原理修改Temperature，以學習使用順序結(jié)構(gòu)和包括頭文件的數(shù)據(jù)文件。當程序停止數(shù)據(jù)采集后，自動產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件的頭文件，它包括操作者名字和文件名，然后將采集的數(shù)據(jù)附在頭文件后面。三、實驗設備和儀器計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件四、實驗步驟和內(nèi)容1、前面板設計前面板如下圖所示。2、程序框圖設計（1）如下圖所示，完成框圖程序，使用了如下的功能模塊：WriteCharacterstoFile模塊（在FileI/O子模板）。該功能把一個字符串寫入一個新的文件或者附加到一個已存在的文件中。它在寫入前打開或者創(chuàng)建一個文件，在完成時關(guān)閉該文件。在本實驗中，它用來建立頭文件格式。WritetoSpreadsheetFile模塊（在FileI/O子模塊）。該模塊把一個二維或者一維單精度數(shù)組轉(zhuǎn)換成字符串，并把字符串寫入一個新文件或者附回在一個已存在的文件后面。在本實驗中，它將由溫度采集數(shù)據(jù)和上限值組成的二維數(shù)組附加在一個已創(chuàng)建了頭文件的數(shù)據(jù)文件后面。Transpose2DArray模塊（在Array子模板）。在本實驗中，它把二維數(shù)組轉(zhuǎn)換成以列為分界的二維數(shù)組，這樣在寫入數(shù)據(jù)文件時它就會以列的形式顯示。ConcatenateString模塊（在String子模板）。在本實驗中，它用于創(chuàng)建頭文件字符串。順序結(jié)構(gòu)程序按指定的順序執(zhí)行各個程序步驟。在本實驗中，首先創(chuàng)建數(shù)據(jù)文件的頭文件，然后再將數(shù)據(jù)寫入文件中。（2）返回前面板，在 HighLimit控制欄中輸入86，在OperatorName控制欄中輸入你的名字，再輸入數(shù)據(jù)文件名（例如 ）。運行該程序。當Enable開關(guān)設置為OFF狀態(tài)后，將產(chǎn)生如下的ASCII文件。王思華TEMPLIMIT86.42686.00085.93786.00085.44986.00085.93786.00086.91286.00087.40286.00087.89186.00087.402 86.00086.914 86.00086.914 86.00085.937 86.00085.937 86.000（3）將文件重新命名為 TemperatureControl，并存盤退出（用 SaveAs選項）。五、實驗報告要求1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。實驗四 虛擬儀器綜合控制實例的軟件設計一、實驗目的1、學習和掌握LabVIEW軟件的基本功能，了解軟件各種函數(shù)功能的作用， 加強對所學知識的理解和應用；2、培養(yǎng)學生綜合應用知識的能力以及創(chuàng)新能力和獨立思考能力。二、實驗儀器和設備計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件三、實驗要求綜合使用虛擬儀器軟件的程序設計方法，自行設計一個綜合控制實例程序。要求：1、寫出詳細實驗方案和設計流程。2、前面板布置合理，美觀大方。3、后面板程序設計正確、簡潔4、寫出實驗步驟。5、完成實驗過程，記錄實驗結(jié)果。6、完成實驗報告，對實驗結(jié)果進行分析四、實驗報告1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。實驗五 基于LabVIEW軟件與DAQ卡的數(shù)據(jù)采集實例設計一、實驗目的熟悉數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成和 DAQ數(shù)據(jù)采集卡的使用。二、實驗要求使用傳感器把物理信號轉(zhuǎn)換成電信號，輸出一個模擬電壓信號，通過信號調(diào)理輔助電路，先將信號進行一定的預處理，然后用DAQ數(shù)據(jù)采集卡完成數(shù)據(jù)采集、分析及結(jié)果輸出。三、實驗設備和儀器計算機、LabVIEW虛擬儀器軟件、DAQ數(shù)據(jù)采集卡、信號發(fā)生器、預處理電路等。四、實驗原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)Σ杉蹇ǔ跏蓟?，板卡上和?nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲的中間環(huán)節(jié)。圖1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)成四、實驗步驟和內(nèi)容1、DAQ的安裝與配置（1）安裝PCI－6024數(shù)據(jù)采集卡將PCI－6024E數(shù)據(jù)采集卡插到計算機主板上的一個空閑 PCI插槽中，接好各種附件，包括一條 50芯的數(shù)據(jù)線和一個轉(zhuǎn)接板。（2）PCI－6024E卡I/O配置安裝LabVIEW 和NI－DAQ，在Measurement&AutomationExplorer出現(xiàn)Configuration>Mysystem>DevicesandInterfaces。在設備名PCI-6024E上單擊右鍵，選擇 Properties，出現(xiàn)采集卡的配置對話框配置包括System、AI、AO、Accessory、OPC和RemoteAccess五個部分的設置。分別對其進行設置。在完成上述設置后，單擊確定，會出現(xiàn)“TestResources”和“TestPanels”按鈕。單擊“TestResources”出現(xiàn)測試結(jié)果對話框。單擊“TestPanels”按鈕出現(xiàn)測試面板。（3）PCI－6024E卡通道配置在使用DAQ設備的模擬I/O或數(shù)字I/O功能時，必須首先配置設備的通道。在Measurement&AutomationExplorer中配置通道步驟如下：①右鍵單擊DataNeighbourhood圖標，選擇彈出菜單中的Insert，系統(tǒng)會彈出InsertNew對話框。單擊Finish。②在彈出的

CreateNewChannel對話框中將通道類型設置為

AnalogInput，單擊下一步。③在EnterChannelNameandDescription對話框中，將通道名稱設置為ScropA，并甜上適當?shù)耐ǖ烂枋?，單擊下一步。④在ChannelWizard對話框中，選擇傳感器或測量信號類型，單擊下一步。⑤設置單位為Volts，量程為－5V～5V，單擊下一步。⑥設置縮放比例因子為 NoScaling，單擊下一步。⑦指定DAQ硬件為Dev1:PCI-6024E，通道編號為0；模擬輸入方式為Differential,單擊完成。2、數(shù)據(jù)采集實例程序設計采集一個模擬電壓信號（1）信號發(fā)生器輸出一個正弦電壓作為信號源連接到數(shù)據(jù)采集卡的端。

0通道模入（2）構(gòu)造前面板和程序框圖，要求在虛擬儀器面板上顯示正弦波電壓波形，并且可以設置scan速率、通道號。（3）運行程序，保存為 AcquireMultiple，觀測正弦波電壓波形。五、實驗報告1、簡述實驗目的、原理及實驗步驟。2、存儲設計程序。3、實驗結(jié)論及體會。六、注意事項如果接到采集卡輸入端的電壓高于測量范圍，應該使用分壓電路轉(zhuǎn)換為采集卡要求的電壓測量范圍，否則會燒壞采集卡。實驗六 超聲波測距實驗一、實驗目的運用超聲波傳感器進行距離測定實驗，通過本實驗了解和掌握超聲波傳感器測量的原理和方法。二、實驗原理聲波是一種能在氣體、液體和固體中傳播的機械波。根據(jù)振動頻率的不同，可分為次聲波、聲波、超聲波和微波等。次聲波：振動頻率低于l6Hz的機械波。聲波：振動頻率在16—20KHz之間的機械波，在這個頻率范圍內(nèi)能為人耳所聞。超聲波：高于20KHz的機械波。超聲波與一般聲波比較，它的振動頻率高，而且波長短，因而具有束射特性，方向性強，可以定向傳播，其能量遠遠大于振幅相同的一般聲波，并且具有很高的穿透能力。例如，在鋼材中甚至可穿透 10米以上。超聲波在均勻介質(zhì)中按直線方向傳播，但到達界面或者遇到另一種介質(zhì)時，也像光波一樣產(chǎn)生反射和折射，并且服從幾何光學的反射、折射定律。超聲波在反射、折射過程中，其能量及波型都將發(fā)生變化。超聲波在界面上的反射能量與透射能量的變化。取決于兩種介質(zhì)聲阻抗特性。和其他聲波一樣，兩介質(zhì)的聲阻抗特性差愈大，則反射波的強度愈大。例如，鋼與空氣的聲阻抗特性相差 10萬倍，故超聲波幾乎不通過空氣與鋼的介面，全部反射。超聲波在介質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，能量逐漸衰減，能量的衰減決定于波的擴散、散射(或漫射)及吸收。擴散衰減，是超聲波隨著傳播距離的增加，在單位面積內(nèi)聲能的減弱；散射衰減，是由于介質(zhì)不均勻性產(chǎn)生的能量損失；超聲波被介質(zhì)吸收后，將聲能直接轉(zhuǎn)換為熱能，這是由于介質(zhì)的導熱性、粘滯性及彈性造成的。超聲波傳感器的測距原理：超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。設超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離S，即：S=340t/2。需要說明的是，超聲波傳感器發(fā)射的波束比較窄（<10°），反射后仍然很窄，如果被測物體被旋轉(zhuǎn)放置，有可能反射波束會偏離出接收探頭的位置，導致探頭接收不到反射波信號，測距將失敗。圖1超聲波傳感器測量物體距離原理示意圖超聲波測距傳感器包括有發(fā)射超聲波和接收超聲波的兩部分裝置，習慣上稱為超聲波換能器或超聲波探頭。常用的超聲波傳感器有兩種，即壓電式超聲波傳感器和磁致式超聲波傳感器。本實驗采用的是壓電式超聲波傳感器,主要由超聲波發(fā)射器(或稱發(fā)射探頭)和超聲波接收器(或稱接收探頭)兩部分組成，它們都是利用壓電材料(如石英、壓電陶瓷等)的壓電效應進行工作的。利用逆壓電效應將高頻電振動轉(zhuǎn)換成高頻機械振動，產(chǎn)生超聲波，以此作為超聲波的發(fā)射器。而利用正壓電效應將接收的超聲振動波轉(zhuǎn)換成電信號，以此作為超聲波的接收器。實驗所使用的DRUL-12-A型超聲波傳感器的發(fā)射波頻率是40KHz，它由單片機控制發(fā)射探頭發(fā)射一組5個超聲波脈沖后，輸出電平由高電平轉(zhuǎn)為低電平；等到接收探頭接收到足夠強度的反射超聲波信號時，輸出信號由低電平轉(zhuǎn)為高電平。所以在實驗的過程中，可以觀察到隨著反射板到探頭的距離變化，傳感器輸出波形的“脈沖”寬度也會對應的發(fā)生變化，測試距離越遠，脈沖的寬度越寬。因此，計算出脈沖的寬度就可以計算出反射板到探頭的距離。發(fā)射的兩組脈沖間隔的最大時間約為18ms，。所以，該型號的超聲波傳感器的最遠測試距離是3米。為了消除發(fā)射電路強電磁脈沖對接收電路的影響，在發(fā)射電路發(fā)射脈沖后，接收電路需延時大約1ms，才能正常接收信號。，，～。對于DRUL-12-B型超聲波傳感器，參數(shù)稍有改變，～2米。另外，空氣中的聲音傳播速度不是一個固定的值，在不同的溫度下這個數(shù)據(jù)會有一些變化。通常我們說的340m/s是一個近似數(shù)據(jù)，傳播速度的修正公式為 S=×(1＋t/273）^，t為空氣溫度。作為常溫下的測試，可以就認為聲速為346m/s（按25℃計算）。三、實驗儀器和設備計算機LabVIEW虛擬儀器軟件超聲波傳感器USB數(shù)據(jù)采集儀四、實驗步驟和內(nèi)容1、關(guān)閉DRDAQ-USB型數(shù)據(jù)采集儀電源，將需使用的傳感器連接到采集儀的數(shù)據(jù)采集通道上。(禁止帶電從采集儀上插拔傳感器，否則會損壞采集儀和傳感器)2、開啟DRDAQ-USB型數(shù)據(jù)采集儀電源。3、用LabVIEW編程語言編寫超聲波傳感器距離測量主程序，要求前面板包括顯示超聲波輸出電壓的波形圖、超聲波返回時間顯示模塊、占空比、測量距離顯示等。4、前面板設計還包括“啟/?！卑粹o控制反射板的運動。要求點擊“前進”按鈕使反射板向遠離傳感器運動，點擊“后退”按鈕使反射板靠近傳感器運動。點擊“停止”按鈕使反射板停止運動。點擊“加速”按鈕時反射板運動速度加快，點擊“減速”按鈕時反射板運動速度減慢。5、觀察反射板在不同位置時，超聲波傳感器的輸出波形。6、根據(jù)超聲波傳感器超聲波聲波返回的時間，計算不同位置超聲波傳感器的測量距離值。移動反射板，取5個點，記錄出光柵尺的輸出值超聲波傳感器的輸出值并繪制出其輸入輸出曲線。五、實驗報告1、簡述實驗目的和原理。2、存儲設計程序，拷貝實驗系統(tǒng)運行界面，插入到Word格式的實驗報告中，上交實驗報告。3、實驗結(jié)論及體會。六、注意事項LCSB-5-A型超聲波傳感器的有效測量距離是30cm~250cm，DRUL-12-B型超聲波傳感器，參數(shù)稍有改變，量程是20cm～200cm。實際距離若過小或過大都可能導致測量誤差增大，在測量過程中盡量保持在此距離之內(nèi)。實驗七 紅外光電式測距實驗一、實驗目的運用紅外光電式測距傳感器進行距離測定實驗，通過本實驗了解和掌握紅外光電式傳感器測量的原理和方法。二、實驗原理紅外光電式測距傳感器是一種利用 “三角原理”來進行測量距離的傳感器。它的探頭由一個紅外發(fā)光二極管和一個 PSD（PositionSensingDevice）所組成。如下圖1所示。圖1傳感器使用“三角原理”來進行距離的探測。在紅外發(fā)光二極管旁的PSD實際上是一個線性的CCD陣列，距離紅外發(fā)光二極管3/4英寸（19mm）。利用CCD陣列接收到障礙物反射回來的紅外線光來進行距離的測量。障礙物障礙物PSD LED PSD LED圖2如上圖2所示，隨著障礙物距離的變化，LED發(fā)射的紅外線光被障礙物反射回到PSD的角度不同，根據(jù)PSD傳感器探測到的紅外線角度，就可以計算出障礙物到距傳感器之間的距離。PSD傳感器判斷入射角是使用CCD陣列來實現(xiàn)的。在PSD中排有一線性CCD陣列，障礙物的距離變化造成PSD傳感器入射角度的不同，根據(jù)PSD中CCD陣列中接收到紅外線光的CCD的位置，就可以計算出入射角。由于受到PSD傳感器中CCD大小和LED距PSD之間的距離限制，紅外光電傳感器的探測距離受到限制，DRMNGD-A傳感器的探測距離為10cm—80cm。此傳感器輸出為一模擬量，傳感器輸出和距離不是線性關(guān)系。三、實驗儀器和設備四、實驗步驟及內(nèi)容1、連接距離與位移傳感器實驗臺電源線，傳感器和實驗模塊連線。紅外光電距離傳感器---模塊2通道；步進電機---直線位移控制盒電機1；限位開關(guān)1---直線位移控制盒AD1；線位開關(guān)2---直線位移控制盒AD2；直線位移控制盒---連接PC機COM1串口，以及交流220V電源；連接光柵尺與數(shù)顯表---光柵尺的串口輸出接數(shù)顯表背面輸入，光柵尺的交流220V電源；打開實驗臺供電電源開關(guān)，電源指示燈亮表示供電正常；打開實驗臺上直流電源開關(guān)，電源指示燈亮表示供電正常；打開實驗臺上數(shù)據(jù)采集卡電源按鈕（紅色）,電源指示燈亮表示供電正常；打開光柵尺數(shù)顯表開關(guān)，數(shù)顯表上的LED燈亮表示供電正常；打開直線位移控制盒的開關(guān)，電源開關(guān)和狀態(tài)指示燈亮表示工作正常；2、編寫labview程序用labview編程語言編寫紅外光電式測距傳感器距離測量主程序，要求前面板包括顯示紅外光電式傳感器輸出電壓的波形圖、輸出電壓均值顯示模塊、測量距離顯示等。3、前面板設計還包括“啟 /停”按鈕控制反射板的運動。要求點擊“前進”按鈕使反射板向遠離傳感器運動，點擊“后退”按鈕使反射板靠近傳感器運動。點擊“停止”按鈕使反射板停止運動。點擊“加速”按鈕時反射板運動速度加快，點擊“減速”按鈕時反射板運動速度減慢。4、觀察反射板在不同位置時，紅外距離傳感器的輸出波形。5、移動反射板，取5個點，記錄出光柵尺的輸出值和紅外距離傳感器的輸出值并繪制出其輸入輸出曲線 。五、實驗報告要求1、簡述紅外距離傳感器的原理。2、存儲設計程序，整理實驗數(shù)據(jù)并繪制傳感器的輸出特性。3、實驗結(jié)論及體會。實驗八 紅外傳感器物體計數(shù)實驗一、實驗目的運用紅外傳感器進行傳送帶上經(jīng)過某一位置的物體數(shù)目的計數(shù)，通過本實驗了解自動生產(chǎn)線上紅外反射式傳感器的檢測原理和應用方法。二、實驗臺簡介DRCSX-12-B型環(huán)形輸送線試驗臺是國內(nèi)首家推出的小型多用途環(huán)形輸送線實驗臺，它可以模擬自動生產(chǎn)線上物料的輸送、檢測工作。具有體積小、結(jié)構(gòu)合理、功能強、使用方便、開設的實驗項目多等特點，圖1是該實驗臺的結(jié)構(gòu)圖。圖1DRCSX-12-B型實驗臺由外殼、鏈板（測試物品的載板）、鏈條、鏈輪、直流減速電機、傳感器支架、鏈條張緊裝置、傳動裝置、6個測試樣品（金屬、塑料各三個，三種顏色）和傳感器組成