畢業(yè)論文--基于plc的多路信號采集實驗裝置研制

1、<p>　　基于PLC的多路信號采集實驗裝置研制</p><p>　　學生姓名： 指導老師: </p><p><b>　　內(nèi)容摘要：</b></p><p>　　本文介紹了基于PLC的信號采集的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。本文介紹的重點是信號采集系統(tǒng)，而該系統(tǒng)硬件部分的重心在于PLC。信號采集與通信控制采用了LM3107來實現(xiàn)，硬件

2、部分是以PLC為核心，包括4通道模擬量輸入模塊LM3310和串行接口部分。4路被測信號通過模擬量輸入模塊實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過PLC的處理，再通過串行口RS232傳輸?shù)缴衔粰C，由上位機負責信號的顯示。軟件部分應(yīng)用POWERPRO編寫梯形圖程序?qū)崿F(xiàn)信號的采集，轉(zhuǎn)換和顯示。</p><p>　　關(guān)鍵詞：PLC 上位機 模擬信號 信號采集 </p><p>　　The des

3、ign of muti-channel signal sampling experimental device based on PLC</p><p><b>　　Abstract:</b></p><p>　　This article describes the PLC signal collecting hardware and software design.

4、 This article describes the focus of the signal sampling system, the system hardware part of the center of gravity lies in the PLC. Signal sampling and communication is controlled by the LM3107 to the hardware part is ba

5、sed on the PLC as the core of to including 4-channel analog input module LM3310, and serial interface part. 4-channel analog to digital conversion the signal through the analog input module, and then af</p><p&

6、gt;　　Keywords: PLC the host computer analog signal signal sampling</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1</b></p><p>　　1.1研究背景及其目的意義1</p><p&

7、gt;　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3該課題研究的主要內(nèi)容2</p><p><b>　　2方案擬定3</b></p><p>　　2.1信號采集系統(tǒng)3</p><p>　　2.2系統(tǒng)原理框圖3</p><p><b>　　3硬件設(shè)計4</b>

8、;</p><p>　　3.1傳感器檢測電路的設(shè)計4</p><p>　　3.1.1傳感器概述4</p><p>　　3.1.2傳感器及其檢測電路的選擇6</p><p>　　3.2 PLC的選取9</p><p>　　3.2.1 PLC概述9</p><p>　　3.2.2 PLC的

9、選取12</p><p><b>　　4軟件設(shè)計14</b></p><p>　　4.1 POWERPRO簡介14</p><p>　　4.2 算法設(shè)計15</p><p>　　4.2.1信號采集的程序設(shè)計15</p><p>　　4.2.2軟件濾波的程序設(shè)計16</p>

10、<p>　　4.2.3數(shù)據(jù)顯示的程序設(shè)計18</p><p><b>　　結(jié)語20</b></p><p><b>　　參考文獻21</b></p><p><b>　　致謝22</b></p><p>　　基于PLC的多路信號采集實驗裝置研制</p&

11、gt;<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1研究背景及其目的意義</p><p>　　信號采集又稱數(shù)據(jù)采集，近年來，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。</p><p>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起始于20世紀50年代，1956年美國首先研究了用在軍事

12、上的測試系統(tǒng)，目標是測試中不依靠相關(guān)的測試文件，由非成熟人員進行操作，并且測試任務(wù)是由測試設(shè)備高速自動控制完成的。由于該種數(shù)據(jù)采集測試系統(tǒng)具有高速性和一定的靈活性，可以滿足眾多傳統(tǒng)方法不能完成的數(shù)據(jù)采集和測試任務(wù)，因而得到了初步的認可。大概在60年代后期，國內(nèi)外就有成套的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和系統(tǒng)多屬于專用的系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀70年代后期，隨著微型機的發(fā)展，誕生了采集器、儀表同計算機溶為一體的數(shù)據(jù)采集系

13、統(tǒng)。由于這種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能優(yōu)良，超過了傳統(tǒng)的自動檢測儀表和專用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，因而獲得了驚人的發(fā)展。從70年代起，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展過程中逐漸分為兩類，一類是實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一類是工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　20世紀80年代隨著計算機的普及應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展，開始出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動測試系統(tǒng)。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要有兩類，一類以儀表儀器和采集器、通用接口總線和計算機組成

14、。這類系統(tǒng)主要應(yīng)用于實驗室，在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的應(yīng)用。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、標準總線和計算機構(gòu)成，這一類在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用較多。20世紀80年代后期，數(shù)據(jù)采集發(fā)生了很大的變化，工業(yè)計算機、單片機和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，是系統(tǒng)的成本減低，體積變小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大大加強。[11]</p><p>　　20世紀90年代至今，在國際上技術(shù)先進的國家，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已成功的運用到軍事、航空電子設(shè)備及宇

15、航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴展或修改系統(tǒng)，迅速組成一個新的系統(tǒng)。</p><p>　　可編程序控制器(P L C ) 以其控制能力強, 安全可靠, 編程簡單, 使用方便,

16、體積小等優(yōu)點在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。實際應(yīng)用中常常采用上位</p><p>　　機(P C )/ 下位機(P LC )控制模式, 上位機提供良好的人機界面, 對全系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理, 下位機對輸入數(shù)據(jù)進行采集、處理, 完成對輸出設(shè)備的控制?，F(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><

17、;p>　　信號采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。它起始于20世紀中期，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在信號采集方面的技術(shù)也取得了長足的進步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。各種領(lǐng)域都用到了信號采集，在石油勘探、科學實驗、飛機飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。</p><p>　　我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用TDE-

18、124C型TDE-224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。近年來，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強、低功耗可靠性的TDE-324C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集對拾震計輸出的電信號模擬放大后送至A/D數(shù)字化，A/D采用同時采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)DSP數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字地震信號。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備24位A/D轉(zhuǎn)化位數(shù)，采樣率有50HZ、100HZ、200HZ。[11]</p><p>　　由美國PASCO公司生

19、產(chǎn)的“科學工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它由3部分組成：（1）傳感器：利用先進的傳感技術(shù)可實時采集技術(shù)可實時采集物理實驗中各物理量的數(shù)據(jù)；（2）計算機接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計算機，采樣速率最高為25萬次/S；（3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。[11]</p><p>　　受需求牽引，新一代機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(yīng)用也在快速地發(fā)展。如愛爾蘭ACRA公司2000年研發(fā)推出的新一代KA

20、M500機載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了2006年。本系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達500K/S,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)。</p><p>　　1.3該課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　信號采集技術(shù)是信息科學的重要分支之一, 它研究信息信號的采集、存儲、處理以及控制等問題。它是對傳感器信號的測量與處理, 以微型計算機

21、等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)。信號采集也是從一個或多個信號獲取對象信息的過程。隨著微型計算機技術(shù)的飛速發(fā)展和普及,信號采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術(shù),廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時監(jiān)控溫度、濕度和壓力等場合。信號采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié),通常采用PLC系統(tǒng)來實現(xiàn),作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分,信號采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)?！?lt;/p><p>　　現(xiàn)在以微機為核心的可編程數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)作為

22、信號采集技術(shù)的發(fā)展方向得到了迅速的發(fā)展。</p><p><b>　　2方案擬定</b></p><p><b>　　2.1信號采集系統(tǒng)</b></p><p>　　信號采集，又稱信號獲取，是利用一種裝置，從系統(tǒng)外部采集信號并輸入到系統(tǒng)內(nèi)部的一個接口。信號采集技術(shù)廣泛引用在各個領(lǐng)域。</p><p>

23、;　　70年代初，隨著計算機技術(shù)及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，特別是微處理器及高速A/D轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)，信號采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了重大變革。原來由小規(guī)模集成的數(shù)字邏輯電路及硬件程序控制器組成的采集系統(tǒng)被微處理器控制的采集系統(tǒng)所代替。由微處理器去完成程序控制，信號處理及大部分邏輯操作，使系統(tǒng)的靈活性和可靠性大大地提高，系統(tǒng)硬件成本和系統(tǒng)的重建費用大大地降低。</p><p>　　在該系統(tǒng)中需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，而模擬量輸入

24、模塊中的 A/D是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的關(guān)鍵，他需要考慮的指標有：分辨率、轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換誤差等等。而CPU模塊是該系統(tǒng)的核心，它完成數(shù)據(jù)讀取、處理及邏輯控制，數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗械娜蝿?wù)。在該系統(tǒng)中CPU模塊采用的是LM3107，模擬量輸入模塊采用的是LM3310。通信的串行口采用RS232標準接口。數(shù)據(jù)由上位機顯示。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)原理框圖</b></p>

25、<p>　　圖1 系統(tǒng)原理框圖</p><p><b>　　3硬件設(shè)計</b></p><p>　　3.1傳感器檢測電路的設(shè)計</p><p>　　3.1.1傳感器概述</p><p>　　傳感器的英文名稱：transducer/sensor，國家標準GB7665-87對傳感器下的定義是：“能感受規(guī)定的被測量

26、件并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或裝置，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成”。傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)?！皞鞲衅鳌痹谛马f式大詞典中定義為：“從一個系統(tǒng)接受功率，通常以另一種形式將功率送到第二個系統(tǒng)中的器件”。根據(jù)這個定義，傳感器的作用是將一種能量轉(zhuǎn)換成另一

27、種能量形式，所以不少學者也用“換能器－Transducer”來稱謂“傳感器－Sensor”。</p><p>　　人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長，又稱之為電五官。新技術(shù)革命的到來，世界開始進入信息時代。在利用信息的過程中，首先要解決的就是要獲取準確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤

28、其是自動化生產(chǎn)過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)或最佳狀態(tài)，并使產(chǎn)品達到最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化生產(chǎn)也就失去了基礎(chǔ)。在基礎(chǔ)學科研究中，傳感器更具有突出的地位?，F(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，進入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要觀察上千光年的茫茫宇宙，微觀上要觀察小到 cm的粒子世界，縱向上要觀察長達數(shù)十萬年的天體演化，短到 s的瞬間反應(yīng)。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認識、開拓新能源、新

29、材料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研究，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁場等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相適應(yīng)的傳感器是不可能的。許多基礎(chǔ)科學研究的障礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測</p><p>　　常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器——視覺，聲敏傳感器——聽覺，氣敏傳感器——嗅覺，化學傳感器——味覺，壓敏、溫敏、流

30、體傳感器——觸覺。敏感元件的分類：①物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。②化學類，基于化學反應(yīng)的原理。③生物類，基于酶、抗體、和激素等分子識別功能。 　　通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類（還有人曾將敏感元件分46類）。</p><p>　　新型傳感器的特點包括：微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)

31、化、網(wǎng)絡(luò)化，它不僅促進了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和更新?lián)Q代，而且還可能建立新型工業(yè)，從而成為21世紀新的經(jīng)濟增長點。微型化是建立在微電子機械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)基礎(chǔ)上的，目前已成功應(yīng)用在硅器件上做成硅壓力傳感器。</p><p>　　可以用不同的觀點對傳感器進行分類：它們的轉(zhuǎn)換原理(傳感器工作的基本物理或化學效應(yīng))；它們的用途；它們的輸出信號類型以及制作它們的材料和工藝等?！　?lt;/p><p>　　

32、傳感器的靜態(tài)特性是指對靜態(tài)的輸入信號，傳感器的輸出量與輸入量之間所具有相互關(guān)系。因為這時輸入量和輸出量都和時間無關(guān)，所以它們之間的關(guān)系，即傳感器的靜態(tài)特性可用一個不含時間變量的代數(shù)方程，或以輸入量作橫坐標，把與其對應(yīng)的輸出量作縱坐標而畫出的特性曲線來描述。表征傳感器靜態(tài)特性的主要參數(shù)有：線性度、靈敏度、遲滯、重復性、漂移等。（1）線性度：指傳感器輸出量與輸入量之間的實際關(guān)系曲線偏離擬合直線的程度。定義為在全量程范圍內(nèi)實際特性曲線與擬合直

33、線之間的最大偏差值與滿量程輸出值之比。（2）靈敏度：靈敏度是傳感器靜態(tài)特性的一個重要指標。其定義為輸出量的增量與引起該增量的相應(yīng)輸入量增量之比。用S表示靈敏度。（3）遲滯：傳感器在輸入量由小到大（正行程）及輸入量由大到?。ǚ葱谐蹋┳兓陂g其輸入輸出特性曲線不重合的現(xiàn)象成為遲滯。對于同一大小的輸入信號，傳感器的正反行程輸出信號大小不相等，這個差值稱為遲滯差值。（4）重復性：重復性是指傳感器在輸入量按同一方向作全量程連續(xù)多次變化時，所得特性

34、曲線不一致的程度。（5）漂移：傳感器的漂移是指在輸入量不變的情況下，傳感器輸出量隨著時間變化，此現(xiàn)象稱為漂移。產(chǎn)生漂移的</p><p>　　所謂動態(tài)特性，是指傳感器在輸入變化時，它的輸出的特性。在實際工作中，傳感器的動態(tài)特性常用它對某些標準輸入信號的響應(yīng)來表示。這是因為傳感器對標準輸入信號的響應(yīng)容易用實驗方法求得，并且它對標準輸入信號的響應(yīng)與它對任意輸入信號的響應(yīng)之間存在一定的關(guān)系，往往知道了前者就能推定后者。

35、最常用的標準輸入信號有階躍信號和正弦信號兩種，所以傳感器的動態(tài)特性也常用階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)來表示。</p><p>　　通常情況下，傳感器的實際靜態(tài)特性輸出是條曲線而非直線。在實際工作中，為使儀表具有均勻刻度的讀數(shù)，常用一條擬合直線近似地代表實際的特性曲線、線性度（非線性誤差）就是這個近似程度的一個性能指標。 　　擬合直線的選取有多種方法。如將零輸入和滿量程輸出點相連的理論直線作為擬合直線；或?qū)⑴c特性曲線上各點偏

36、差的平方和為最小的理論直線作為擬合直線，此擬合直線稱為最小二乘法擬合直線。 </p><p>　　靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)工作情況下輸出量變化△y對輸入量變化△x的比值。它是輸出一輸入特性曲線的斜率。如果傳感器的輸出和輸入之間顯線性關(guān)系，則靈敏度S是一個常數(shù)。否則，它將隨輸入量的變化而變化。靈敏度的量綱是輸出、輸入量的量綱之比。例如，某位移傳感器，在位移變化1mm時，輸出電壓變化為200mV，則其靈敏度應(yīng)表示為

37、200mV/mm。當傳感器的輸出、輸入量的量綱相同時，靈敏度可理解為放大倍數(shù)。提高靈敏度，可得到較高的測量精度。但靈敏度愈高，測量范圍愈窄，穩(wěn)定性也往往愈差。</p><p>　　分辨率是指傳感器可感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化。當輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的。只有當輸入量的變化超過分辨率時，其輸出才會發(fā)生

38、變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨 </p><p>　　率并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化 值作為衡量分辨率的指標。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。 分辨率與傳感器的穩(wěn)定性有負相相關(guān)性。</p><p>　　3.1.2傳感器及其檢測電路的選擇</p><p>　　3.1.2.1溫度傳感器的選擇<

39、;/p><p>　　集成溫度傳感器是把溫度傳感器電路（如單晶硅溫度傳感器）與放大電路等</p><p>　　等后繼電路，利用集成化技術(shù)制作在同一芯片上的功能器件。這種傳感器輸出信號大，與溫度有較好的線性關(guān)系，具有小型化、低成本、使用方便、測溫精度高等特點。因此，得到廣泛應(yīng)用。</p><p>　　集成溫度傳感器按輸出量不同可分為電壓型和電流型兩種。其中，電壓型的靈敏度一

40、般為10mV/℃，電流型的靈敏度為1uA/℃。這種傳感器還具有絕對零度時輸出為零的特性，利用這一特性可制作絕對溫度測量儀。集成溫度傳感器的工作范圍是-50～+150℃，其具體數(shù)值因型號和封裝形式不同而異。他們除了作測溫元件外，還用于做溫度補償元件和溫度控制元件。</p><p>　　KTY82—110型溫度傳感器的溫度測量電路：下圖為為KTY82—110型硅溫度傳感器電路，用于溫度測量。電路中KTY—110的適用

41、溫度范圍為0～100℃，Vd=5V時，Vo=1～3V。電阻為金屬膜電阻，精度為±1%。放大器型號為NE532。</p><p>　　圖 2 KTY82—110檢測電路</p><p>　　本電路為硅溫度傳感器KTY82—110或KTY81—110溫度測量電路，溫度測量范圍為0～100℃,。用電阻R1和R2、傳感器KTY81—110組成電橋的一個臂；電阻R3、電位器RP1和電阻R4

42、組成電橋的其它橋臂。根據(jù)供給傳感器1mA電流來選擇R1和R2。</p><p>　　校準：調(diào)RP1電位器，使輸出電壓Vo=1V，傳感器為0℃。在100℃時，調(diào)節(jié)RP2，使輸出電壓Vo=3V。反復調(diào)節(jié)直至滿意。</p><p>　　3.1.2.2濕度傳感器的選擇</p><p>　　如何使用好濕度傳感器，如何判斷濕度傳感器的性能，這對一般用戶來講，仍是一件較為復雜的技

43、術(shù)問題。濕度傳感器，分為電阻式和電容式兩種，產(chǎn)品的基本形式都為在基片涂覆感濕材料形成感濕膜?？諝庵械乃羝接诟袧癫牧虾?，元件的阻抗、介質(zhì)常數(shù)發(fā)生很大的變化，從而制成濕敏元件。國內(nèi)外各廠家的濕度傳感器產(chǎn)品水平不一，質(zhì)量價格都相差較大，用戶如何選擇性能價格比最優(yōu)的理想產(chǎn)品確有一定難度，需要在這方面作深入的了解。濕度傳感器具有如下特點：濕度傳感器的精度應(yīng)達到±2%~±5%RH，達不到這個水平很難作為計量器具使用，濕度傳

44、感器要達到±2%~±3%RH的精度是比較困難的，通常產(chǎn)品資料中給出的特性是在常溫（20℃±10℃）和潔凈的氣體中測量的。在實際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，長期穩(wěn)定性和使用壽命是影響濕度傳感器質(zhì)量的頭等問題，年漂移量控制在1%RH水平的產(chǎn)品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。濕敏元件除對環(huán)境濕度敏

45、感外，對溫度亦十分敏感，其溫度系數(shù)一般在0.2~0.8%RH/℃范圍內(nèi)，而且有的濕敏元件在不同</p><p>　　基于以上各點，我選擇了ZHG型濕敏電阻。ZHG型濕敏電阻為陶瓷濕敏傳感器，其阻值隨被測環(huán)境濕度升高而降低。ZHG濕敏電阻有兩種型號：ZHG—1型和ZHG—2型，前者的外形為長方形，外殼采用耐高溫塑料，多用于家用電器；后者的外形為圓柱體，外殼用銅材料制作，多用于工廠車間、塑料大棚、倉庫和電力開關(guān)等場合

46、的濕度的控制。</p><p>　　ZHG型濕敏電阻的特點是：體積小、重量輕、靈敏度高、測量范圍寬（5%~99%RH）、</p><p>　　溫度系數(shù)小、響應(yīng)時間短、使用壽命長。</p><p>　　下圖為應(yīng)用ZHG濕敏電阻的濕度檢測電路圖。此電路輸出信號為電壓，共由五部分組成：濕敏元件（R3）;振蕩器（由IC1、R1、R2、C1和D1組成，R1、R2和C1的數(shù)值決

47、定震蕩頻率，本電路頻率為100Hz）；對數(shù)變換器（由IC1—1、D2、D3和D4組成）；濾波器（有R4、C4組成）；放大器（由IC2—2，RP、R5、R6、R7、R8和T1組成）。</p><p>　　本傳感器的測量電路由濕敏元件、電源（震蕩器）和隔直電容C2組成，ZHG濕敏電阻一般情況下需要采用交流供電，否則濕度高時將有，電泳現(xiàn)象，使阻值產(chǎn)生漂移。但特殊場合，如工作電流小于10uA，濕度小于60%RH時，測量回

48、路可以使用直流電源。</p><p>　　ZHG濕敏電阻的濕度電阻特性為非線性關(guān)系，對數(shù)變換器用于修正其非線性，修正后仍有一定的非線性，但誤差小于±5%RH。輸出電路由放大器構(gòu)成，輸出信號為電壓。</p><p>　　圖3 ZHG濕敏電阻檢測電路</p><p>　　3.2 PLC的選取 </p><p>　　3.2.1 PLC概述

49、</p><p>　　可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC），它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊踢壿嬁刂破鲗嵸|(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機， 可編程邏輯控制器其硬件結(jié)構(gòu)基本上與微型計算機相同，基本構(gòu)成為：一、電源?？删幊踢壿嬁刂?/p>

50、器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去 。二、中央處理單元(CPU)。中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及

51、警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序</p><p>　　口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。五、功能模塊。如計數(shù)、定

52、位等功能模塊。六、通信模塊。</p><p>　　當可編程邏輯控制器投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，可編程邏輯控制器的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。一、輸入采樣階段。在輸入采樣階段，可編程邏輯控制器以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)的單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入

53、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。二、用戶程序執(zhí)行階段。在用戶程序執(zhí)行階段，可編程邏輯控制器總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點

54、構(gòu)成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令</p><p>　　可編程邏輯控制器具有以下鮮明的特點。一、系統(tǒng)構(gòu)成靈活，擴展容易，以開關(guān)量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的PID回路控制；并能與上位機構(gòu)成復雜的控制系統(tǒng)，如DDC和DCS等，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的綜合自動化。二

55、、使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調(diào)試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。三、能適應(yīng)各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。1968年美國通用汽車公司提出取代繼電器控制裝置的要求；1969 年，美國數(shù)字設(shè)備公司研制出了第一臺可編程邏輯控制器PDP—14 ，在美國通用汽車公司的生產(chǎn)線上試用成功，首次采用程序化的手段應(yīng)用于電氣

56、控制，這是第一代可編程邏輯控制器，Programmable，是世界上公認的第一臺PLC。1969年，美國研制出世界第一臺PDP-14；971年，日本研制出第一臺DCS-8；1973年，德國研制出第一臺PLC；1974年，中國研制出第一臺PLC。</p><p>　　20世紀70年代初出現(xiàn)了微處理器。人們很快將其引入可編程邏輯控制器，使可編程邏輯控制器增加了運算、數(shù)據(jù)傳送及處理等功能，完成了真正具有計算機特征的工業(yè)

57、控制裝置。此時的可編程邏輯控制器為微機技術(shù)和繼電器常規(guī)控制概念相結(jié)合的產(chǎn)物。個人計算機發(fā)展起來后，為了方便和反映可編程控制器的功能特點，可編程邏輯控制器定名為Programmable Logic Controller（PLC）。0世紀70年代中末期，可編程邏輯控制器進入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、PID功能及極高的性價比奠定了它在

58、現(xiàn)代工業(yè)中的地位。20世紀80年代初，可編程邏輯控制器在先進工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標志著可編程控制器已步入成熟階段。 　　20世紀80年代至90年代中期，是可編程邏輯控制器發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。在這時期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，可編程邏輯控制器逐漸進入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)</p><

59、;p>　　在可編程邏輯控制器系統(tǒng)設(shè)計時，首先應(yīng)確定控制方案，下一步工作就是可編程邏輯控制器工程設(shè)計選型。工藝流程的特點和應(yīng)用要求是設(shè)計選型的主要依據(jù)?？删幊踢壿嬁刂破骷坝嘘P(guān)設(shè)備應(yīng)是集成的、標準的，按照易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴充其功能的原則選型所選用可編程邏輯控制器應(yīng)是在相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域有投運業(yè)績、成熟可靠的系統(tǒng)，可編程邏輯控制器的系統(tǒng)硬件、軟件配置及功能應(yīng)與裝置規(guī)模和控制要求相適應(yīng)。熟悉可編程序控制器、功能表圖及有關(guān)的編

60、程語言有利于縮短編程時間，因此，工程設(shè)計選型和估算時，應(yīng)詳細分析工藝過程的特點、控制要求，明確控制任務(wù)和范圍確定所需的操作和動作，然后根據(jù)控制要求，估算輸入輸出點數(shù)、所需存儲器容量、確定可編程邏輯控制器的功能、外部設(shè)備特性等，最后選擇有較高性能價格比的可編程邏輯控制器和設(shè)計相應(yīng)的控制系統(tǒng)。一、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算。I/O點數(shù)估算時應(yīng)考慮適當?shù)挠嗔?，通常根?jù)統(tǒng)計的輸入輸出點數(shù)，再增加10%～20%的可擴展余量后，作為輸入輸出點數(shù)估

61、算數(shù)據(jù)。實際訂貨時，還需根據(jù)制造廠商可編程邏輯控制器的產(chǎn)品特點，對輸入輸出點數(shù)進行圓整。 二、存儲器容量的估算。存儲器容量是可編程序控制</p><p>　　3.2.2 PLC的選取</p><p>　　作為小型PLC產(chǎn)品，LM系列PLC無論是獨立運行，還是相互連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，均可以實現(xiàn)強大而復雜的控制功能。其主要特點表現(xiàn)如下：小巧緊湊的設(shè)計、簡單可靠的安裝、豐富的模塊種類、強大的模擬量處理

62、、功能強大的指令集、獨特的掉電保護、實用的離線仿真、標準的編程語言。由于具有強大的功能和極高的性價比，LM系列小型PLC是單機控制和小型控制系統(tǒng)的首選產(chǎn)品，不僅可以實現(xiàn)簡單邏輯控制，也可以實現(xiàn)復雜的自動化控制。應(yīng)用范圍廣泛，既可用于工礦企業(yè)，也可用于民用場合。應(yīng)用領(lǐng)域包括機床、沖壓機械、印刷機械、紡織機械、建材機械、包裝機械、塑料機械、運動控制、運輸帶、環(huán)保設(shè)備、中央空調(diào)、電梯、橡膠工業(yè)、各類生產(chǎn)流水線等。 </p>&

63、lt;p>　　3.2.2 CPU模塊的選取</p><p>　　LM3107集成14點輸入和10點繼電器輸出共24個數(shù)字量I/O點，可連接4個擴展模塊。具有3點100KHz單相高速計數(shù)器和2點100KH兩相高速計器。1個RS232串行通訊接口，支持專有協(xié)議、MODBUS RTU從站協(xié)議和自由協(xié)議，是一款有較強控制能力的控制器。</p><p>　　3.2.3 模擬量輸入模塊的選取&l

64、t;/p><p>　　LM3310模塊為4通道模擬量輸入模塊，完成現(xiàn)場模擬量的輸入、采集與處理工作。工作電源和現(xiàn)場所需電源分別由擴展總線及外部24VDC提供。</p><p><b>　　4軟件設(shè)計</b></p><p>　　4.1 POWERPRO簡介</p><p>　　PowerPro軟件是和利時公司專為 LM 系列

65、 PLC 所開發(fā)的基于 Windows 的編程工具。PowerPro軟件具有控制方案的編輯和仿真調(diào)試功能，是 LM 系列 PLC 的硬件配置和軟件編程的標準軟件包。PowerPro 與傳統(tǒng)的PLC 編程軟件相比，有如下一些特點和功能：程序語言標準化：在上世紀 90 年代中后期，IEC 發(fā)布了自動化行業(yè)程序語言的國際標準。先是 IEC1113-3標準，后來修訂為 IEC61131-3 標準，以幫助 PLC、NC 及 DCS 等自動化行業(yè)統(tǒng)

66、一編程語言，促進編程技術(shù)的進步。PowerPro 是完全符合 IEC61131-3 標準的編程軟件，具有 IL、LD、ST、FBD、SFC、CFC等多種語言編程方式。內(nèi)部器件變量化：LM 系列 PLC 沒有常規(guī) PLC 那么多的內(nèi)部器件，如定時器、計數(shù)器等，取而代之的是變量。變量是PowerPro特有的一個概念，類似于高級語言的形式。這些變量按需要聲明，使用多少，就聲明多少。變量名還可按其功用命名，比起器件編號更便于辨認。變量還可分為全

67、局與局部、輸入與輸出、掉電保持與不保持等多種類型。同時，利用 Power</p><p><b>　　4.2 算法設(shè)計</b></p><p>　　4.2.1信號采集的程序設(shè)計</p><p><b>　　、</b></p><p>　　4.2.2軟件濾波的程序設(shè)計</p><p

68、>　　4.2.3數(shù)據(jù)顯示的程序設(shè)計</p><p><b>　　結(jié)語</b></p><p>　　PLC為一種應(yīng)用十分廣泛的自動控制設(shè)備，其控制的核心是用戶程序；其控制的對象小到燈泡、發(fā)光二極管，大到復雜的控制系統(tǒng)，各式各樣；所采集的信號數(shù)字量信號，也有模擬量信號，千差萬別；但無論如何，一個完整的信號采集系統(tǒng)，才是確保用戶程序正常運行，及時對外部變化作出反應(yīng)的關(guān)

69、鍵。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]張萬忠等 .可編程控制器應(yīng)用技術(shù) 北京：北京工業(yè)出版社,2010</p><p>　　[2]陳立定 可編程控制器原理及應(yīng)用 廣州：華南理工大學出版社,2009</p><p>　　[3]黃凈 電器及PLC控制技術(shù) 北京：機械工業(yè)出版社,

70、2010</p><p>　　[4]陳浩 案例解說PLC、觸摸屏及變頻器綜合應(yīng)用 北京：中國電力出版社,2009</p><p>　　[5]James A.Rehg 可編程邏輯控制器 北京：電子工業(yè)出版社,2008</p><p>　　[6]劉少強,張靖.傳感器設(shè)計與應(yīng)用實例[M].中國電力出版社,2011</p><p>　　[7]錢顯毅.

71、傳感器原理與應(yīng)用[M].東南大學出版社，2010</p><p>　　[8]閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2010</p><p>　　[9]王化祥.傳感器原理與應(yīng)用[M].天津:天津大學出版社，2010</p><p>　　[10]彭軍.傳感器與監(jiān)測技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學出版社，2009</p><p>　　[1

72、1] 王琳，商周，王學偉.數(shù)據(jù)采集的發(fā)展及應(yīng)用.電測與儀表,2008</p><p>　　[12] 常鐵原，王欣，陳文軍. 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計.電子技術(shù)應(yīng)用,2008</p><p>　　[13]高云.基于MSP430的溫室多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).農(nóng)機化研究，2009</p><p><b>　　致謝</b></p><p&g

73、t;　　在本科學習生活即將結(jié)束之際，對四年來曾關(guān)心、指導、幫助和鼓勵過我的老師、同學們表示衷心的感謝。讓我們共同分享完成論文的喜悅。</p><p>　　感謝我的家人在我四年本科的學習、工作和生活中對我一貫的支持、理解與鼓勵。</p><p>　　感謝周震老師在設(shè)計的選題、實驗設(shè)計與論文撰寫過程中，自始至終以嚴謹?shù)闹螌W作風和崇高的責任心給予了全面的指導。</p><p&