labview的农产品干燥实验自动数据采集系统设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1 农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展现状及趋势 1
1.1.1 国内农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展情况 1
1.1.2 国外农产品干燥实验自动数据采集与控制的研究发展概况 1
1.1.3 农产品干燥方法的发展趋势 1
1.2论文章节安排 2
第二章 虚拟仪器技术及LabVIEW软件 3
2.1 虚拟仪器概述 3
2.2 LabVIEW简介 3
2.2.1 LabVIEW应用程序的组成 4
2.2.2 程序结构 7
第三章 系统硬件设计 10
3.1 系统总体方案设计 10
3.2 集成温度传感器AD590 11
3.2.1 AD590的特点 11
3.3 集成湿度传感器IH3605 12
3.3.1 IH3065结构及引脚介绍 12
3.3.2 IH3065的主要技术指标如下 13
3.3.3 IH3065的输出电压特点 13
3.4 电阻应变片式称重传感器 14
3.4.1 电阻应变片式称重传感器的工作原理 14
3.4.2 重量转换电路 14
3.5 电容式谷物干燥在线水分仪 15
3.5.1 电容式传感器结构 15
3.5.2 粮食水分测量仪的电路组成 15
3.5.3 水分转换电路 15
3.6 PCI6229数据采集卡概述 16
3.6.1 数据采集系统构成 16
3.6.2 PCI总线结构 16
第四章 系统软件设计 18
4.1 数据采集程序设计 18
4.1.1 数据采集系统前面板设计 18
4.1.2 数据采集系统框图程序设计 20
4.2 物料温度的PID控制算法设计与实现 26
4.2.1 PID算式的确定 26
4.2.2数字PID控制算式 26
4.2.3 PID控制程序设计 27
/> 4.2.4 PID控制实验结果分析 29
4.3 系统程序的实验和分析 31
第五章 总结和展望 34
5.1 总结 34
5.2 展望 34
参考文献 35
致谢 36
第一章 绪论
1.1 农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展现状及趋势
1.1.1 国内农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展情况
国内对粮食烘干塔、干燥机进行的智能化的研究局限于神经网络、专家系统、模糊思想等方法。但是这些方法还是有许多缺陷：专家系统解决问题使用的时间太长，在线控制的能力较低；神经网络模型拥有巨大实验数据库，但是训练的时间较长且不收敛；模糊控制则对的经验依赖性太强，粮食的干燥过程控制非常的复杂，想要获得这些经验非常的困难。还有许多研究需要在线检测水分和温度等参数，然后利用PLC等仪器按照已经设定好的程序自动对粮食的干燥过程进行控制；但是这个系统对人的经验要求较高，而且需要传感器的检测。现在，没有那种仪器能定型的检测出干燥过程中的水分，并且不能保证传感器的准确性和可靠性，不能完成对过程的精确自动控制。
1.1.2 国外农产品干燥实验自动数据采集与控制的研究发展概况
追溯到上世纪80年代，国外就已经开设计出了具有一定控制能力的粮食干燥过程模型。福布斯设计了两种农产品干燥控制模型，系统是通过含水率的预测值和实测值之差不停地更新干燥速率的信息。刘强设计了粮食横流干燥过程的模型，并设计了基于LabVIEW的模型控制器，并且投入了实际的农业生产，该控制器对水分的控制精度非常高，对水分和温度的较大变化，MPC控制器能进行较高的补偿。海格尔在丹麦时期设计了一个关于滚筒干燥机的动态模型，能够对质量和动量的传递很好的描述，并投入了当地糖厂甜菜渣使用；该模型能有效的预测因操作变量造成的品质的改变，同传统控制方法相比，它的预测更准确，控制能力更出色。Trelea设计的非线性预测和优化控制的算法，对重要干扰和失效的解决更加精确。Dufour设计的线性IMCMPC控制结构能有效结合内模控制器(IMC)和MPC，利用这两个反馈环对在线优化器的模拟误差进行修正。
1.1.3 农产品干燥方法的发展趋势
随着生活的改善，人们对食品的品质也提出了更高的要求。干燥过程对食品和农产品的品质有深远的影响。目前，主要利用的还是热风干燥，但这种方式严重破坏了食品的色泽、维生素和生物活性物质，通常需要采用较昂贵的方法和设备才能得到优质的干燥产品，比如冷冻干燥。现在食品干燥的经济性和产品质量之间还无法做出平衡，如何在保证干燥产品的质量下降低能耗和成本，这是目前最需要处理的难题。
在60年代，开始了对粮食干燥过程的研究，方法比较传统，有反馈控制、自适应控制等；到了70年代，由于计算机技术和人工智能的的快速发展，干燥控制技术得到提高，开始进入智能化的时代，以计算机为基础，粮食干燥过程控制系统引入了人工神经网络、专家系统、模糊控制等技术，控制效果有了很高的改善。人们对干燥控制技术的研究，基于虚拟仪器LabVIEW控制的粮食干燥控制系统正成为国内外学者研究开发的热点。
1.2论文章节安排
本课题采用LabVIEW软件开发平台设计一套农产品干燥实验自动数据采集系统，可以用来连续采集、测量农产品干燥过程中物料的温度、干燥速率、废气温、湿度等参数并进行显示、分析与存盘，同时可以对农产品干燥过程中的温度进行控制。本设计系统主要包括硬件和软件。硬件部分包括数据采集卡，传感器及信号调理电路。软件部分包括：PID控制和程序设计。
本文将分五章来逐一阐述以上各部分内容：
第一章 绪论 本章阐述了农产品干燥实验自动数据采集与控制的研究背景，结合文献综述，介绍了国内外干燥过程控制主要应用的技术以及未来的发展趋势。
第二章 虚拟仪器技术及LabVIEW软件 本章介绍了虚拟仪器的概述，和仪器的构建方案，对LabVIEW的编辑语言做出了详细的介绍，对它的应用程序组成进行了分析，为下文的数据采集系统做出理论的依据。
第一章 绪论 1
1.1 农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展现状及趋势 1
1.1.1 国内农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展情况 1
1.1.2 国外农产品干燥实验自动数据采集与控制的研究发展概况 1
1.1.3 农产品干燥方法的发展趋势 1
1.2论文章节安排 2
第二章 虚拟仪器技术及LabVIEW软件 3
2.1 虚拟仪器概述 3
2.2 LabVIEW简介 3
2.2.1 LabVIEW应用程序的组成 4
2.2.2 程序结构 7
第三章 系统硬件设计 10
3.1 系统总体方案设计 10
3.2 集成温度传感器AD590 11
3.2.1 AD590的特点 11
3.3 集成湿度传感器IH3605 12
3.3.1 IH3065结构及引脚介绍 12
3.3.2 IH3065的主要技术指标如下 13
3.3.3 IH3065的输出电压特点 13
3.4 电阻应变片式称重传感器 14
3.4.1 电阻应变片式称重传感器的工作原理 14
3.4.2 重量转换电路 14
3.5 电容式谷物干燥在线水分仪 15
3.5.1 电容式传感器结构 15
3.5.2 粮食水分测量仪的电路组成 15
3.5.3 水分转换电路 15
3.6 PCI6229数据采集卡概述 16
3.6.1 数据采集系统构成 16
3.6.2 PCI总线结构 16
第四章 系统软件设计 18
4.1 数据采集程序设计 18
4.1.1 数据采集系统前面板设计 18
4.1.2 数据采集系统框图程序设计 20
4.2 物料温度的PID控制算法设计与实现 26
4.2.1 PID算式的确定 26
4.2.2数字PID控制算式 26
4.2.3 PID控制程序设计 27
/> 4.2.4 PID控制实验结果分析 29
4.3 系统程序的实验和分析 31
第五章 总结和展望 34
5.1 总结 34
5.2 展望 34
参考文献 35
致谢 36
第一章 绪论
1.1 农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展现状及趋势
1.1.1 国内农产品干燥实验自动数据采集与控制的发展情况
国内对粮食烘干塔、干燥机进行的智能化的研究局限于神经网络、专家系统、模糊思想等方法。但是这些方法还是有许多缺陷：专家系统解决问题使用的时间太长，在线控制的能力较低；神经网络模型拥有巨大实验数据库，但是训练的时间较长且不收敛；模糊控制则对的经验依赖性太强，粮食的干燥过程控制非常的复杂，想要获得这些经验非常的困难。还有许多研究需要在线检测水分和温度等参数，然后利用PLC等仪器按照已经设定好的程序自动对粮食的干燥过程进行控制；但是这个系统对人的经验要求较高，而且需要传感器的检测。现在，没有那种仪器能定型的检测出干燥过程中的水分，并且不能保证传感器的准确性和可靠性，不能完成对过程的精确自动控制。
1.1.2 国外农产品干燥实验自动数据采集与控制的研究发展概况
追溯到上世纪80年代，国外就已经开设计出了具有一定控制能力的粮食干燥过程模型。福布斯设计了两种农产品干燥控制模型，系统是通过含水率的预测值和实测值之差不停地更新干燥速率的信息。刘强设计了粮食横流干燥过程的模型，并设计了基于LabVIEW的模型控制器，并且投入了实际的农业生产，该控制器对水分的控制精度非常高，对水分和温度的较大变化，MPC控制器能进行较高的补偿。海格尔在丹麦时期设计了一个关于滚筒干燥机的动态模型，能够对质量和动量的传递很好的描述，并投入了当地糖厂甜菜渣使用；该模型能有效的预测因操作变量造成的品质的改变，同传统控制方法相比，它的预测更准确，控制能力更出色。Trelea设计的非线性预测和优化控制的算法，对重要干扰和失效的解决更加精确。Dufour设计的线性IMCMPC控制结构能有效结合内模控制器(IMC)和MPC，利用这两个反馈环对在线优化器的模拟误差进行修正。
1.1.3 农产品干燥方法的发展趋势
随着生活的改善，人们对食品的品质也提出了更高的要求。干燥过程对食品和农产品的品质有深远的影响。目前，主要利用的还是热风干燥，但这种方式严重破坏了食品的色泽、维生素和生物活性物质，通常需要采用较昂贵的方法和设备才能得到优质的干燥产品，比如冷冻干燥。现在食品干燥的经济性和产品质量之间还无法做出平衡，如何在保证干燥产品的质量下降低能耗和成本，这是目前最需要处理的难题。
在60年代，开始了对粮食干燥过程的研究，方法比较传统，有反馈控制、自适应控制等；到了70年代，由于计算机技术和人工智能的的快速发展，干燥控制技术得到提高，开始进入智能化的时代，以计算机为基础，粮食干燥过程控制系统引入了人工神经网络、专家系统、模糊控制等技术，控制效果有了很高的改善。人们对干燥控制技术的研究，基于虚拟仪器LabVIEW控制的粮食干燥控制系统正成为国内外学者研究开发的热点。
1.2论文章节安排
本课题采用LabVIEW软件开发平台设计一套农产品干燥实验自动数据采集系统，可以用来连续采集、测量农产品干燥过程中物料的温度、干燥速率、废气温、湿度等参数并进行显示、分析与存盘，同时可以对农产品干燥过程中的温度进行控制。本设计系统主要包括硬件和软件。硬件部分包括数据采集卡，传感器及信号调理电路。软件部分包括：PID控制和程序设计。
本文将分五章来逐一阐述以上各部分内容：
第一章 绪论 本章阐述了农产品干燥实验自动数据采集与控制的研究背景，结合文献综述，介绍了国内外干燥过程控制主要应用的技术以及未来的发展趋势。
第二章 虚拟仪器技术及LabVIEW软件 本章介绍了虚拟仪器的概述，和仪器的构建方案，对LabVIEW的编辑语言做出了详细的介绍，对它的应用程序组成进行了分析，为下文的数据采集系统做出理论的依据。
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