【正文】 19 附錄 2 LabVIEW 程序框圖 ............................................................................................................ 25 附錄 3單片機系統(tǒng)電路 ................................................................................................................ 27 附錄 4設計實物圖 ....................................................................................................................... 28 文獻綜述 ........................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 河西學院本科生畢業(yè)論文（設計）題目審批表 ................................................... 錯誤 !未定義書簽。 河西學院 物電 系指導教師指導畢業(yè)論文情況登記表 ..................................... 錯誤 !未定義書簽。 河西學院畢業(yè)論文（設計）指導教師評審表 ...................................................... 錯誤 !未定義書簽。 III 任務書 一 . 論文（設計）的主要內(nèi)容 本文介紹了以 LabVIEW 為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。 AT89S52 單片機作為溫度的采集與繼電器的控制器件。 溫度信號 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機，單片機通過串口將數(shù)字信號送到 計算機 ，利用 計算機 強大的運算與處理能力 ,將溫度顯示，并控制繼電器工作。本 文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，經(jīng)測試系統(tǒng)的控制精度高，運行穩(wěn)定。此系統(tǒng)適合于工業(yè)控制。 二 . 論文（設計）的基本要求 該系統(tǒng)為一實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)設計任務： 設計一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為容積 1L 的電熱杯，功率 400W。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設定的溫度基本不變。 系統(tǒng)設計具體要求： ⑴ 溫度設定范圍為 30～ 99℃。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。 ⑶采用適當?shù)目刂品椒?，當設定溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。 ⑷顯示水的實際溫度。 ⑸ 實時打印出水溫曲線。 (6)加熱狀態(tài)顯示和定時加熱。 三 . 論文 (設計 )進度安排 階段 論文（設計）各階段名稱 起止日期 1 論文題目的確定 2 系統(tǒng)硬件方案的確定 3 硬件資料的搜集 4 系統(tǒng)硬件電路的焊接 5 系統(tǒng)軟件電路的設計 IV 6 系統(tǒng)的檢測與調(diào)試 7 論文的撰寫 四 .需 收集 和閱讀 的資料及參考文獻（指導教師指定） 1 LabVIEW 中文資料； 2 單片機串口通信資料； 3 DS18B20 資料以及其溫度的讀寫規(guī)則 4 常用的控制算法資料 5 全國大學生電子設計競賽組委會 . 全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編 . 北京：北京理工大學出版社， 2021 6 何立民 .單片機中級教程 北京：北京航空航天大學出版社， 2021 7 潘新民 .王燕芳 微型計算機控制技術(shù) . 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 開題報告 選題的根據(jù)： 為了達到恒溫的目的，采用產(chǎn)生 PWM 波調(diào)節(jié)功率，進而調(diào)節(jié)水溫，采用串行總線實現(xiàn)計算機與單片機之間的通信，溫度采集采用集成數(shù)字溫度傳感器。溫度是一個普通的過程變量，此設計非常適 合于以計算機為控制主體的工業(yè)控制。 常用的控制算法有： ① 經(jīng)典的比例積分微分控制算法。 ② 根據(jù)動態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化理論得到的自適應控制和最優(yōu)控制方法。 ③ 根據(jù)模糊集合理論得到模糊控制算法。 自適應控制、最優(yōu)控制方法以及模糊控制算法是建立在精確的數(shù)學模型基礎上的，在實時過程控制中，由于控制對象的精確數(shù)學模型難于建立，系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，運用控制理論進行綜合分析要花很大代價，主要是時間。同時由于所得到的數(shù)學模型過于復雜難于實現(xiàn)。在實時控制系統(tǒng)中要求信號的控制信號的給出要及時，所以在目前的過程控制系統(tǒng)中較少 采用自適應控制、最優(yōu)控制方法和模糊控制算法。 本題目可采用分段線性的方法，實現(xiàn)簡單，而且控制效果優(yōu)良 V 主要內(nèi)容及其 主要的研究方法 ： 設計一水箱恒溫控制系統(tǒng)，達到溫度可設置，加熱狀態(tài)可顯示，顯示溫度曲線，小的超調(diào)與短的調(diào)節(jié)時間，為使達到最優(yōu)的控制，采用計算機與單片機共同的控制方法，上位機采用 LabVIEW,下位機為單片機，控制靈活而方便，控制算法采用分段線性的方法。 完成期限和采取的主要措施： 在 2021 年 5 月 30 號之前完成設計的制作和論文的撰寫，為使設計速度加快，主要措施是：首先了解設計的主要原 理，找到相應的資料，多問老師和同學；其次使用 EDA 設計方法，利用 Proteus仿真單片機， Multisim 仿真模擬與數(shù)字電路，這樣會使前期設計時間大大縮短；其次，本設計要制作出實物，就要焊接和調(diào)試，所以就要加強動手能力的培養(yǎng)。 主要參考資料： 1 全國大學生電子設計競賽組委會 . 全國大學生電子設計競賽獲獎作品匯編 . 北京：北京理工大學出版社， 2021 2 何立民 .單片機中級教程 北京 :北京航空航天大學出版社， 2021 3 潘新民 .王燕芳 .微型計算機控制技術(shù) . 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 ，周 建興，矯津毅 LabVIEW 中文版入門與典型實例人民郵電出版社 2021 1 水箱恒溫控制系統(tǒng)設計與制作 摘要 ：本文介紹了以 LabVIEW 為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設計方法。 AT89S52單片機作為溫度的采集與繼電器的控制器件。 溫度信號 由 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號的方式傳送給單片機，單片機通過串口將數(shù)字信號送到 PC，利用 PC 強大的運算與處理能力 ,將溫度顯示，并控制繼電器工作。本 文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，經(jīng)測試系統(tǒng)的控制精度高，運行穩(wěn)定。此系統(tǒng)適合于工業(yè)控制。 關(guān)鍵詞 : LabVIEW； AT89S52； DS18B20； 溫度 控制； VISA Tank temperature control system design and production Abstract: This paper introduces the LabVIEW at the core of the temperature control system theory and design methods. AT89S52 Singlechip as a temperature acquisition and relay control device. DS18B20 temperature signal acquisition and digital signal transmitted to the singlechip, singlechip digital signal through the serial port to the PC, the use of PC puting power and processing capacity, the temperature display and control the work of the relay. This paper described the control system hardware and software of the control system have been tested and high precision, stable operation. This system is suitable for industrial control. Keywords: LabVIEW； AT89S52； DS18B20； temperature control； VISA 2 0 引言 由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應參數(shù)自整定等方面取得成果。 目前，國外溫度控制系統(tǒng)及儀表正朝著高精度智能化、小型化等方面快速發(fā)展。 溫度控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國外的日本、美國、德國等先進國家相比 ，仍然有著較大的差距。目前，我國在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀 80 年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復雜時變溫度系統(tǒng)控制，而且適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。現(xiàn)在，我國在溫度等控制儀表業(yè)與國外還有著一定的差距。 溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量，其中溫度是一個非常重要的過程變量，因為它直接影響燃燒、化學反應、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以 及空氣流動等物理和化學過程。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應用非常廣泛，由于其具有工況復雜、參數(shù)多變、運行慣性大、控制滯后等特點 ,它對控制調(diào)節(jié)器要求較高。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。盡管溫度控制很重要，但是要控制好溫度常常會遇到意想不到的困難。 隨著虛擬儀器的發(fā)展，用計算機控制外部器件變得更加的簡單，虛擬儀器界的權(quán)威的 LabVIEW，用虛擬儀器來控制已經(jīng)運用到實際生產(chǎn)中。 3 1 系統(tǒng)方案 水溫控制系統(tǒng)設計任務和要求 該系統(tǒng)為一實驗系統(tǒng)，系統(tǒng)設計任務 ： 設計一個水溫自動控制系統(tǒng)，控制對象為容積 1L 的電熱杯，功率 400W。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設定，并能在環(huán)境溫度降低時實現(xiàn)自動調(diào)整，以保持設定的溫度基本不變。 系統(tǒng)設計具體要求： ⑴ 溫度設定范圍為 30～ 99℃。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。 ⑶采用適當?shù)目刂品椒?，當設定溫度突變時，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時間和超調(diào)量。 ⑷顯示水的實際溫度。 ⑸ 實時打印出水溫曲線。 (6)加熱狀態(tài)顯示和定時加熱。 水溫控制系統(tǒng)關(guān)鍵部分確定 水溫控制系統(tǒng)是一個過程控制系統(tǒng)，在設計的過程中，必須明確它的 組成部分。過程控制系統(tǒng)的組成部分有：控制器、執(zhí)行器、被控對象和測量變送單元，其框圖如圖 1所示。 圖 1 過程控制組成框圖 由圖可知，在這個系統(tǒng)的設計中，主要設計如圖幾個部分。除此之外，根據(jù)題目要求，還要選取合適的控制算法來達到系統(tǒng)參數(shù)的要求。對于執(zhí)行器件、測量變送元件將在部分電路設計中有說明。在這個部分我主要是對控制器的確定和控制算法的選擇作一個詳細的介紹。因為這兩部分是實現(xiàn)本系統(tǒng)控制目的的關(guān)鍵。它們選取的好壞將直接影響著整個系統(tǒng)實現(xiàn)效果的優(yōu)劣，所以這是一項不容怱視的工作。 溫度采集部分 ⑴ 方案一：采用熱敏電阻，半導體溫度傳感器（如 AD590），鉑電阻等，但是這些 4 器件都是模擬器件，且輸出的都是微弱信號，需要加信號的放大與調(diào)理，要變化單片機所能接收的數(shù)字量還必須加一級 AD轉(zhuǎn)換 ,得到的數(shù)字量經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能得到真實的物理值 ,這些器件在小范圍內(nèi)是成線性 ,在更大的范圍內(nèi)是非線性的 ,所以要測量寬范圍的溫度必須加溫度補償電路。 ⑵ 方案二：采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20,它的電路連接非常簡單，只需一個 I/O 口，且精度非常高， 12 位的轉(zhuǎn)換精度可達到 攝氏度，不需要 AD 轉(zhuǎn)換，讀出的就是真實的溫度值的二進制數(shù)。 將兩個方案一比較便可得出一個結(jié)論，采用 DS18B20 來實現(xiàn)本題目，不管是從電路上結(jié)構(gòu)，溫度的準確性上，都比方案一優(yōu)越，雖然數(shù)字器件的轉(zhuǎn)換時間要比模擬器件的長許多