【正文】 19 附錄 2 LabVIEW 程序框圖 ............................................................................................................ 25 附錄 3單片機(jī)系統(tǒng)電路 ................................................................................................................ 27 附錄 4設(shè)計(jì)實(shí)物圖 ....................................................................................................................... 28 文獻(xiàn)綜述 ........................................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目審批表 ................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 河西學(xué)院 物電 系指導(dǎo)教師指導(dǎo)畢業(yè)論文情況登記表 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 河西學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)教師評(píng)審表 ...................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 III 任務(wù)書 一 . 論文（設(shè)計(jì)）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(shè)計(jì)方法。 AT89S52 單片機(jī)作為溫度的采集與繼電器的控制器件。 溫度信號(hào) DS18B20 采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過串口將數(shù)字信號(hào)送到 計(jì)算機(jī) ，利用 計(jì)算機(jī) 強(qiáng)大的運(yùn)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(cè)試系統(tǒng)的控制精度高，運(yùn)行穩(wěn)定。此系統(tǒng)適合于工業(yè)控制。 二 . 論文（設(shè)計(jì)）的基本要求 該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)： 設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)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(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求： ⑴ 溫度設(shè)定范圍為 30～ 99℃。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。 ⑶采用適當(dāng)?shù)目刂品椒?，?dāng)設(shè)定溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。 ⑷顯示水的實(shí)際溫度。 ⑸ 實(shí)時(shí)打印出水溫曲線。 (6)加熱狀態(tài)顯示和定時(shí)加熱。 三 . 論文 (設(shè)計(jì) )進(jìn)度安排 階段 論文（設(shè)計(jì)）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(shè)計(jì) IV 6 系統(tǒng)的檢測(cè)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(xiàn)（指導(dǎo)教師指定） 1 LabVIEW 中文資料； 2 單片機(jī)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(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì) . 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編 . 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2021 6 何立民 .單片機(jī)中級(jí)教程 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 7 潘新民 .王燕芳 微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) . 北京：電子工業(yè)出版社， 2021 開題報(bào)告 選題的根據(jù)： 為了達(dá)到恒溫的目的，采用產(chǎn)生 PWM 波調(diào)節(jié)功率，進(jìn)而調(diào)節(jié)水溫，采用串行總線實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)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(gè)普通的過程變量，此設(shè)計(jì)非常適 合于以計(jì)算機(jī)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化理論得到的自適應(yīng)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(yīng)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(xué)模型基礎(chǔ)上的，在實(shí)時(shí)過程控制中，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難于建立，系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用控制理論進(jìn)行綜合分析要花很大代價(jià)，主要是時(shí)間。同時(shí)由于所得到的數(shù)學(xué)模型過于復(fù)雜難于實(shí)現(xiàn)。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中要求信號(hào)的控制信號(hào)的給出要及時(shí)，所以在目前的過程控制系統(tǒng)中較少 采用自適應(yīng)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)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(shè)計(jì)一水箱恒溫控制系統(tǒng)，達(dá)到溫度可設(shè)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(shí)間，為使達(dá)到最優(yōu)的控制，采用計(jì)算機(jī)與單片機(jī)共同的控制方法，上位機(jī)采用 LabVIEW,下位機(jī)為單片機(jī)，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(hào)之前完成設(shè)計(jì)的制作和論文的撰寫，為使設(shè)計(jì)速度加快，主要措施是：首先了解設(shè)計(jì)的主要原 理，找到相應(yīng)的資料，多問老師和同學(xué)；其次使用 EDA 設(shè)計(jì)方法，利用 Proteus仿真單片機(jī)， Multisim 仿真模擬與數(shù)字電路，這樣會(huì)使前期設(shè)計(jì)時(shí)間大大縮短；其次，本設(shè)計(jì)要制作出實(shí)物，就要焊接和調(diào)試，所以就要加強(qiáng)動(dòng)手能力的培養(yǎng)。 主要參考資料： 1 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì) . 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品匯編 . 北京：北京理工大學(xué)出版社， 2021 2 何立民 .單片機(jī)中級(jí)教程 北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 3 潘新民 .王燕芳 .微型計(jì)算機(jī)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(shí)例人民郵電出版社 2021 1 水箱恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方法。 AT89S52單片機(jī)作為溫度的采集與繼電器的控制器件。 溫度信號(hào) 由 DS18B20 采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過串口將數(shù)字信號(hào)送到 PC，利用 PC 強(qiáng)大的運(yùn)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(cè)試系統(tǒng)的控制精度高，運(yùn)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(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。 目前，國(guó)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(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)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(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比 ，仍然有著較大的差距。目前，我國(guó)在這方面總體技術(shù)水平處于 20 世紀(jì) 80 年代中后期水平。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少?，F(xiàn)在，我國(guó)在溫度等控制儀表業(yè)與國(guó)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(gè)非常重要的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以 及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn) ,它對(duì)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(huì)遇到意想不到的困難。 隨著虛擬儀器的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)控制外部器件變得更加的簡(jiǎn)單，虛擬儀器界的權(quán)威的 LabVIEW，用虛擬儀器來控制已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。 3 1 系統(tǒng)方案 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 該系統(tǒng)為一實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù) ： 設(shè)計(jì)一個(gè)水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制對(duì)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(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求： ⑴ 溫度設(shè)定范圍為 30～ 99℃。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。 ⑶采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ?dāng)設(shè)定溫度突變時(shí)，減小系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間和超調(diào)量。 ⑷顯示水的實(shí)際溫度。 ⑸ 實(shí)時(shí)打印出水溫曲線。 (6)加熱狀態(tài)顯示和定時(shí)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(gè)過程控制系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)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(duì)象和測(cè)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(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，主要設(shè)計(jì)如圖幾個(gè)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(dá)到系統(tǒng)參數(shù)的要求。對(duì)于執(zhí)行器件、測(cè)量變送元件將在部分電路設(shè)計(jì)中有說明。在這個(gè)部分我主要是對(duì)控制器的確定和控制算法的選擇作一個(gè)詳細(xì)的介紹。因?yàn)檫@兩部分是實(shí)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(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果的優(yōu)劣，所以這是一項(xiàng)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(dǎo)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(hào)，需要加信號(hào)的放大與調(diào)理，要變化單片機(jī)所能接收的數(shù)字量還必須加一級(jí) AD轉(zhuǎn)換 ,得到的數(shù)字量經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能得到真實(shí)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(cè)量寬范圍的溫度必須加溫度補(bǔ)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(jiǎn)單，只需一個(gè) I/O 口，且精度非常高， 12 位的轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到 攝氏度，不需要 AD 轉(zhuǎn)換，讀出的就是真實(shí)的溫度值的二進(jìn)制數(shù)。 將兩個(gè)方案一比較便可得出一個(gè)結(jié)論，采用 DS18B20 來實(shí)現(xiàn)本題目，不管是從電路上結(jié)構(gòu)，溫度的準(zhǔn)確性上，都比方案一優(yōu)越，雖然數(shù)字器件的轉(zhuǎn)換時(shí)間要比模擬器件的長(zhǎng)許多