【正文】 有必要了解DS18B20的內(nèi)部存儲(chǔ)器資源。 圖41 主控部分 DS18B20測溫部分 （如圖42），可是由于Atmega16中的數(shù)據(jù)腳上已經(jīng)有了內(nèi)部的上拉電阻，我們就不需要在外部再加。在上位機(jī)發(fā)回控制信息后，單片機(jī)將收到的信息按照一定的規(guī)則處理后，將其送入功率控制設(shè)備。 圖37 Fuzzy Set Editor 圖38 Rulebase Editor.fc文件使用工具包Fuzzy Logic中的Load Fuzzy ，該VI加載后將數(shù)據(jù)傳送到Fuzzy 。圖35 Fuzzy Logic工具包：打開一個(gè)新的VI，在任務(wù)欄依次點(diǎn)擊Tools——Control Design and Simulation——Fuzzy Logic Controller Design…，接著在彈出的 Fuzzy Logic Controller Design（如圖36）對話框的狀態(tài)欄上點(diǎn)擊File——New。安裝完成后打開一個(gè)新的VI，右擊程序框圖，在Functions Palette上選擇Control Designamp。PID Gain ，并給出條件，執(zhí)行時(shí)當(dāng)輸入信號達(dá)到條件，便使用對應(yīng)的一組參數(shù)給入到PID控制器的PID Gains上。PID （如圖33）是為需要自整定的PID系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，在給出一些基本要求后，具有自整定的功能。安裝完成后打開一個(gè)新的VI，右擊程序框圖，在“函數(shù)”面板上選擇“控制設(shè)計(jì)與仿真”，即可看到PID工具包，該工具包由10個(gè)VI組成（如圖31）。設(shè)置VISA resource name指定的串口的輸入輸出緩沖區(qū)大小查詢VISA resource name指定的串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)將VISA resource name指定的串口接收緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)讀取指定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中初始化VISA resource name指定的串口通訊參數(shù) VISA 本身不提供儀器編程功能。對于非NI公司生產(chǎn)的上述I/O接口儀器設(shè)備，可用Instrument I/O子模板上提供的VISA圖標(biāo)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 VISA：虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)（Virtual Instrument Standard Architecture），NI公司研發(fā)的一種驅(qū)動(dòng)軟件體系結(jié)構(gòu)。也許還會(huì)看到其他一些標(biāo)準(zhǔn)如RS48RS422和RS432。LXI協(xié)會(huì)給予工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)，為小型和中型系統(tǒng)提供模塊化、靈活性和性能的儀器平臺(tái)建議標(biāo)準(zhǔn)。有時(shí)候成為HPIB（HewlettPackard Interface Bus）和IEEE （Institute of Electronic Engineer standard ），它幾乎是任何儀器與計(jì)算機(jī)通信的世界標(biāo)準(zhǔn)。 LabVIEW中的儀器控制和驅(qū)動(dòng) 虛擬儀器是儀器的未來，但在工作臺(tái)上還有很多非虛擬儀器，毫無疑問需要用LabVIEW控制他們。諾依曼式計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。 圖框被用來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化控制命令，例如循環(huán)控制、順序控制以及條件分支等；此外還有MATLAB腳本、HiQ腳本以及調(diào)用C語言編程的CIN節(jié)點(diǎn)等。在流程圖中隊(duì)VI進(jìn)行編程，以實(shí)現(xiàn)程序的輸入和輸出功能流程圖由端口、節(jié)點(diǎn)、圖框和連線構(gòu)成。 LabVIEW前臺(tái)顯示面板與后臺(tái)控制面板 LabVIEW前臺(tái)顯示面板 程序前面板是圖形用戶界面，這一界面上有用戶輸入控制和輸出顯示兩類對象，用于模擬真實(shí)儀表的前面板。模糊子集 不僅可用隸屬度 來描述，也可用模糊向量（即隸屬度向量）來表示，即下圖25為模糊控制系統(tǒng)原理框圖。表示某一個(gè)元素與模糊子集的關(guān)系（即隸屬度），并用 或 表示。模糊控制的理論基礎(chǔ)是模糊集合理論，模糊集合是一種介于嚴(yán)格變量與定性間的數(shù)學(xué)表達(dá)形式，例如變量的數(shù)值分為正大（PL）、正中（PM）、正?。≒S）、零（O）、負(fù)小（NS）、負(fù)中（NM）、負(fù)大（NB）等。模糊控制同常規(guī)的控制方案相比，主要特點(diǎn)有：①模糊控制只要求掌握現(xiàn)場操作人員或有關(guān)專家的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)或操作數(shù)據(jù)， 不需要建立過程的數(shù)學(xué)模型，所以適用于不易獲得精確數(shù)學(xué)模型的被控過程，或其結(jié)構(gòu)參數(shù)不很清楚等場合。在和計(jì)算機(jī)這樣的數(shù)字控制器結(jié)合后，還出現(xiàn)了數(shù)字PID的設(shè)計(jì)方法，不過具體原理還是遵循于傳統(tǒng)。 實(shí)際運(yùn)用中，有時(shí)也不需要用到全部的三個(gè)部分，只有比例控制單元是必不可少的。所以如果微分時(shí)間選擇合適，可以減少超調(diào)和系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能大大提高。但是對時(shí)間的積分必將影響系統(tǒng)的快速動(dòng)態(tài)性能，對于一些系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)超調(diào)過大的現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至引起系統(tǒng)崩潰。 Kpε(t)誤差圖24 比例控制I控制（積分控制） 由于P控制存在穩(wěn)態(tài)誤差需要手動(dòng)復(fù)位，人們發(fā)現(xiàn)可以通過引入一個(gè)積分項(xiàng)來消除穩(wěn)態(tài)誤差。P控制（比例控制） 如果控制器的輸出僅僅與誤差成正比關(guān)系，即u(t)= Kpε(t)，便構(gòu)成了一個(gè)比例控制器（如圖24），可見比例控制器實(shí)際上是一個(gè)增益可調(diào)的放大器。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全被掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。利用傳感器獲取溫度信號，再由單片機(jī)組成的小系統(tǒng)對溫度信號進(jìn)行采集、處理和轉(zhuǎn)換，然后通過RS232串口將數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī)．并通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行的LabVIEW程序來分析處理輸入數(shù)據(jù)．最終由計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果。上位機(jī)方面，本設(shè)計(jì)采用目前NI最新的LabVIEW 。在本設(shè)計(jì)中采用美國MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。相對于隨機(jī)型的固態(tài)繼電器，使用過零型的固態(tài)繼電器可以使本設(shè)計(jì)比較方便地控制固態(tài)繼電器中雙向晶閘管的導(dǎo)通周期數(shù)，從而控制加熱元件的工作時(shí)間。DQ 單數(shù)據(jù)總線 C ??可選擇寄生工作方式。最高12位分辨率。全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。系統(tǒng)中DS18B20采用外接電源方式，VDD端用3V～5．5V電源供電。測溫部分，本設(shè)計(jì)采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的一線式溫度傳感器DS18B20（如圖21）。AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機(jī)。 硬件及軟件的選擇 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要分為四個(gè)部分：主控部分、DS18B20測溫部分、通信部分、程序下載部分。由下位機(jī)把單線式溫度傳感器DS18B20測量到的溫度，通過串口發(fā)送到的由LabVIEW構(gòu)建的上位機(jī)去。 （3）用LabVIEW編寫上位機(jī)的程序，使其能夠接受下位機(jī)發(fā)送來的溫度信息數(shù)據(jù)，并作出處理想，同時(shí)顯示在PC屏幕上。LabVIEW是真正的32位編譯器。使用這種語編程時(shí)，基本上不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖。傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的比較傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器廠商定義用戶自己定義硬件是關(guān)鍵軟件是關(guān)鍵儀器的功能、規(guī)模均已固定系統(tǒng)功能和規(guī)?？赏ㄟ^軟件修改和增減封閉的系統(tǒng)，與其它設(shè)備連接受限制基于計(jì)算機(jī)的開放系統(tǒng)，可方便地同外設(shè)、網(wǎng)絡(luò)及其它相應(yīng)設(shè)備連接價(jià)格昂貴價(jià)格低，可重復(fù)利用技術(shù)更新慢技術(shù)更新快開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用高軟件結(jié)構(gòu)可大大節(jié)省開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用多為實(shí)驗(yàn)室擁有個(gè)人可擁有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室 圖形化編程語言LabVIEW的簡介LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)是一種圖形化的編程語言和開發(fā)環(huán)境，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接收，被公認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。虛擬儀器的功能模塊如圖11所示。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器硬件、數(shù)據(jù)分析處理、軟件、通信軟件極圖形用戶界面的又效結(jié)合，具有傳統(tǒng)儀器所具備的信號采集、信號處理分析、信號輸出等功能。 虛擬儀器簡介 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和現(xiàn)代測量技術(shù)的迅速發(fā)展，一種新型的先進(jìn)儀器——虛擬儀器成為當(dāng)前系統(tǒng)研究的熱點(diǎn)。 課題背景 隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)的迅速擴(kuò)張，政府和企業(yè)家們花在設(shè)備上的投入越來越多，這筆巨大的開銷，極大地限制了企業(yè)的資金，從而制約著企業(yè)的發(fā)展。 PXI體系結(jié)構(gòu)是以PCI總線為基礎(chǔ)的體系結(jié)構(gòu)，由于其總線吞吐率高、硬件的價(jià)格較低被業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為是符合國情的一種體系結(jié)構(gòu)。 GPIB體系結(jié)構(gòu)是通過GPIB總線將具有GPIB接口的計(jì)算機(jī)和儀器集成的測試系統(tǒng)。河南師范大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 目 錄1 緒 論 1 課題背景 1 虛擬儀器簡介 2 圖形化編程語言LabVIEW的簡介 3 本論文任務(wù) 32 溫度控制設(shè)計(jì)方案 5 硬件及軟件的選擇 5 5 6 硬件及軟件設(shè)計(jì)方案 7 7 73 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境以及PID和模糊控制模塊簡介 11 LabVIEW前臺(tái)顯示面板與后臺(tái)控制面板 11 LabVIEW前臺(tái)顯示面板 11 LabVIEW后臺(tái)控制面板 11 LabVIEW程序執(zhí)行流程 11 LabVIEW中的儀器控制和驅(qū)動(dòng) 11 12 LabVIEW支持的GPIB、VXI、標(biāo)準(zhǔn)串口I/O儀器的驅(qū)動(dòng) 12 VISA簡介 12 PID控制模塊簡介 13 模糊控制模塊簡介 154 以單片機(jī)為核心的下位機(jī)的設(shè)計(jì) 17 下位機(jī)設(shè)計(jì)方案 17 17 17 DS18B20測溫部分 17 18 18 下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì) 18 19 20 205 基于PC的上位機(jī)編程設(shè)計(jì) 23 方案設(shè)計(jì)與選擇 23 上位機(jī)各模塊設(shè)計(jì) 23 23 23 PID控制部分設(shè)計(jì) 246 總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26謝 辭 27附 錄 281 緒 論現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，沖擊著國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，也引起了測量儀器和測試技術(shù)的巨大變革。 從構(gòu)成方式上講，虛擬儀器可分為四大類：GPIB體系結(jié)構(gòu)、PCDAQ體系結(jié)構(gòu)、VXI體系結(jié)構(gòu)和PXI體系結(jié)構(gòu)。pib和vem總線的優(yōu)點(diǎn)，它集成的系統(tǒng)硬件集成度高、數(shù)據(jù)傳輸率快、便攜性好，是當(dāng)今倍受業(yè)界關(guān)注的體系結(jié)構(gòu)。其中圖形化軟件開發(fā)系統(tǒng)是用工程人員所熟悉的術(shù)語和圖形化符號代替常規(guī)的文本語言編程，界面友好，操作簡便，可大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期，深受專業(yè)人員的青睞。本設(shè)計(jì)將就虛擬儀器怎樣用在工業(yè)測控中進(jìn)行一番簡單的探討。虛擬儀器的出現(xiàn)開辟了儀器技術(shù)的新紀(jì)元，它是多門技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其基本思想逐步代替儀器完成某些功能，如數(shù)據(jù)的采集、分析、顯示和存儲(chǔ)等，最終達(dá)到取代傳統(tǒng)電子儀器的目的。虛擬儀器同樣劃分為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析與處理、結(jié)果表達(dá)三大功機(jī)資源和儀器硬件的測試能力結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)了儀器功能的運(yùn)作。如下是虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較表，直觀的反應(yīng)了傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器各自的性能特點(diǎn)。以LabVIEW為代表的圖形化編程語言，又稱為“G”語言。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件。 （2）通過某種通信協(xié)議，將采集到的溫度送往上位機(jī)進(jìn)行顯示和處理。 上位機(jī)界面 硬件實(shí)物圖41 2 溫度控制設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)采用LabVIEW和AVR單片機(jī)組成系統(tǒng)的主要模塊。固態(tài)繼電器的交流端就會(huì)因?yàn)橥〝喽刂扑嚯娮韫ぷ髋c否，以此達(dá)到控制溫度的目的。所以，本設(shè)計(jì)選擇Atmel公司生產(chǎn)的ATMega16八位高性能微處理器。其中C編譯器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C語言編譯器由于它具有功能強(qiáng)大、 運(yùn)用靈活、代碼小、運(yùn)行速度快等先天性的優(yōu)點(diǎn)，使得它在專業(yè)程序設(shè)計(jì)上具有不可代替的地位。DS18B20與單片機(jī)的接口簡單，只需將信號線與單片機(jī)的一位雙向端口相連即可 。 DS18B20的主要特征： ?? ?? ??C ~+125176。GND 電壓地 該固態(tài)繼電器為過零型繼電器，在電流過零時(shí)導(dǎo)通，過零時(shí)關(guān)斷。由于單片機(jī)的工作電平TTL電平，它要與計(jì)算機(jī)上的串口進(jìn)行通信，就必須轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的計(jì)算機(jī)串口電平，也就是RS232電平。這是因?yàn)槭忻嫔?大陸)的教科書使用ICC AVR作為例程的較多，集成代碼生