【正文】 學(xué)框架，使日常生活中的自然語(yǔ)言能直接轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)所能接受的算法語(yǔ)言。 ③系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，尤其適用于時(shí)變、非線性、時(shí)延系統(tǒng)的控制。通常是一類缺乏精確數(shù)學(xué)模型的被控過(guò)程，采用模糊集合的理論，總結(jié)人們對(duì)系統(tǒng)的操作和控制經(jīng)驗(yàn)。具體如何整定，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)有所不同。而且微分控制對(duì)噪聲干擾有放大作用，過(guò)強(qiáng)地調(diào)節(jié)微分項(xiàng)對(duì)系統(tǒng)抗干擾能力不利。微分控制器的輸出和誤差信號(hào)的微分成正比，即，所以PD控制器的輸出有： 微分作用反映的是誤差信號(hào)的變化率，所以對(duì)系統(tǒng)控制具有預(yù)見性，能預(yù)見誤差的變化趨勢(shì)，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零，以達(dá)到消除穩(wěn)態(tài)誤差的目的。提高Kp值可以增加系統(tǒng)的開環(huán)增益，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，還能夠增加系統(tǒng)的快速性；但容易使系統(tǒng)的穩(wěn)定程度變差，振蕩變多。PID控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象測(cè)量裝置期望值輸出反饋 PID控制系統(tǒng)PID顧名思義，就是根據(jù)系統(tǒng)誤差利用比例，微分，積分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制。 PID(Proportional Integral Derivative比例微分積分)控制是控制工程中技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛的一種控制策略，它經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期工程實(shí)踐，已形成了一套完整的控制方法和典型的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)串口采樣輸入信號(hào)，利用LabVIEW中的PID控制算法，求出系統(tǒng)輸出信號(hào)的大小，再由串口將輸出信號(hào)傳輸至外部溫度控制電路，以實(shí)現(xiàn)溫度控制。結(jié)合上NI為工業(yè)控制而開發(fā)的PID和模糊邏輯控制包，可以輕松地實(shí)現(xiàn)PID或模糊控制。軟件選擇包括下位機(jī)程序的編譯軟件和上位機(jī)的編程軟件。通信部分，由于溫度變化并不是一個(gè)很快的過(guò)程，所以并不需要很高的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送速度。GTJ242A系列產(chǎn)品用于可編程序控制，各種自動(dòng)化控制裝置及計(jì)算機(jī)輸出控制接口等；用于各種需雙路控制的場(chǎng)合。 DS18B20引腳功能： C ~+125176。 ?? 最高12位分辨率。由于其測(cè)溫分辨率較高(12位)，因此對(duì)時(shí)序及電特性參數(shù)要求較高，必須嚴(yán)格按照時(shí)序要求操作。數(shù)字式溫度傳感器DS18B20是美國(guó)DALLAS公司推出的一種可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，采用1wire總線接口，測(cè)溫范圍為55℃—+125℃，精度可達(dá)0．067 5℃ ，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為200ms 。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實(shí)時(shí)控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個(gè)領(lǐng)域，它與51單片機(jī)、PIC單片機(jī)相比具有一系列的優(yōu)點(diǎn)：(1)在相同的系統(tǒng)時(shí)鐘下AVR運(yùn)行速度最快；(2) 芯片內(nèi)部的Flsah、EEPROM、SRAM容量較大；(3)所有型號(hào)的Flash、EEPROM都可以反復(fù)燒寫、全部支持在線編程燒寫(ISP)；(4)多種頻率的內(nèi)部RC振蕩器、上電自動(dòng)復(fù)位、看門狗、啟動(dòng)延時(shí)等功能，零外圍電路也可以工作；(5)每個(gè)IO口都可以以推換驅(qū)動(dòng)的方式輸出高、低電平，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)；(6)內(nèi)部資源豐富，一般都集成AD、DA模數(shù)器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、豐富的中斷源等。在下位機(jī)控制器上，由于需要采用PWM技術(shù)對(duì)加熱裝置進(jìn)行控制，而傳統(tǒng)的51系列單片由于其內(nèi)部并不具有專門的PWM模塊，當(dāng)從上位機(jī)發(fā)送控制數(shù)據(jù)時(shí)，就必須采取中斷才能執(zhí)行這個(gè)過(guò)程。然后在上位機(jī)中進(jìn)行處理和顯示，通過(guò)PID或者模糊算法，計(jì)算出要輸出的控制量，再由串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機(jī)，交由下位機(jī)處理。（4）使用LabVIEW編寫PID控制程序，能實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的比較準(zhǔn)確的控制。最后將談一下自己的系統(tǒng)制作和調(diào)試過(guò)程中的一些問題和解決方法。 論文各章節(jié)的安排 在本論文中，作者將先在第二章中介紹一下本設(shè)計(jì)中所使用的一些基本原理和器件的一些知識(shí)，然后提出自己的軟硬件設(shè)計(jì)方案的思路。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。LabVIEW是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件，利用他可以方便的建立自己的虛擬儀器。虛擬儀器用各種圖標(biāo)或控件來(lái)虛擬傳統(tǒng)儀器面板上的各種器件。此后，虛擬儀器產(chǎn)品的陸續(xù)飛速增加。第三代智能要求智能儀器內(nèi)置微處理器，既能進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，又具有一定的數(shù)據(jù)處理，可取代部分腦力勞動(dòng)，習(xí)慣上稱為智能儀器。電子儀器發(fā)展至今，大體可分為四代：模擬儀器、數(shù)字儀器、智能儀器和虛擬儀器。由于虛擬儀器的開放性，用戶可以方便地修改測(cè)試方案，構(gòu)成各種專用儀器。虛擬儀器作為一種新型的儀器種類，具有以下特點(diǎn)：(1)強(qiáng)調(diào)“軟件即儀器”的概念，軟件充當(dāng)了儀器中相當(dāng)重要的且以往由硬件充當(dāng)?shù)慕巧?。虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為核心，充分利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面和數(shù)據(jù)處理能力，提供對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和顯示功能。盡管如此，傳統(tǒng)儀器還是沒有擺脫獨(dú)立使用和受同操作的模式，在較為復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)合或測(cè)試參加較多的情況下，使用起來(lái)就不太方便。傳統(tǒng)儀器的功能都是通過(guò)硬件電路或固化軟件實(shí)現(xiàn)的，而且由儀器生產(chǎn)廠家給定，其功能和規(guī)模一般都是固定的，用戶無(wú)法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。、發(fā)展傳統(tǒng)儀器一般是一臺(tái)獨(dú)立的裝置，從外觀上看，它是一般由操作面板、信號(hào)輸入端口、檢測(cè)結(jié)果輸出這幾個(gè)部分組成。從傳統(tǒng)儀器的轉(zhuǎn)變，為用戶帶來(lái)了更多的實(shí)際利益。虛擬儀器的硬、軟件具有開放性、模塊化、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)，用戶可根據(jù)自己上的需要，選用不同廠家的標(biāo)準(zhǔn)接口產(chǎn)品，使儀器的開發(fā)更為高效，縮短儀器組建、開發(fā)時(shí)間。(2)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和接口技術(shù)。虛擬儀器有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)利用了計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源。在對(duì)大規(guī)模、集成化、智能化及數(shù)字電子儀器需求愈加迫切的形勢(shì)下，計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合，產(chǎn)生了具有里程碑意義的新一代儀器——虛擬儀器。它的出現(xiàn)使企業(yè)家們看到了降低成本的希望。 虛擬儀器應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境主要有兩種=一種是基于傳統(tǒng)的文本語(yǔ)言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有l(wèi)ab windows/cvi、.visual basidc=vc++等：一種是基于圖形化語(yǔ)言的軟件開發(fā)環(huán)境，常用的有LabVIEW和hp vee。當(dāng)今，在VXI為主的體系結(jié)構(gòu)中，有時(shí)也采用GPIB作為輔助，這樣可以充分利用本單位儀器資源，或稱補(bǔ)VXI儀器模塊的不足。 與傳統(tǒng)的儀器不同，虛擬儀器（virtual instrument）是基于計(jì)算機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)的模塊化系統(tǒng)，通常它是由控制模塊、儀器模塊和軟件組成，在虛擬儀器中軟件是至關(guān)重要的，儀器的功能都要通過(guò)它來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此軟件是虛擬儀器的核心，“軟件就是儀器”，從本質(zhì)上反映了虛擬儀器的特征。虛擬儀器通過(guò)軟件開發(fā)平臺(tái)將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)及分析處理,并通過(guò)交互式圖形界面實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和顯示測(cè)量數(shù)據(jù)，并使用框圖模塊指定各種功能。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。人們?cè)鵀闇y(cè)量?jī)x器從模擬化、數(shù)字化到智能化的進(jìn)步而欣喜，也為自動(dòng)測(cè)試技術(shù)的日新月異的發(fā)展所鼓舞，當(dāng)今虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)又使得測(cè)量?jī)x器進(jìn)步入了高科技的殿堂。其優(yōu)點(diǎn)是用戶可以充分利用自己的計(jì)算機(jī)和儀器資源，且組建方便靈活、操作簡(jiǎn)單，曾是國(guó)際流行的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。 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(guó)情的一種體系結(jié)構(gòu)。而虛擬儀器技術(shù)憑借著其開發(fā)容易、開發(fā)成本低、開發(fā)周期短等明顯的優(yōu)點(diǎn)，漸漸地在工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域嶄露頭角。虛擬儀器通過(guò)軟件開發(fā)平臺(tái)將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融為一體，把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)及分析處理。其基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口和測(cè)試儀器等。圖形用戶界面（GUI）技術(shù)的應(yīng)用，真正的做到界面友好、人機(jī)交互。(3)基于計(jì)算機(jī)的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)。這種靈活性在由供應(yīng)商定義、功能固定、獨(dú)立的傳統(tǒng)儀器是達(dá)不到的。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場(chǎng)革命，代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流，是信息技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，必將對(duì)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生不可估量的影響。從功能方面分析，傳統(tǒng)儀器可分為信號(hào)的采集與控制、信號(hào)的分析與處理、結(jié)果的表達(dá)與輸出這幾個(gè)部分。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了數(shù)字化儀器和智能儀器。所謂虛擬儀器，就是在通用的計(jì)算機(jī)平臺(tái)上定義和設(shè)計(jì)儀器的功能，用戶操作計(jì)算機(jī)的同時(shí)就是在使用一臺(tái)專門的電子儀器。表 為傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器的比較一覽表。(4)儀器自定義，科研和工程人員自己設(shè)計(jì)自己的儀器。虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以對(duì)測(cè)試方案進(jìn)行編程；而且數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)在軟件之間的交換等，都使系統(tǒng)組建變得靈活；計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)、打印和網(wǎng)絡(luò)化等功能也進(jìn)一步增進(jìn)了虛擬儀器的功能。這類儀器將模擬信號(hào)的測(cè)量轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)的測(cè)量，并以數(shù)字方式輸出最終結(jié)果，實(shí)用于快速響應(yīng)和較高準(zhǔn)確度的測(cè)量。從1988年開始，陸續(xù)有虛擬儀器產(chǎn)品面市。虛擬儀器的功能模塊如圖所示。LabVIEW不僅提供了與遵從GPIB，VXI，RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，還布置了支持TCP/IP，ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)，而且圖形化的編程界面使編程過(guò)程變得生動(dòng)有趣。LabVIEW盡可能利用工程技術(shù)人員所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因而它是一種面向最終用戶的開發(fā)工具，可以增強(qiáng)工程人員構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。像其他軟件一樣，LabVIEW提供了Windows，UNIX，Linux和Macintosh等多種版本。在第五章和第六章中，將分別就自己的硬軟件設(shè)計(jì)方案提出論述。（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(lái)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。由下位機(jī)把單線式溫度傳感器DS18B20測(cè)量到的溫度，通過(guò)串口發(fā)送到的由LabVIEW構(gòu)建的上位機(jī)去。 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(cè)溫部分、通信部分、程序下載部分。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(jiǎn)指令集高速8位單片機(jī)。測(cè)溫部分，本設(shè)計(jì)采用美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的一線式溫度傳感器DS18B20。系統(tǒng)中DS18B20采用外接電源方式，VDD端用3V～5．5V電源供電。 ?? 先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信。 ?? 檢測(cè)溫度范圍為–55176。F) ?? 內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能。VDD 電源電壓 DS18B20功率控制部分，本設(shè)計(jì)采用無(wú)錫天豪公司生產(chǎn)的GTJ242A固態(tài)繼電器。相對(duì)于隨機(jī)型的固態(tài)繼電器，使用過(guò)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。在本設(shè)計(jì)中采用美國(guó)MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。上位機(jī)方面，本設(shè)計(jì)采用目前NI最新的LabVIEW 。利用傳感器獲取溫度信號(hào)，再由單片機(jī)組成的小系統(tǒng)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集、處理和轉(zhuǎn)換，然后通過(guò)RS232串口將數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī)．并通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行的LabVIEW程序來(lái)分析處理輸入數(shù)據(jù)．最終由計(jì)算機(jī)顯示結(jié)果?？刂破髋c被控對(duì)象以閉環(huán)的形式構(gòu)成系統(tǒng)，以幫助整個(gè)系統(tǒng)的輸出滿足給定的性能指標(biāo)，而控制器運(yùn)用的控制規(guī)律多種多樣。因此當(dāng)不能完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象，或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，就是PID的用武之地。比例控制器通過(guò)改變比例放大系數(shù)Kp調(diào)節(jié)輸出，對(duì)誤差的反應(yīng)很快，但是其輸出與期望值之間總是存在一個(gè)穩(wěn)態(tài)誤差，必須使用手動(dòng)復(fù)位來(lái)消除，在實(shí)際運(yùn)用中很不方便。積分控制器的輸出與誤差信號(hào)的積分成正比，即 ，所以PI控制器的輸出有： 積分項(xiàng)對(duì)誤差進(jìn)行積分，隨著時(shí)間的增加積分項(xiàng)增大，只要誤差還存在，就會(huì)不斷輸出。D控制（微分控制） 積分控制的動(dòng)態(tài)性能不好，而微分項(xiàng)恰好可以彌補(bǔ)這點(diǎn)。微分控制在實(shí)際運(yùn)用中經(jīng)常用來(lái)抵消積分控制產(chǎn)生的不穩(wěn)定趨勢(shì)，但因其反應(yīng)的是誤差的變化率，所以僅對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程作用，通常不單獨(dú)使用。對(duì)于PID控制器，輸出為：PID控制實(shí)際就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)Kp，Ti，Td這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定，以得到合適的輸出值對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。(2)模糊控制 模糊控制是以模糊集合論、模糊語(yǔ)言變量和模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的一種計(jì)算機(jī)數(shù)字控制。 ②模糊控制是一種語(yǔ)言變量控制器，其控制規(guī)律只用語(yǔ)言變量的形式定性地表達(dá)，不用傳遞函數(shù)與狀態(tài)方程，只要對(duì)人們的控制經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)，進(jìn)而從中提煉出規(guī)則，直接給出語(yǔ)言變量，再應(yīng)用推理方程進(jìn)行觀察與控制。其中P=Posive，B=Big，M=Medium，S=Small，O=Zero，N=Negative。所有隸屬度均滿足下列要求，即 ，表示 隸屬于 ； ，則表示 不屬于 。模糊控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對(duì)象測(cè)量裝置期望值輸出—— 模糊控制系統(tǒng)3 LabVIEW集成開發(fā)環(huán)境使用LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編制的程序稱為虛擬儀器程序，簡(jiǎn)稱為VI。控制和顯示是用各種各樣的圖標(biāo)形式出現(xiàn)在前面板，具體表現(xiàn)為旋鈕、開關(guān)、圖形、圖標(biāo)以及其他的控制（Control）和顯示（Indicator）對(duì)象等，這使得用戶界面更加直觀易懂。 LabVIEW有三類端口：前面板對(duì)象端口、全局變量與局部變量端口和常量端口。連線用于代表程序執(zhí)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)流，它類似于文本程序的變量，數(shù)據(jù)是單向流動(dòng)的。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言（如C語(yǔ)言）中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在LabVIEW中被并行機(jī)制所代替。對(duì)儀器的驅(qū)