【正文】 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 . 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 水箱恒溫控制系統設計與制作 摘要 ：本文介紹了以 LabVIEW 為核心的溫度控制系統的工作原理和設計方法。此系統適合于工業(yè)控制。目前，我國在這方面總體技術水平處于 20 世紀 80 年代中后期水平。溫度控制在工業(yè)領域應用非常廣泛，由于其具有工況復雜、參數多變、運行慣性大、控制滯后等特點 ,它對控制調節(jié)器要求較高。 3 1 系統方案 水溫控制系統設計任務和要求 該系統為一實驗系統，系統設計任務 ： 設計一個水溫自動控制系統，控制對象為容積 1L 的電熱杯，功率 400W。 ⑶采用適當的控制方法，當設定溫度突變時，減小系統的調節(jié)時間和超調量。 水溫控制系統關鍵部分確定 水溫控制系統是一個過程控制系統，在設計的過程中，必須明確它的 組成部分。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。 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理，要變化單片機所能接收的數字量還必須加一級 AD轉換 ,得到的數字量經過轉換才能得到真實的物理值 ,這些器件在小范圍內是成線性 ,在更大的范圍內是非線性的 ,所以要測量寬范圍的溫度必須加溫度補償電路。 控制主體部分 （ 1）方案一：只采用單片機進行控制，單片機不但要負責溫度的采集，轉換，顯示， 還要負責溫度的控制，單片機的連接和程序的編寫將會很復雜。長期以來國內外科技工作者對溫度控制器進行了廣泛深入的研究，產生了大批溫度控制器，如性能成熟應用廣泛的 PID 調節(jié)器、智能控制 PID 調節(jié)器、自適應控制等。其主要構成如圖 2 所。 比例調節(jié)的作用是使調節(jié)過程趨于穩(wěn)定，但會產生穩(wěn)態(tài)誤差 。 ⑵ 自動控制方式 為了實現溫度的自動控制，必須要組成一定的系統結構。 A T 8 9 S 5 2測 量電 熱 杯計 算 機繼 電 器 圖 3 自動控制框圖 常用的控制算法有以下幾種 ： ① 經典的比例積分微分控制算法。同時由于所得到的數學模型過于復雜難于實現。 7 總體設計框圖 本系統是一個簡單的單回路控制系統。計 算 機（ L a b V I E W ）控 制 、 顯 示 、 監(jiān)控 打 印 曲 線A T 8 9 s 5 2控 制 量溫 度 量D S 1 8 b2 0 采 集溫 度繼 電 器控 制 對 象（ 4 0 0 W 電 熱杯 ） 圖 4 系統結構框圖 2 單元硬件電路設計 由總體框圖可以看到，整個系統的控制中心為計算機，要完成單片機與微機之間數據的收發(fā)要借助于串行通信，而 DS18B20 為單總線結構，控制繼電器也只需一個 I/O 因此本系統中單片機與外界的連線只有四根，所需的 I/O 口為： TXD（ ） ：串行數據發(fā)送口 RXD（ ） ：串行數據接收口 ：控制輸出口 : DS18B20 數據收發(fā)口 測溫部分電路 這里我們用到溫度芯片 DS18B20。 DS18B20 是 DALLAS 公司生產的一線式數字溫度傳感器，具有 3 引腳 TO－ 92 小體積封裝形式；測溫分辨率可達 ℃，被測溫度用符號擴展的 16 位數字量方式串行輸出；其工作電源既可在遠端引入，也可采用寄生電源方式產生；多個 DS18B20 可以并聯到 3 根或 2 根線上， CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。 C范圍內 ,精度為177。適合于惡劣環(huán)境的現場溫度測 量，如：環(huán)境控制、設備或過程控制、測溫類消費電子產品等。 9 圖 6 電熱杯控制電路 由于 4N25 需要一定的驅動電流，需要在輸入端加反向放大 7406，圖 5 中 D2 的作用為保護電路不受強電流的沖擊。 我們采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第5 腳的 GND、第 2 腳的 RXD、第 3 腳的 TXD。 開 始系 統 初 始 化溫 度 采 集串 口 發(fā) 送 溫 度值串 口 接 收 控 制 量根 據 控 制 量 控 制繼 電 器 工 作 圖 系統初始化 系統的初始化主要包括 I/O 口的初始化、定時器的初始化、標志位初始化、存儲單元初始化等。 DS18B20 的編程主要分為以下幾部分： （ 1） 芯片初始化 11 時序見圖 9， 主機總線 t0 時刻發(fā)送一復位脈沖 (最短為 480us 的低電平信號 )。 圖 0 時序 圖 1 時序 （ 3）讀時間隙 見圖 12,主機總線 t0時刻 ,從高拉至低電平時總線只須保持低電平 l7us。采用查詢方式收發(fā)數據。采用定時計數器 0，產生 10ms 的定時中斷，定時中斷計數個數為 200，即 2s，計算機輸出值即為輸出高電平定時中斷個數。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。 圖形化的程序語言，又稱為“ G”語言。使用它進行原理研究、原理、測試實驗研究 時，可以大大提高工作效率。 14 總之，使用 VISA方便用戶在不同的平臺，對不同類型的設備進行開發(fā)、移植及升級測控系統。本設計的前面板比較全面的顯示出系統的運行狀態(tài)。 15 如果初始化沒有問題，就可以使用這個串口進行數據收發(fā)。 在某些特殊情況下，需要設置串口接收 /發(fā)送緩沖區(qū)的大小，此時可以使用 VISA Set I/O Buffer Size；而使用 VISA Flush I/O Buffer 則可以清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)。 ⑵ 測線圈電阻 可用萬能表 R 10Ω檔測量繼電器線圈的阻值，從而判斷該線圈是否存在著開路現象。就這樣測出以 5 攝氏度為一個間隔的穩(wěn)態(tài)值。分別使水溫穩(wěn)定在 40℃、 50℃ 、 60℃、 70℃、 80℃、 90℃觀察系統測量溫度值與實際溫度值，校準系統使測量誤差在 1℃以內。開始記錄數據，觀察超調量、調節(jié)時間和穩(wěn)態(tài)誤差；系統進入穩(wěn)態(tài)后，用電風扇吹涼，觀察系統的抗擾動能力。 ⑶雖然 DS18B20 的測量精度很高，由于是塑料封裝再加上為了防止漏電用硅膠封住管腳及芯片表面，使得傳感器的靈敏度大大降低，在加熱狀態(tài)可能不太明顯，但是溫度發(fā)生比較大變化時就不能 很快反應出溫度的變化。對系統設計的要求為，首先系統要有良好的控制效果；其次系統的構成要簡單實用；實時監(jiān)控系統狀態(tài)參數。在我做畢業(yè)設計，完成畢業(yè)論文的自始至終得到了朱志斌老師的悉心指導和熱情關懷。 在本次畢業(yè)設計中，得到了實驗室等很多老師的悉心教導，得到了同學、室友的熱情幫助和支持，使我能順利完成畢業(yè)設計，我對他們表示衷心感謝！ 最后，感謝所有給我指導、關心、幫助和支持的人們 ! 附錄 1 單片機 源程序 。**************主程序開始 ************ MAIN: MOV SP,60H CLR MARK CLR MARK1 CLR SHUCHU MOV SCON,50H MOV TMOD,21H MOV PCON,80H MOV TH0,0D8H MOV TL0,0EFH MOV TH1,0F3H MOV TL1,0F3H SETB TR1 SETB IT0 SETB EX0 SETB ET0 SETB EA LCALL INIT_18B20 LCALL RE_CONFIG LCALL GET_TEMPER LCALL DELAY ZD2:JNB MARK1,ZD1 SETB TR0 AJMP ZD3 ZD1:CLR ZD3:AJMP ZD2 ZHSF: SETB CLR TR0 JB MARK, PD3 CLR SHUCHU PD3: LCALL READ MOV R6,2 MOV R0,29H MOV R1,30H ZH: MOV A,R0 ANL A,0FH LCALL ASCII MOV R1,A INC R1 MOV A,R0 SWAP A ANL A,0fh LCALL ASCII MOV R1,A DEC R0 INC R1 DJNZ R6,ZH MOV R1,30H CLR TI MOV R6,4 TRAN: MOV A,R1 MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI INC R1 DJNZ R6,TRAN RECEIVE:JNB RI,$ MOV B,SBUF 。延時 SETB DQ MOV R0,25H TSR2: JNB DQ ,TSR3 DJNZ R0,TSR2 TSR3: SETB FLAG1 。********************設定 DS18B20 暫存器設定值 ************** RE_CONFIG: JB FLAG1,RE_CONFIG1 RET RE_CONFIG1: MOV A,0CCH 。報警下限中寫入 00H LCALL WRITE_18B20 MOV A,7FH 。跳過 ROM LCALL WRITE_18B20 MOV A,44H 。發(fā)出讀溫度換命令 LCALL WRITE_18B20 LCALL READ2_18B20 。低位存在 29 H,高位存在 28H MOV R1,29H RE00: MOV R2,8 RE01: CLR C SETB C NOP NOP CLR DQ NOP NOP NOP SETB DQ MOV R3,7 DJNZ R3,$ MOV C,DQ MOV R3,23 DJNZ R3,$ RRC A DJNZ R2,RE01 MOV R1,A DEC R1 DJNZ R4,RE00 RET ASCII:MOV DPTR,TAB1