【文章內(nèi)容簡介】 ment I/O—Instrument Drivers子模板中。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。利用這些儀器驅(qū)動器，用戶可以很容易地控制各種儀器，并將主要精力放在儀器功能的實現(xiàn)上，而不必關(guān)心具體的編程細(xì)節(jié)，這一點是LabVIEW強大功能的體現(xiàn)。 VISA簡介 VISA是NI公司發(fā)布的為統(tǒng)一軟件標(biāo)準(zhǔn)的驅(qū)動軟件體系結(jié)構(gòu)。它是與驅(qū)動軟件通信的LabVIEW 儀器驅(qū)動VI 中的底層函數(shù)。 VISA 本身不提供儀器編程功能。 VISA 是一個調(diào)用低層驅(qū)動程序的高層API。 VISA 能夠控制VXI、GPIB、串口或者基于計算機的儀器，并能根據(jù)所用儀器的類型來調(diào)用合適的驅(qū)動程序。下表給出了本系統(tǒng)用到的幾個通信模塊的基本屬性的描述。VI名稱VI功能VISA Configure Serial Port初始化VISA resource name指定的串口通訊參數(shù)VISA Write將輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)發(fā)送到VISA resource name指定的串口VISA Read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)到計算機內(nèi)存中VISA Serial Break向VISA resource name指定的串口發(fā)送一個暫停信號VISA Bytes at Serial Port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)VISA Close結(jié)束與VISA resource name指定的串口資源之間的會話VISA Set I/O Buffer Size設(shè)置VISA resource name指定的串口的輸入輸出緩沖區(qū)大小VISA Flush I/O Buffer清空VISA resource name指定的串口的輸入輸出緩沖區(qū) PID控制模塊簡介 NI提供了在LabVIEW中使用的PID控制工具包，可幫助工程師結(jié)合NI數(shù)據(jù)采集設(shè)備快速有效地搭建一個數(shù)字PID控制器，精確可靠地完成系統(tǒng)需求。 安裝NI光盤Tookit Software中的LabVIEW PID Control Tookit，即可在LabVIEW中生成該工具包。安裝完成后打開一個新的VI，右擊程序框圖，在“函數(shù)”面板上選擇“控制設(shè)計與仿真”，即可看到PID工具包，該工具包由10個VI組成（如圖31）。 圖31 PID工具包 ，在該vi的輸入端給入PID的3個參數(shù)值（PID gains），系統(tǒng)反饋值(process variable)，實際期望值(setpoint)以及微分時間(dt)，便能得到需要的輸出值(output)。該vi還能控制輸出值的范圍（如圖32）。 圖32 PID的使用范例PID ，增加了一些高級的功能，如可以設(shè)定期望值的范圍（setpoint range），手動控制（manual control），線性化（linearity）等功能。PID （如圖33）是為需要自整定的PID系統(tǒng)設(shè)計的，在給出一些基本要求后，具有自整定的功能。圖33 PID PID Lead/（如圖34）前端由系統(tǒng)反饋來的輸入信號做動態(tài)補償。PID Setpoint 。PID Control Input ，放在PID控制器的process variable前端，可以濾去小于采樣率十分之一的輸入值。PID Gain ，并給出條件，執(zhí)行時當(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 Output ，以保證外部接受控制信號部件的安全。PID EGU to %.vi和PID % to 。圖34構(gòu)建PID控制系統(tǒng) 模糊控制模塊簡介 安裝NI光盤Tookit Software中的LabVIEW PID Control Tookit，即可在LabVIEW中生成該工具包。安裝完成后打開一個新的VI，右擊程序框圖，在Functions Palette上選擇Control Designamp。Simulation，即可看到Fuzzy Logic工具包，該工具包由3個VI組成（圖35）。安裝工具包后。.fc文件是NI自定義的一種文件格式，用于仿真模糊控制器推理機中的知識庫。圖35 Fuzzy Logic工具包：打開一個新的VI，在任務(wù)欄依次點擊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)欄上點擊File——New。 圖36 Fuzzy Logic Controller Design接著彈出一個Fuzzy Set Editor對話框，這是仿真模糊推理器中的數(shù)據(jù)庫。工程師可根據(jù)專家經(jīng)驗繪制出輸入和輸出量的隸屬函數(shù)圖，繪制完成后點擊Quit；接著彈出Rulebase Editor對話框（圖37），這是仿真模糊推理器的規(guī)則庫。工程師根據(jù)實際情況將制定好的規(guī)則寫入，完成后點擊Quit；最后點擊File——Save，給出保存位置和文件名。 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 。Fuzzy （最多可接受4維輸入），并計算出合適的輸出信號值（圖38）。工具包中的另一個VI是Test Fuzzy ，它可以通過手動輸入算出輸出響應(yīng)值。4 以單片機為核心的下位機的設(shè)計 下位機設(shè)計方案下位機上，本設(shè)計采用Atmega16控制DS18B20采集溫度，并將采集到的溫度通過串口發(fā)送到上位機，以便處理。在上位機發(fā)回控制信息后，單片機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。此功率設(shè)備為過零型固態(tài)繼電器，在電流過零處導(dǎo)通或關(guān)斷，易于實現(xiàn)PWM的控制。硬件部分分為四個部分：主控部分、DS18B20測溫部分、通信部分、程序下載部分。由于需要進(jìn)行串口通信，（如圖41）。 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。這樣不僅降低了成本，最大程度利用了Atmega16的強大功能，而且降低了電路的復(fù)雜性，使布線更加方便。 圖42 測溫部分 硬件電路如圖43 圖43 串口通信部分 硬件電路如圖44 圖44 程序下載部分 下位機的軟件設(shè)計系統(tǒng)模型如下圖45.PID/模糊控制器加熱執(zhí)行設(shè)備溫度輸出溫度輸入圖45 下位機系統(tǒng)模型DS18B20的溫度檢測與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出全集成于一個芯片之上，從而抗干擾力更強。其一個工作周期可分為兩個部分，即溫度檢測和數(shù)據(jù)處理。在講解其工作流程之前有必要了解DS18B20的內(nèi)部存儲器資源。DS18B20共有三種形態(tài)的存儲器資源，它們分別是： ROM 只讀存儲器，用于存放DS18B20ID編碼，其前8是單線系列編碼（DS18B20的編碼是19H），后面48位是芯片唯一的序列號，最后8位是以上56的位的CRC碼（冗余校驗）。數(shù)據(jù)在出產(chǎn)時設(shè)置不由用戶更改。DS18B20共64位ROM。 RAM 數(shù)據(jù)暫存器，用于內(nèi)部計算和數(shù)據(jù)存取，數(shù)據(jù)在掉電后丟失，DS18B20共9個字節(jié)RAM，每個字節(jié)為8位。第2個字節(jié)是溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)值信息，第4個字節(jié)是用戶EEPROM（常用于溫度報警值儲存）的鏡像。在上電復(fù)位時其值將被刷新。第5個字節(jié)則是用戶第3個EEPROM的鏡像。第8個字節(jié)為計數(shù)寄存器，是為了讓用戶得到更高的溫度分辨率而設(shè)計的，同樣也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換、計算的暫存單元。第9個字節(jié)為前8個字節(jié)的CRC碼。EEPROM 非易失性記憶體，用于存放長期需要保存的數(shù)據(jù)，上下限溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)，DS18B20共3位EEPROM，并在RAM都存在鏡像，以方便用戶操作?？刂破鲗?8B20操作流程： （1）復(fù)位：首先必須對DS18B20芯片進(jìn)行復(fù)位，復(fù)位就是由控制器（單片機）給DS18B20單總線至少480uS的低電平信號。當(dāng)18B20接到此復(fù)位信號后則會在15~60uS后回發(fā)一個芯片的存在脈沖。 （2）存在脈沖：在復(fù)位電平結(jié)束之后，控制器應(yīng)該將數(shù)據(jù)單總線拉高，以便于在15~60uS后接收存在脈沖，存在脈沖為一個60~240uS的低電平信號。至此，通信雙方已經(jīng)達(dá)成了基本的協(xié)議，接下來將會是控制器與DS18B20間的數(shù)據(jù)通信。如果復(fù)位低電平的時間不足或是單總線的電路斷路都不會接到存在脈沖，在設(shè)計時要注意意外情況的處理。 （3）控制器發(fā)送ROM指令：雙方打完了招呼之后最要將進(jìn)行交流了，ROM指令共有5條，每一個工作周期只能發(fā)一條，ROM指令分別是讀ROM數(shù)據(jù)、指定匹配芯片、跳躍ROM、芯片搜索、報警芯片搜索。ROM指令為8位長度，功能是對片內(nèi)的64位光刻ROM進(jìn)行操作。其主要目的是為了分辨一條總線上掛接的多個器件并作處理。誠然，單總線上可以同時掛接多個器件，并通過每個器件上所獨有的ID號來區(qū)別，一般只掛接單個18B20芯片時可以跳過ROM指令（注意：此處指的跳過ROM指令并非不發(fā)送ROM指令，而是用特有的一條“跳過指令”）。（4）控制器發(fā)送存儲器操作指令：在ROM指令發(fā)送給18B20之后，緊接著（不間斷）就是發(fā)送存儲器操作指令了。操作指令同樣為8位，共6條，存儲器操作指令分別是寫RAM數(shù)據(jù)、讀RAM數(shù)據(jù)、將RAM數(shù)據(jù)復(fù)制到EEPROM、溫度轉(zhuǎn)換、將EEPROM中的報警值復(fù)制到RAM、工作方式切換。存儲器操作指令的功能是命令18B20作什么樣的工作，是芯片控制的關(guān)鍵。 （5）執(zhí)行或數(shù)據(jù)讀寫：一個存儲器操作指令結(jié)束后則將進(jìn)行指令執(zhí)行或數(shù)據(jù)的讀寫，這個操作要視存儲器操作指令而定。如執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換指令則控制器（單片機）必須等待18B20執(zhí)行其指令，一般轉(zhuǎn)換時間為500uS。如執(zhí)行數(shù)據(jù)讀寫指令則需要嚴(yán)格遵循18B20的讀寫時序來操作。若要讀出當(dāng)前的溫度數(shù)據(jù)需要執(zhí)行兩次工作周期，第一個周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換存儲器操作指令、等待500uS溫度轉(zhuǎn)換時間。緊接著執(zhí)行第二個周期為復(fù)位、跳過ROM指令、執(zhí)行讀RAM的存儲器操作指令、讀數(shù)據(jù)（最多為9個字節(jié)，中途可停止，只讀簡單溫度值則讀前2個字節(jié)即可）。如圖46為 DS18B20相關(guān)程序設(shè)計流程。串口通信首先要對串口進(jìn)行初始化設(shè)置。初始化內(nèi)容包括首先選擇同步發(fā)送還是異步發(fā)送，如果是異步發(fā)送的話，選擇是正常發(fā)送模式還是倍速發(fā)送模式，在本設(shè)計中采用異步正常模式發(fā)送。然后設(shè)置開啟發(fā)送和接收中斷使能，并且設(shè)置幀格式，通常選擇8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。初始化的最后一步是設(shè)置通信的波特率。波特率我們選擇計算機串口通信用的比較多的9600bps，根據(jù)異步正常模式的波特率計算公式 ，可以算出UBRR=47，所以在設(shè)置波特率寄存器的時候，設(shè)置UBRRH=0x00，UBRRL=0x2F。在串口初始化函數(shù)完成之后，即可編寫發(fā)送和接受函數(shù)。串口發(fā)送和接受函數(shù)比較簡單，本設(shè)計不再贅述。圖47為串口通信流程圖：Atmega16有16種PWM模式，在本設(shè)計中我們選用模式15——快速PWM。PWM的初始化比較簡單，在這里我們不予贅述。比較重要的是PID控制器輸出的控制量與PWM占空比的關(guān)系。此關(guān)系的測量需要進(jìn)行硬件調(diào)試才可以達(dá)到較為理想的值。開始復(fù)位延時復(fù)位成功？寫ROM命令0xCC（跳過ROM匹配）寫ROM命令0x44（啟動溫度轉(zhuǎn)換）復(fù)位延時復(fù)位成功？寫ROM命令0xCC寫ROM命令0xBE（發(fā)送溫度命令）讀RAM中的0、1字節(jié)結(jié)束NYNY