【文章內容簡介】 工具。 節(jié)點類似于文本語言的函數(shù)或子程序，LabVIEW有兩種節(jié)點類型：功能函數(shù)節(jié)點或子VI節(jié)點，二者的區(qū)別在于功能函數(shù)節(jié)點是LabVIEW本身提供給用戶使用的，不可以對它進行修改；子VI則是用戶可以進入并根據(jù)實際需要對其加以修改。 圖框被用來實現(xiàn)結構化控制命令，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腳本以及調用C語言編程的CIN節(jié)點等。連線用于代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，它類似于文本程序的變量，數(shù)據(jù)是單向流動的。這些都是編程必須有的東西。 LabVIEW程序執(zhí)行流程宏觀上講，LabVIEW的運行機制已經不是傳統(tǒng)上的馮諾依曼式計算機體系結構的執(zhí)行方式了。傳統(tǒng)計算機語言（如C語言）中的順序執(zhí)行結構在LabVIEW中被并行機制所代替。而且，對于那些數(shù)學和邏輯運算過程較復雜的程序，用花可以選擇使用VC或者Matlab等開發(fā)工具將數(shù)學分析和處理過程編寫為專用的動態(tài)鏈接庫，LabVIEW提供了專門的接口函數(shù)可以調用之。這樣，可以結合圖形語言和文本語言各自優(yōu)點，更為靈活、高效、易用。 LabVIEW中的儀器控制和驅動 虛擬儀器是儀器的未來，但在工作臺上還有很多非虛擬儀器，毫無疑問需要用LabVIEW控制他們。對儀器的驅動是虛擬儀器實現(xiàn)對真實物理信號采集的基礎，當儀器驅動后，才能由軟件進行數(shù)據(jù)的分析處理進而實現(xiàn)某種測溫功能，并求取測量結果。并且，有時使用外部儀器也是可以的。 儀器驅動也稱為儀器驅動器模式完成對某一特定儀器控制與通信的軟件程序集，也可以認為是儀器的軟件描述，它是應用程序實現(xiàn)儀器控制的橋梁。每個儀器模塊都有自己的儀器驅動器，廠商將儀器驅動以源代碼提供給用戶。由于虛擬儀器需要提供模擬實際儀器操作面板的虛擬面板，因此虛擬儀器驅動器不僅是實施儀器控制的程控代碼，還是儀器程控代碼、高級軟件編程與先進人機交互三者相結合的產物，是一個包含實際儀器使用和操作信息的軟件模塊。上層是一系列按工程分組的主/副軟面板，軟面板又由一些按鍵、旋鈕、表頭等控件組合而成，每個控件對應不同的功能，及其程控代碼相異。底層部分則基于一組I/O函數(shù)和測試接口，實時模式下，測試人員對軟面板上控件的操作將直接反映到真實儀器上。和用戶直接打交道的部分是操作接口，及虛擬軟面板和面板上的控件。 應用軟件建立在儀器驅動程序之上，直接面對操作用戶，通過提供友好直觀的測控操作界面、豐富的數(shù)據(jù)分析和處理功能，來完成自動測試任務。儀器驅動程序模塊負責處理與某一專門設備通信和控制的具體過程，通過封裝復雜的儀器編程細節(jié)，為用戶使用儀器提供簡單的函數(shù)接口，用戶不必對各種儀器硬件有專門的了解，就可以通過儀器驅動程序來使用這些儀器硬件。一般由儀器廠商以動態(tài)鏈接庫的形式提供給用戶。當需要更換新的儀器硬件時，只需要更新相應的驅動程序，并保證它對上層的接口保持不變，新的硬件就能在原系統(tǒng)中正常運行。 GPIB：通用接口總線（General Purpose Interface Bus）。有時候成為HPIB（HewlettPackard Interface Bus）和IEEE （Institute of Electronic Engineer standard ），它幾乎是任何儀器與計算機通信的世界標準。 IVI：可交換虛擬儀器（Interchangeable Virtual Instrument）?？梢耘c許多不同的儀器協(xié)調工作的儀器驅動程序（用來控制外部儀器的軟件）標準。 LXI：LAN在儀器領域的擴展（LAN eXtension for Instrumentation）。LXI協(xié)會給予工業(yè)標準以太網技術，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建議標準。 RS232：232號推薦標準（Remended Standard 232）。美國儀器協(xié)會為串行通信提出的建議標準。可以與術語“串行通信”互換使用，盡管串行通信一般指的是一次傳輸一位。也許還會看到其他一些標準如RS48RS422和RS432。SCPI：可編程儀器標準命令（Standard Commands for Programmable Instrumentation）。SCPI協(xié)會的一個建議標準，該標準使用簡單、直觀的ASCII命令為儀器通信制定了結構和語法。USB：通用串行總線（Universal Serial Bus），大多數(shù)PC與外部設備互聯(lián)的標準總線。VISA：虛擬儀器標準體系結構（Virtual Instrument Standard Architecture），NI公司研發(fā)的一種驅動軟件體系結構。其目的是盡量統(tǒng)一一起軟件標準，不論儀器使用GPIB、PXI、VXI，還是串行接口（RS232/422/485）。 LabVIEW支持的GPIB、VXI、標準串口I/O儀器的驅動 通常LabVIEW有兩張安裝光盤，其中一張就是設備驅動盤，它包含了一個儀器驅動庫，該庫為NI生產的各種程控儀器（GPIB儀器、VXI儀器和串行儀器等）提供儀器驅動程序，例如HP34401A數(shù)字萬用表的儀器驅動程序。儀器驅動程序在功能模塊~Instrument I/O—Instrument Drivers子模板中。對于非NI公司生產的上述I/O接口儀器設備，可用Instrument I/O子模板上提供的VISA圖標來進行驅動。利用這些儀器驅動器，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，而不必關心具體的編程細節(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)一軟件標準的驅動軟件體系結構。它是與驅動軟件通信的LabVIEW 儀器驅動VI 中的底層函數(shù)。 VISA 本身不提供儀器編程功能。 VISA 是一個調用低層驅動程序的高層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用合適的驅動程序。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結束與VISA resource name指定的串口資源之間的會話VISA Set I/O Buffer Size設置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) 本章小結本章先介紹了LabVIEW軟件編程的前后面板、執(zhí)行機理，然后就其與外部儀器通信使用的GPIB、串口、以太網接口硬件方面做了簡單的說明。同時學習了如何使用Instrument I/O Assistant Express VI快速與儀器通信，以及如何使用儀器通信函數(shù)的VISA框架。這些都是LabVIEW中與儀器通信需要用到的工具。有了VISA，用戶可以使用LabVIEW與多種連接類型的眾多儀器進行通信，如GPIB、以太網、TCP/IP、串口、USB等。4 LabVIEW PID和模糊控制模塊簡介NI公司為工程人員可以方便地進行工業(yè)控制，特地開發(fā)了LabVIEW環(huán)境下的PID控制和模糊控制模塊——NI LabVIEW PID and Fuzzy Logic Toolkit工具包。其中包含各種常用的PID控制模塊和模糊控制模塊。由于其使用極其方便，所以本設計采用你進行PID和模糊控制。 PID控制模塊簡介NI提供了在LabVIEW中使用的PID控制工具包，可幫助工程師結合NI數(shù)據(jù)采集設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“控制設計與仿真”，即可看到PID工具包，該工具包由10個VI組成。 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。 PID的使用范例PID ，增加了一些高級的功能，如可以設定期望值的范圍（setpoint range），手動控制（manual control），線性化（linearity）等功能。PID ，在給出一些基本要求后，具有自整定的功能。 PID PID Lead/。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)行時當輸入信號達到條件，便使用對應的一組參數(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 。 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3）。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。 Fuzzy Logic工具包：打開一個新的VI，在任務欄依次點擊Tools——Control Design and Simulation——Fuzzy Logic Controller Design…，接著在彈出的 Fuzzy Logic Controller Design對話框的狀態(tài)欄上點擊File——New。 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6），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。 Fuzzy Set Editor 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7）。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值。5 下位機的設計 下位機設計方案下位機上，本設計采用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備。此功率設備為過零型固態(tài)繼電器，在電流過零處導通或關斷，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。由于需要進行串口通信。 主控部分 DS18B20測溫部分 ，可是由于Atmega16中的數(shù)據(jù)腳上已經有了內部的上拉電阻，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雜性，使布線更加方便。 測溫部分 串口通信部分 程序下載部分 下位機的軟件設計系統(tǒng)模型如下PID/模糊控制器加熱執(zhí)行設備溫度輸出溫度輸入 下位機系統(tǒng)模型 DS18B20的溫度檢測與數(shù)字數(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