【導(dǎo)讀】作為最基本的物理參數(shù)之一，溫度在人類的生產(chǎn)和生活中扮演著重要的角色。是影響人們生活質(zhì)量的重要因素，所以對(duì)溫度的控制是很有必要的。相較于傳統(tǒng)儀器有諸多的優(yōu)勢(shì)，其自動(dòng)控制功能也是傳統(tǒng)儀器所不能及的。器運(yùn)用在溫度控制上充分利用虛擬儀器強(qiáng)大的測(cè)控功能。在Labview平臺(tái)下的圖形化編程，可以搭建各種各樣的控制程序。4塊內(nèi)容：溫度采集及處理；降溫控制；升溫控制；事故及故障報(bào)警。制數(shù)據(jù)采集卡輸出相應(yīng)的控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)溫控設(shè)備施行對(duì)應(yīng)的功能。

　　

【正文】 e 和 Kec 分別為 1 和，設(shè)計(jì)運(yùn)算程序?qū)⑸鲜龀绦虻玫降恼`差 e 和誤差變化率 ec 通過(guò)轉(zhuǎn)換因子 Ke 和 Kec轉(zhuǎn)換成 E 和 EC。然后根據(jù)模糊查詢表的規(guī)則設(shè)計(jì)模糊規(guī)則運(yùn)算器。 （ 3）模糊規(guī)則運(yùn)算器， 設(shè)計(jì)并編程使得程序能根據(jù)模糊查詢表的規(guī)則在輸入 E和 EC 后能得出相應(yīng)的 U。在模糊查詢 表中 E 被分成 {3， 2， 1， 0， 1， 2， 3}六個(gè)論域，在程序中首先要判斷輸入 E 屬于哪個(gè)論域。由于 Ke 為 1，所以誤差可以不用換算直接輸入到 E 的論域判斷程序中。 使用最近取整函數(shù)對(duì)誤差進(jìn)行取整運(yùn)算 ， 經(jīng)過(guò)取整函數(shù)的運(yùn)算輸出分別與 3， 2，1， 0， 1， 2， 3 六個(gè)整數(shù)進(jìn)行相等比較 ， 比較的結(jié)果分別控制六個(gè)條件結(jié)構(gòu) 。 誤差取整后可能大于 3 或小于 3， 這樣就不在 六個(gè)論域范圍內(nèi)，當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，模糊規(guī)則運(yùn)算器就會(huì)缺少一個(gè)輸入，導(dǎo)致運(yùn)算器不能正常工作。所以要設(shè)計(jì)程序，當(dāng)誤差取整后的數(shù)值大于 3 時(shí)將其歸入論域 3 中，相同道理 誤差取整后的數(shù)值小于 3 時(shí)將其歸入論域 3。 如圖 所示 ， 誤差取整后的輸出與 3 進(jìn)行大于或等于比較，其比較結(jié)果控制一個(gè)條件結(jié)構(gòu)，誤差取整后的輸出與 3 進(jìn)行小于或等于比較 ， 其比較結(jié)果控制一個(gè)條件結(jié)構(gòu) 。 其余的 5 個(gè)論域都是進(jìn)行相等比較，其比較結(jié)果分別控制五個(gè)條件結(jié)構(gòu)。 如圖 所示，誤差變化率與誤差相同的原理進(jìn)行 EC 所屬論域的判斷，但是 Kec不是 1 而是 10，所以誤差變化率在取整前要先乘以 10，其得數(shù)再輸入到 EC 的論域判斷程序中，比較判斷的結(jié)果同樣控制 7 個(gè)條件結(jié)構(gòu)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 28 圖 E 和 EC 所屬 論域判斷程序 在兩組論域判斷的條件結(jié)構(gòu)中 的真條件框里都分別放置一個(gè)真常量。 論域的判斷結(jié)果會(huì)控制 7 個(gè)條件結(jié)構(gòu)中的其中一個(gè)的真常量輸出，也就是說(shuō)兩組論域判斷程序中每組可能的輸出結(jié)果都有 7 種可能情況。那么兩組論域判斷程序各 7 種可能情況，結(jié)合起來(lái)，對(duì)于 E 和 EC 的輸入就有 49 種可能情況。 如圖 所示，對(duì)于兩組論域判斷程序的輸出量進(jìn)行組合，得到的 49 種可能結(jié)果分別控制 49 個(gè)條件結(jié)構(gòu)，每個(gè)條件結(jié)構(gòu)中都放置一個(gè)真常量。綜上所述，從誤差 e上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 29 和誤差變化率 ec 的輸入到最后會(huì)控制 49 個(gè)條件結(jié)構(gòu)的其中一個(gè)，從而 49 個(gè)真常量中有且僅有一個(gè)真常量 能夠輸出。 圖 模糊控制輸出 推理過(guò)程程序 程序已經(jīng)達(dá)到模糊查詢表的功能 ， 由 E 和 EC 的 7 個(gè)論域進(jìn)行矩陣組合確定 49個(gè) U的結(jié)果。 49 個(gè)可能結(jié)果中，每個(gè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的 U的論域 {3， 2， 1， 0， 1， 2， 3}中的其中一個(gè)。某些可能結(jié)果所對(duì)應(yīng)的 U的論域相同 ，根據(jù)模糊查詢表， 在程序中使用 “ 或 ”復(fù)合 函數(shù)將能產(chǎn)生相同 U輸出的結(jié)果所對(duì)應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)中的真常量輸出進(jìn)行合并。 7 個(gè)“或”函數(shù)的輸出連接到 7 個(gè)對(duì)應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)，這里的 7 個(gè)條件結(jié)構(gòu)控制U的輸出，在條件結(jié)構(gòu)里分別放置 7 個(gè)真常量，而且還分別放置了對(duì)應(yīng)的輸出量（ 3，2， 1， 0， 1， 2， 3） 7 個(gè)不同的 DBL 常量值。 模糊控制結(jié)果 輸出如圖 所示 。 （ 4）輸出清晰化，通過(guò)比例因子 Ku 將 U 對(duì)應(yīng)的 7 個(gè)數(shù)值轉(zhuǎn)換成實(shí)際 u 的輸出。在 中， U的論域 {0， 1， 2， 3}分別對(duì)應(yīng)風(fēng)扇的驅(qū)動(dòng)電壓 {0V， 3V， 6V， 9V}。所以在程序中 u 的輸出應(yīng)設(shè)置為 {0， 3， 6， 9}，那么比例因子 Ku 為 3。 設(shè)計(jì)程序在 DBL 常量 {0， 1， 2， 3}對(duì)應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)分別將該常量乘以比例因子 3，如圖 所示。 便得到模糊控制器的 u 輸出也就是風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電壓值。 同理 ， U的論域 {3， 2， 1， 0}分別對(duì)應(yīng)發(fā)熱電阻的供電電壓 {0V， 3V， 6V， 9V}。不同的是其比例因子 Ku 為 3。 設(shè)計(jì)程序在 DBL 常量 {3， 2， 1， 0}對(duì)應(yīng)的條件結(jié)構(gòu)分別將該常量乘以比例因子 3，便得到模糊控制器的 u 輸出也就是發(fā)熱電阻供電電壓值。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 30 圖 模糊控制 結(jié)果輸出程序 輸出控制 如圖 經(jīng)過(guò) 模糊控制 器的 模糊推理， 得到 的結(jié)果控制相應(yīng)的 U 的 輸出值， 再經(jīng)過(guò)輸出清晰化運(yùn)算得到升溫設(shè)備和降溫設(shè)備對(duì)應(yīng)的供電電壓值。 在 溫度控制系統(tǒng)的 原理 中提到，升溫設(shè)備和降溫設(shè)備 在 特定的 時(shí)期 只需要 使其中一種設(shè)備處于待機(jī)可工作 狀態(tài)，另一種設(shè)備應(yīng)當(dāng)被切除， 如圖 所示 在前面板設(shè)置兩個(gè)布爾開(kāi)關(guān)，分別控制兩種溫控設(shè)備是否 處于 工作狀態(tài)。 在 前面板中還設(shè)置有 兩個(gè)數(shù)值顯示控件，其分別顯示對(duì)應(yīng)的設(shè)備的供電電壓， 以此 確定 相應(yīng) 溫控設(shè)備的工作 載荷狀態(tài) 。 圖 輸出 控制顯示程序 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 31 使用 DAQ助手 來(lái) 控制 NI Elvis 連接 風(fēng)扇和 發(fā)熱電阻 的 端口 的輸出電壓。 如圖 所示 ， 設(shè)置 兩個(gè)條件結(jié)構(gòu) 分別 控制兩種溫控設(shè)備， 在 條件 結(jié)構(gòu)真 條件框里設(shè)置一個(gè)仿真信號(hào)發(fā)生器，設(shè)置仿真信號(hào)為直流，將 清晰化 后的控制器輸出 u 連接 到對(duì)應(yīng)的仿真信號(hào)的 偏移量 端口。 再 將仿真信 號(hào)的信號(hào)輸出連接到 DAQ 助手的 數(shù)據(jù)輸入， DAQ 助手 設(shè)置為模擬輸出，選擇相應(yīng)的輸出端口。 由清晰化 輸出 u 來(lái)控制仿真信號(hào)產(chǎn)生電壓為 u 的直流 信號(hào) ，直流信號(hào)輸入到 DAQ助手 中， DAQ 助手 會(huì)控制 NI Elvis 實(shí)驗(yàn)板 上的相應(yīng)端口 產(chǎn)生 電壓 為 u 的直流信號(hào)，從而 對(duì) 風(fēng)扇和發(fā)熱電阻實(shí)現(xiàn)電壓為 u 的 直流 供電 。 圖 輸出 電壓控制 報(bào)警 設(shè)計(jì) 在報(bào)警設(shè)計(jì)中涉及到兩個(gè)方面 ，一個(gè)是對(duì)于測(cè)點(diǎn)溫度傳感器電路故障的警報(bào)，另一個(gè)是溫度均值超過(guò)設(shè)置的限制溫度的警報(bào)。 （ 1） 測(cè)點(diǎn) 故障 警報(bào) ，在 上述 溫度數(shù)據(jù) 分析中 的 均值計(jì)算中已經(jīng)闡述了測(cè)點(diǎn)故障的判斷。 如圖 測(cè)點(diǎn) 故障判斷程序中， 在 前面板中放置 的故障 測(cè)點(diǎn)及故障類型的布爾警示燈與對(duì)應(yīng)的 條件 結(jié)構(gòu)中真常量 連接 當(dāng) 程序 檢測(cè)到某一 測(cè)點(diǎn) 發(fā)生 故障 ， 該 測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的故障類型控制的條件結(jié)構(gòu)中的真常量輸出 ，從而 在顯示器上由布爾警示燈的常亮上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 32 提示故障發(fā)生及 故障 發(fā)生的位置和類型。 如圖 所示 ，在前面板 還 放置了一個(gè)測(cè)點(diǎn) 異常 顯示的字符串顯示控件，當(dāng)測(cè)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，該顯示控件會(huì)以文字信息顯示對(duì)應(yīng)測(cè)點(diǎn)的異常情況。 測(cè)點(diǎn) 異常的字符串顯示程序如圖 所示 ， 故障 判斷的條件 結(jié)構(gòu) 里的真常量連接到字符串輸出判 斷的條件結(jié)構(gòu) 條件 結(jié)構(gòu)判斷端口，在字符串輸出判斷的條件結(jié)構(gòu)里設(shè)置相應(yīng)需要顯示的字符串常量，將所有的字符串常量使用字符串連接函數(shù) 連接后 輸入到字符串顯示控件。 即使 同時(shí)發(fā)生 多處 故障，測(cè)點(diǎn)異常顯示的字符串顯示控件上 會(huì) 將所有的故障 測(cè)點(diǎn) 和故障 類型 以文字信息的形式顯示。 圖 測(cè)點(diǎn) 異常顯示 界面 圖 測(cè)點(diǎn) 故障字符串顯示程序 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 33 （ 2） 溫度 均值超限 警報(bào) ， 如圖 所示 設(shè)置兩個(gè) 數(shù)值 輸入旋鈕分別為 高溫 警報(bào)閾值和低溫警報(bào)閾值，當(dāng)溫度均值超出這兩個(gè)閾值的 范圍 內(nèi)，說(shuō)明溫度控制系統(tǒng)不能進(jìn)行 及時(shí)的溫度控制 或 相應(yīng)的溫 控設(shè)備故障。 與 測(cè)點(diǎn)故障警報(bào) 一樣 ， 溫度 均值超限警報(bào)也有布爾警示燈的顯示，還有 字符串 顯示功能。 圖 溫度 超限警報(bào)界面 對(duì)于 溫度均值超限的警報(bào)，還通過(guò)蜂鳴器對(duì) 操作 人員 進(jìn)行 聲音提示 。如圖 所示 ，與輸出控制相同的原理 使用 條件 結(jié)構(gòu)、 仿真信號(hào)和 DAQ 助手來(lái) 控制 NI Elvis面板 上的相應(yīng)端口輸出電壓驅(qū)動(dòng)蜂鳴器 ， 仿真信號(hào) 固定 為 5V的 直流信號(hào)。 圖 溫度 均值超限警報(bào)程序 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 34 數(shù)據(jù) 存儲(chǔ) 在 系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的數(shù)據(jù) 進(jìn)行 存儲(chǔ)，在 本系統(tǒng) 中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù) 有 實(shí)時(shí)的溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和溫度均值 超限有關(guān) 的信息存 儲(chǔ)。 （ 1）實(shí)時(shí) 溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，在 系統(tǒng) 運(yùn)行中將系統(tǒng)采集和分析后的每個(gè)溫度均值進(jìn)行存儲(chǔ) ，以 excel 表格的形式 存儲(chǔ) 。 由于 溫度均值信息只涉及到時(shí)間和數(shù)值，并沒(méi)有字符串信息，所以用如圖 所示 的 寫(xiě)入測(cè)量文件 VI， 設(shè)置該 VI 中 的 文件 路徑和存儲(chǔ)內(nèi)容等參數(shù) 就 可以實(shí)現(xiàn)該功能 。 圖 溫度 均值存儲(chǔ)程序 （ 2） 溫度 均值超限信息存儲(chǔ)，這個(gè)功能 不僅 要存儲(chǔ) 數(shù)值 類型的數(shù)據(jù)，還有表達(dá)當(dāng)前 發(fā)生超溫的情況 ， 所以使用如圖 所示 程序。 圖 溫度 均值超限信息存儲(chǔ)程序 該 存儲(chǔ)程序與 上述 的 溫度 均值存儲(chǔ)不同， 溫度 均值程序在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)就 持續(xù) 執(zhí)上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 35 行，而溫度 均值 超限信息存儲(chǔ)只有在發(fā)生超限情況下才會(huì)執(zhí)行程序進(jìn)行存儲(chǔ)功能。正常情況下該程序處于 待機(jī) 狀態(tài)。 使用 條件結(jié)構(gòu)來(lái)控制該程序的執(zhí)行狀態(tài)， 圖 所示 ，均值超限有兩種情況， 當(dāng)發(fā)生兩種情況中的一種都會(huì)執(zhí)行存儲(chǔ)功能， 所以 使用 或 邏輯運(yùn)算 函數(shù)將 兩種情況判斷的條件結(jié)構(gòu)框中的真常量輸出 合并 ，再連接到存儲(chǔ)執(zhí)行的條件 結(jié)構(gòu)的 分支選擇器上。 使用“ 寫(xiě)入電子表格 ” VI來(lái) 實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)功能 ， 該 VI 的 輸入有文件路徑和存儲(chǔ)內(nèi)容，存儲(chǔ)內(nèi)容包含時(shí)間、溫度均值和 超限 情況字符串，將三種存儲(chǔ)的內(nèi)容用 格式化 值 函數(shù)格式化成 字符串?dāng)?shù)據(jù)，再使用創(chuàng)建數(shù)組 函數(shù) 將三種不同 的 內(nèi)容組合成一個(gè) 數(shù)組 再輸入到寫(xiě)入電子表格 VI的二維數(shù)組 輸入端口。 6 基于 LabVIEW溫度控制系統(tǒng)仿真 在 基于 Labview 的溫度控制系統(tǒng) 的 實(shí)驗(yàn)中， 由于研究 對(duì)象為環(huán)境溫度，難以制造各種極端情況來(lái)測(cè)試系統(tǒng) 的執(zhí)行 能力。所以 對(duì) 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行 仿真 設(shè)計(jì)， 在 確定外圍設(shè)備能正常工作 后 ，去除外圍設(shè)備，從 程序 的角度 測(cè)試 溫度控制系統(tǒng)的邏輯。 如圖 所示 ， 去掉 溫度采集設(shè)備和程序后，使用 5 個(gè) 數(shù)值輸入旋鈕來(lái)代替 檢測(cè)的溫度值輸入 ，仿真 溫度 14 模擬 4 個(gè) 溫度測(cè)點(diǎn)的溫度值輸入，調(diào)節(jié)仿真溫度值旋 鈕可以模擬測(cè)點(diǎn)故障情況測(cè)試系統(tǒng)的警報(bào) 能夠 正常 響應(yīng) 。 圖 溫度 值仿真輸入 如果 要模擬環(huán)境溫度的升高，通過(guò)調(diào)節(jié) 4 個(gè) 溫度測(cè)點(diǎn)使得 程序計(jì)算 的均值升高，這樣要同時(shí)調(diào)節(jié) 4 個(gè) 旋鈕，操作 不方便 。所以設(shè)置一個(gè)仿真均值調(diào)節(jié)，如圖 所示 ，調(diào)節(jié) 仿真均值 調(diào)節(jié)旋鈕可以 為 4 個(gè) 仿真溫度同時(shí)加上 或 減去一個(gè) 相同 的數(shù)值 ，這樣 在不調(diào)節(jié) 4 個(gè) 仿真溫度的情況下 可以 達(dá)到溫度均值 升高 和 降低的 仿真操作。為了 達(dá)到 仿真的效果，加上 4 個(gè) 隨機(jī)數(shù) 函數(shù) 制造 模擬 溫度采集時(shí) 同一 測(cè)點(diǎn)溫度值的波動(dòng)情況 ， 使得在仿真時(shí)波形圖表的顯示更加真實(shí)。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 36 圖 仿 真 輸入程序 如圖 所示 ，在模糊控制 器 設(shè)計(jì)及編寫(xiě)程序 時(shí) ，由于其控制邏輯比較復(fù)雜，會(huì)出現(xiàn)非常多的 數(shù)據(jù) 傳輸線， 在 各個(gè)端口的連線時(shí) 可能 出現(xiàn)人為的錯(cuò)誤， 導(dǎo)致 控制器的控制邏輯與設(shè)計(jì)有偏差 ， 為了測(cè)試模糊控制器的控制邏輯的正確性，需要對(duì)控制器進(jìn)行仿真測(cè)試。 圖 模糊 控制器 復(fù)雜程序 在 測(cè)試 模糊 控制器邏輯時(shí)省略模糊化 接口 程序，直接在前面板中設(shè)置 7*7 的 布爾開(kāi)關(guān)控制， 模糊 控制器中 E 和 EC 的 論域判斷 相應(yīng) 的條件結(jié)構(gòu)。也就是 7 個(gè) 布爾開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的是 E 的 7 個(gè) 論域輸入， 另 7 個(gè) 布爾開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)的是 EC 的 7 個(gè) 論域輸入。 在模糊控制器 的 輸出由 7 個(gè) 條件結(jié)構(gòu)控制 U的 7 個(gè) 論域輸出，在 7 個(gè) 條件 結(jié)構(gòu) 中設(shè)置真常量，7 分 真常量連接到 7 個(gè) 布爾燈上。 測(cè)試 程序前面板如圖 所示 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 LabVIEW 的溫度控制系統(tǒng)研究 37 圖 模糊 控制邏輯測(cè)試 界面 如圖 ， 在模糊控制器里一個(gè) （ E， EC） 組合輸入只 產(chǎn)生一個(gè) U 的 輸出 ， 在測(cè)試過(guò)程中注意： E 的 輸入開(kāi)關(guān) 只 能有一個(gè) 處于 打開(kāi)狀態(tài)，其他關(guān)閉，因?yàn)樵跍囟瓤刂葡到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)在同一個(gè)循環(huán)內(nèi)