【正文】 是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。當(dāng) 4N25 的 2 端口接高電平的時(shí)候繼電器接通電熱絲，開始加熱，通過改變加載到輸出端 周期方波的占空比的方式來改變電熱絲的功率，最終實(shí)現(xiàn)使電熱杯中的水的溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。雖然電磁繼電器有一定的電氣隔離作用，但是還是不能防止干擾竄入數(shù)字系統(tǒng)當(dāng)中，所以還必須在前面接一級(jí)光電隔離。 溫度芯片 DS18B20 轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度高，與微處理器的接口簡(jiǎn)單，給硬件設(shè)計(jì)工作帶來了極大的方便，能有效地降低成本，縮短開發(fā)周期 控制電路 此部分 用于在閉環(huán)控制系統(tǒng)中對(duì)被控對(duì)象實(shí)施控制，此處被控對(duì)象為電爐絲，采用對(duì)加在電爐絲兩端的電壓進(jìn)行通斷的方法進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)水加熱功率的調(diào)整，從而達(dá)到對(duì)水溫控制的目的?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。 176。 C，在 10~+85176。 圖 5. DS18B20 的連接 DS18B20 支持“一線總線”接口，測(cè)量溫度范圍為 55176。本系統(tǒng)使用溫度芯片也正是順應(yīng)了這一趨勢(shì)。使用集成芯片，能夠有效的減小外界的干擾，提 8 高測(cè)量的精度，簡(jiǎn)化電路的結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的控制主體為計(jì)算機(jī)，因此系統(tǒng)的人機(jī)接口為鍵盤和顯示器，人機(jī)接口良好，系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。為了實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)測(cè)量和控制， 本系統(tǒng)采用了計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的控制中心，上位機(jī)為虛擬儀器軟件 LabVIEW，由溫度芯片 DS18B20將溫度的數(shù)字量傳到單片機(jī)，單片機(jī)再將溫度量通過串口發(fā)送到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)接收到信號(hào)后，對(duì)數(shù)字量進(jìn)行處理和控制運(yùn)算，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存，實(shí)時(shí)顯示出測(cè)量溫度并在顯示器上顯示出溫度曲線和系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。就可以達(dá)到比較好的控制精度。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中要求信號(hào)的控制信號(hào)的給出要及時(shí)，所以在目前的過程控制系統(tǒng)中較少采用自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制方法和模糊控制算法。 自適 應(yīng)控制、最優(yōu)控制方法以及模糊控制算法是建立在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，在實(shí)時(shí)過程控制中，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難于建立，系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用控制理論進(jìn)行綜合分析要花很大代價(jià)，主要是時(shí)間。 ② 根據(jù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化理論得到的自適應(yīng)控制和最優(yōu)控制方法。單片機(jī)的運(yùn)算規(guī)則稱為控制法則或控制算法。如圖 3，該控制系統(tǒng)是把輸出量檢測(cè)出來，經(jīng)過物理量的轉(zhuǎn)換，再反饋到輸入端去與給定量進(jìn)行比較（綜合），并利用 控制器形成的控制信號(hào)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)繼電器對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行控制，抑制內(nèi)部或外部擾動(dòng)對(duì)輸出量的影響，減小輸出量的誤差，達(dá)到控制目的。對(duì)一個(gè)控制系統(tǒng)而言， 只要參數(shù)選擇適當(dāng) ,都能取得較好的控制效果。 積分作用可消除被調(diào)量的穩(wěn)態(tài)誤差，但可能會(huì)使系統(tǒng)振蕩甚至使系統(tǒng)不穩(wěn)定； 微分作用能有效的減小動(dòng)態(tài)偏差。 可見溫度 PID 調(diào)節(jié)器有三個(gè)可設(shè)定參數(shù)，即比例放大系數(shù) pK 、積分時(shí)間常數(shù) iK 、微分時(shí)間常數(shù) dK 。 由圖可知 PID 調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器是將設(shè)定值 w 與實(shí)際輸出值 y進(jìn)行比較構(gòu)成偏差 圖 2 模擬 PID 控制 ywe ?? 并將其比例、積分、微分通過線性組合構(gòu)成控制量。在工業(yè)過程控制中 90%以上的控制系統(tǒng)回路具有 PID 結(jié)構(gòu)，在目前的溫度控制領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，即使在科技發(fā)達(dá)的日本，PID 在其溫度控制應(yīng)用中仍然占 80%的比例。在這里對(duì)一些控制器的特性做一簡(jiǎn)要的介紹，以便選擇一種適合與本系統(tǒng)的控制算法。 加熱控制部分 本設(shè)計(jì)采用電磁式繼電器的通斷來控制電熱杯的加熱，電路簡(jiǎn)潔，且能達(dá)到系統(tǒng)控制的精度，在輸出上接一級(jí)光耦，電源線與地線和單片機(jī)電源線、地線分接，有效的防止了交流電、繼電器開 啟與閉合期間對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的干擾 溫度控制算法部分 溫度是一個(gè)普通而又重要的物理量，在許多領(lǐng)域里人們需對(duì)溫度進(jìn)行測(cè)量和控制。 （ 2）方案二：采用單片機(jī)加計(jì)算機(jī)，單片機(jī)作為溫度的采集，將信 號(hào)通過串口發(fā)到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)處理接收到的信號(hào)，將溫度值、溫度曲線、運(yùn)行狀態(tài)顯示在顯示器，其次通過串口發(fā)出控制信號(hào)，單片機(jī)接收到控制信號(hào)，控制繼電器工作。 所以此部分選擇方案二。 ⑵ 方案二：采用數(shù)字溫度芯片 DS18B20,它的電路連接非常簡(jiǎn)單，只需一個(gè) I/O 口，且精度非常高， 12 位的轉(zhuǎn)換精度可達(dá)到 攝氏度，不需要 AD 轉(zhuǎn)換，讀出的就是真實(shí)的溫度值的二進(jìn)制數(shù)。它們選取的好壞將直接影響著整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)效果的優(yōu)劣，所以這是一項(xiàng)不容怱視的工作。在這個(gè)部分我主要是對(duì)控制器的確定和控制算法的選擇作一個(gè)詳細(xì)的介紹。除此之外，根據(jù)題目要求，還要選取合適的控制算法來達(dá)到系統(tǒng)參數(shù)的要求。過程控制系統(tǒng)的組成部分有：控制器、執(zhí)行器、被控對(duì)象和測(cè)量變送單元，其框圖如圖 1所示。 (6)加熱狀態(tài)顯示和定時(shí)加熱。 ⑷顯示水的實(shí)際溫度。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。 隨著虛擬儀器的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)控制外部器件變得更加的簡(jiǎn)單，虛擬儀器界的權(quán)威的 LabVIEW，用虛擬儀器來控制已經(jīng)運(yùn)用到實(shí)際生產(chǎn)中。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。 溫度、壓力，流量和液位是四種最常見的過程變量，其中溫度是一個(gè)非常重要的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以 及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。成熟產(chǎn)品主要以“點(diǎn)位”控制及常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應(yīng)一般溫度系統(tǒng)控制，難于控制滯后復(fù)雜時(shí)變溫度系統(tǒng)控制，而且適應(yīng)于較高控制場(chǎng)合的智能化、自適應(yīng)控制儀表國(guó)內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。 溫度控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用雖然已經(jīng)十分廣泛，但從國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的溫度控制器來講，總體發(fā)展水平仍然不高，同國(guó)外的日本、美國(guó)、德國(guó)等先進(jìn)國(guó)家相比 ，仍然有著較大的差距。 關(guān)鍵詞 : LabVIEW； AT89S52； DS18B20； 溫度 控制； VISA Tank temperature control system design and production Abstract: This paper introduces the LabVIEW at the core of the temperature control system theory and design methods. AT89S52 Singlechip as a temperature acquisition and relay control device. DS18B20 temperature signal acquisition and digital signal transmitted to the singlechip, singlechip digital signal through the serial port to the PC, the use of PC puting power and processing capacity, the temperature display and control the work of the relay. This paper described the control system hardware and software of the control system have been tested and high precision, stable operation. This system is suitable for industrial control. Keywords: LabVIEW； AT89S52； DS18B20； temperature control； VISA 2 0 引言 由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及自動(dòng)控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動(dòng)下，國(guó)外溫度控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化自適應(yīng)參數(shù)自整定等方面取得成果。本 文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分，經(jīng)測(cè)試系統(tǒng)的控制精度高，運(yùn)行穩(wěn)定。 AT89S52單片機(jī)作為溫度的采集與繼電器的控制器件。 完成期限和采取的主要措施： 在 2021 年 5 月 30 號(hào)之前完成設(shè)計(jì)的制作和論文的撰寫，為使設(shè)計(jì)速度加快，主要措施是：首先了解設(shè)計(jì)的主要原 理，找到相應(yīng)的資料，多問老師和同學(xué)；其次使用 EDA 設(shè)計(jì)方法，利用 Proteus仿真單片機(jī)， Multisim 仿真模擬與數(shù)字電路，這樣會(huì)使前期設(shè)計(jì)時(shí)間大大縮短；其次，本設(shè)計(jì)要制作出實(shí)物，就要焊接和調(diào)試，所以就要加強(qiáng)動(dòng)手能力的培養(yǎng)。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中要求信號(hào)的控制信號(hào)的給出要及時(shí)，所以在目前的過程控制系統(tǒng)中較少 采用自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制方法和模糊控制算法。 自適應(yīng)控制、最優(yōu)控制方法以及模糊控制算法是建立在精確的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上的，在實(shí)時(shí)過程控制中，由于控制對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難于建立，系統(tǒng)參數(shù)經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用控制理論進(jìn)行綜合分析要花很大代價(jià)，主要是時(shí)間。 ② 根據(jù)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化理論得到的自適應(yīng)控制和最優(yōu)控制方法。溫度是一個(gè)普通的過程變量，此設(shè)計(jì)非常適 合于以計(jì)算機(jī)為控制主體的工業(yè)控制。 (6)加熱狀態(tài)顯示和定時(shí)加熱。 ⑷顯示水的實(shí)際溫度。 ⑵ 環(huán)境溫度降低時(shí)溫度控制的靜態(tài)誤差≤ 1℃。水溫可以在一定范圍內(nèi)由人工設(shè)定，并能在環(huán)境溫度降低時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整，以保持設(shè)定的溫度基本不變。此系統(tǒng)適合于工業(yè)控制。 溫度信號(hào) DS18B20 采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)，單片機(jī)通過串口將數(shù)字信號(hào)送到 計(jì)算機(jī) ，利用 計(jì)算機(jī) 強(qiáng)大的運(yùn)算與處理能力 ,將溫度顯示，并控制繼電器工作。 III 任務(wù)書 一 . 論文（設(shè)計(jì)）的主要內(nèi)容 本文介紹了以 LabVIEW 為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。 河西學(xué)院 物電 系指導(dǎo)教師指導(dǎo)畢業(yè)論文情況登記表 ..................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 河西學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書 .................................................................................... III 河西學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開題報(bào)告 .................................................................................... IV 水箱恒溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與制作 ....................................................................................................... 1 摘要 .............................................................................................................................................. 1 關(guān)鍵詞 .......................................................................................................................................... 1 0引言 ........................................................................................................................................... 2 1系統(tǒng)方案 .................................................................................................................................... 3 水溫控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 ......................................................................................... 3 ............................................................................................. 3