【正文】 l Tookit，即可在LabVIEW中生成該工具包。PID Output ，以保證外部接受控制信號部件的安全。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 PID Lead/。 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)。安裝NI光盤Tookit Software中的LabVIEW PID Control Tookit，即可在LabVIEW中生成該工具包。由于其使用極其方便，所以本設(shè)計采用你進行PID和模糊控制。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。這些都是LabVIEW中與儀器通信需要用到的工具。清空VISA resource name指定的串口的輸入輸出緩沖區(qū) 本章小結(jié)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(wǎng)接口硬件方面做了簡單的說明。設(shè)置VISA resource name指定的串口的輸入輸出緩沖區(qū)大小結(jié)束與VISA resource name指定的串口資源之間的會話查詢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)向VISA resource name指定的串口發(fā)送一個暫停信號將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指定的串口初始化VISA resource name指定的串口通訊參數(shù)VI功能 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。 VISA 本身不提供儀器編程功能。 VISA簡介 VISA是NI公司發(fā)布的為統(tǒng)一軟件標準的驅(qū)動軟件體系結(jié)構(gòu)。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圖標來進行驅(qū)動。 LabVIEW支持的GPIB、VXI、標準串口I/O儀器的驅(qū)動 通常LabVIEW有兩張安裝光盤，其中一張就是設(shè)備驅(qū)動盤，它包含了一個儀器驅(qū)動庫，該庫為NI生產(chǎn)的各種程控儀器（GPIB儀器、VXI儀器和串行儀器等）提供儀器驅(qū)動程序，例如HP34401A數(shù)字萬用表的儀器驅(qū)動程序。VISA：虛擬儀器標準體系結(jié)構(gòu)（Virtual Instrument Standard Architecture），NI公司研發(fā)的一種驅(qū)動軟件體系結(jié)構(gòu)。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(jié)構(gòu)和語法。也許還會看到其他一些標準如RS48RS422和RS432。美國儀器協(xié)會為串行通信提出的建議標準。LXI協(xié)會給予工業(yè)標準以太網(wǎng)技術(shù)，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。可以與許多不同的儀器協(xié)調(diào)工作的儀器驅(qū)動程序（用來控制外部儀器的軟件）標準。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。當需要更換新的儀器硬件時，只需要更新相應的驅(qū)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。儀器驅(qū)動程序模塊負責處理與某一專門設(shè)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(qū)動程序來使用這些儀器硬件。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。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。每個儀器模塊都有自己的儀器驅(qū)動器，廠商將儀器驅(qū)動以源代碼提供給用戶。并且，有時使用外部儀器也是可以的。 LabVIEW中的儀器控制和驅(qū)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。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(diào)用之。諾依曼式計算機體系結(jié)構(gòu)的執(zhí)行方式了。這些都是編程必須有的東西。 圖框被用來實現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(diào)用C語言編程的CIN節(jié)點等。對象端口被用來與程序前面板上的控制件或顯示件傳遞數(shù)據(jù)；常量端口只能在程序中作為數(shù)據(jù)流起點；全局變量和局部變量端口是LabVIEW用力啊傳遞數(shù)據(jù)的工具。在流程圖中隊VI進行編程，以實現(xiàn)程序的輸入和輸出功能流程圖由端口、節(jié)點、圖框和連線構(gòu)成。 LabVIEW后臺控制面板 后面板即是程序編輯窗口。 LabVIEW前臺顯示面板 程序前面板是圖形用戶界面，這一界面上有用戶輸入控制和輸出顯示兩類對象，用于模擬真實儀表的前面板。設(shè)計程序主要是在以下兩個窗口中進行的： 前面板設(shè)計窗口（Front Panel）：它是與用戶直接接觸的圖形用戶界面，即VI的虛擬儀器面板。 模糊子集 不僅可用隸屬度 來描述，也可用模糊向量（即隸屬度向量）來表示，即 下圖為模糊控制系統(tǒng)原理框圖。模糊子集可表示成 其中的U為論域（指被考慮過程的所有元素的全體）。它表示某一個元素與模糊子集 的關(guān)系（即隸屬度），并用 或 表示。模糊集合理論的核心是對復雜的系統(tǒng)或過程建立一種語言分析的數(shù)學模式，提供一個嚴格的數(shù)學框架，使日常生活中的自然語言能直接轉(zhuǎn)化為計算機所能接受的算法語言。 模糊控制的理論基礎(chǔ)是模糊集合理論，模糊集合是一種介于嚴格變量與定性間的數(shù)學表達形式，例如變量的數(shù)值分為正大（PL）、正中（PM）、正?。≒S）、零（O）、負小（NS）、負中（NM）、負大（NB）等。 ③系統(tǒng)的魯棒性強，尤其適用于時變、非線性、時延系統(tǒng)的控制。模糊控制同常規(guī)的控制方案相比，主要特點有： ①模糊控制只要求掌握現(xiàn)場操作人員或有關(guān)專家的經(jīng)驗、知識或操作數(shù)據(jù)， 不需要建立過程的數(shù)學模型，所以適用于不易獲得精確數(shù)學模型的被控過程，或其結(jié)構(gòu)參數(shù)不很清楚等場合。通常是一類缺乏精確數(shù)學模型的被控過程，采用模糊集合的理論，總結(jié)人們對系統(tǒng)的操作和控制經(jīng)驗。在和計算機這樣的數(shù)字控制器結(jié)合后，還出現(xiàn)了數(shù)字PID的設(shè)計方法，不過具體原理還是遵循于傳統(tǒng)。具體如何整定，根據(jù)不同的現(xiàn)場有所不同。實際運用中，有時也不需要用到全部的三個部分，只有比例控制單元是必不可少的。而且微分控制對噪聲干擾有放大作用，過強地調(diào)節(jié)微分項對系統(tǒng)抗干擾能力不利。所以如果微分時間選擇合適，可以減少超調(diào)和系統(tǒng)調(diào)節(jié)時間，使系統(tǒng)的動態(tài)性能大大提高。微分控制器的輸出和誤差信號的微分成正比，即，所以PD控制器的輸出有： 微分作用反映的是誤差信號的變化率，所以對系統(tǒng)控制具有預見性，能預見誤差的變化趨勢，因此能產(chǎn)生超前的控制作用。但是對時間的積分必將影響系統(tǒng)的快速動態(tài)性能，對于一些系統(tǒng)會出現(xiàn)超調(diào)過大的現(xiàn)象，嚴重的甚至引起系統(tǒng)崩潰。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小，直到等于零，以達到消除穩(wěn)態(tài)誤差的目的。 Kp誤差 比例控制I控制（積分控制） 由于P控制存在穩(wěn)態(tài)誤差需要手動復位，人們發(fā)現(xiàn)可以通過引入一個積分項來消除穩(wěn)態(tài)誤差。提高Kp值可以增加系統(tǒng)的開環(huán)增益，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，還能夠增加系統(tǒng)的快速性；但容易使系統(tǒng)的穩(wěn)定程度變差，振蕩變多。P控制（比例控制） 如果控制器的輸出僅僅與誤差成正比關(guān)系，即u(t)= Kpε(t)，便構(gòu)成了一個比例控制器，可見比例控制器實際上是一個增益可調(diào)的放大器。PID控制器執(zhí)行機構(gòu)被控對象測量裝置期望值輸出反饋 PID控制系統(tǒng)PID顧名思義，就是根據(jù)系統(tǒng)誤差利用比例，微分，積分計算出控制量進行控制。當被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全被掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制理論的其它技術(shù)難以采用，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時應用PID控制技術(shù)最為方便。 PID(Proportional Integral Derivative比例微分積分)控制是控制工程中技術(shù)成熟，應用廣泛的一種控制策略，它經(jīng)過長期工程實踐，已形成了一套完整的控制方法和典型的結(jié)構(gòu)。對于被控制的對象，其本身的物理結(jié)構(gòu)和工作過程是一定的，在給定信號作用時，對象的輸出并不一定能滿足系統(tǒng)的性能要求，所以需要加入一個控制器。同時，通過計算機串口采樣輸入信號，利用LabVIEW中的PID控制算法，求出系統(tǒng)輸出信號的大小，再由串口將輸出信號傳輸至外部溫度控制電路，以實現(xiàn)溫度控制。該系統(tǒng)集計算機、強大的圖形化編程軟件和模塊化硬件于一體，建立靈活且以計算機為基礎(chǔ)的測量及控制方案，構(gòu)建出滿足需要的系統(tǒng)。結(jié)合上NI為工業(yè)控制而開發(fā)的PID和模糊邏輯控制包，可以輕松地實現(xiàn)PID或模糊控制。這是因為市面上(大陸)的教科書使用ICC AVR作為例程的較多，集成代碼生成向?qū)Вm然它的各方面性能均不是特別突出，但使用較為方便；而AVR Studio集軟硬件仿真、調(diào)試、下載編程于一體，有效彌補了ICC AVR仿真能力的不足，同時還可以有效地對程序進行調(diào)試。軟件選擇包括下位機程序的編譯軟件和上位機的編程軟件。由于單片機的工作電平TTL電平，它要與計算機上的串口進行通信，就必須轉(zhuǎn)換成相應的計算機串口電平，也就是RS232電平。通信部分，由于溫度變化并不是一個很快的過程，所以并不需要很高的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送速度。該固態(tài)繼電器為過零型繼電器，在電流過零時導通，過零時關(guān)斷。GTJ242A系列產(chǎn)品用于可編程序控制，各種自動化控制裝置及計算機輸出控制接口等；用于各種需雙路控制的場合。DQ 單數(shù)據(jù)總線 DS18B20引腳功能： F ~+257176。C ~+125176。 ?? 可選擇寄生工作方式。 ?? 最高12位分辨率。 DS18B20的主要特征： ?? 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。由于其測溫分辨率較高(12位)，因此對時序及電特性參數(shù)要求較高，必須嚴格按照時序要求操作。DS18B20與單片機的接口簡單，只需將信號線與單片機的一位雙向端口相連即可 。數(shù)字式溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS公司推出的一種可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器，采用1wire總線接口，測溫范圍為55℃—+125℃，精度可達0．067 5℃ ，最大轉(zhuǎn)換時間為200ms 。其中C編譯器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C語言編譯器由于它具有功能強大、 運用靈活、代碼小、運行速度快等先天性的優(yōu)點，使得它在專業(yè)程序設(shè)計上具有不可代替的地位。AVR的單片機可以廣泛應用于計算機外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域，它與51單片機、PIC單片機相比具有一系列的優(yōu)點：(1)在相同的系統(tǒng)時鐘下AVR運行速度最快；(2) 芯片內(nèi)部的Flsah、EEPROM、SRAM容量較大；(3)所有型號的Flash、EEPROM都可以反復燒寫、全部支持在線編程燒寫(ISP)；(4)多種頻率的內(nèi)部RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，零外圍電路也可以工作；(5)每個IO口都可以以推換驅(qū)動的方式輸出高、低電平，驅(qū)動能力強；(6)內(nèi)部資源豐富，一般都集成AD、DA模數(shù)器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、豐富的中斷源等。所以，本設(shè)計選擇Atmel公司生產(chǎn)的ATMega16八位高性能微處理器。在下位機控制器上，由于需要采用PWM技術(shù)對加熱裝置進行控制，而傳統(tǒng)的51系列單片由于其內(nèi)部并不具有專門的PWM模塊，當從上位機發(fā)送控制數(shù)據(jù)時，就必須采取中斷才能執(zhí)行這個過程。固態(tài)繼電器的交流端就會因為通斷而控制水泥電阻工作與否，以此達到控制溫度的目的。然后在上位機中進行處理和顯示，通過PID或者模糊算法，計算出要輸出的控制量，再由串口將數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機，交由下位機處理。 上位機界面 硬件實物圖2 溫度控制設(shè)計方案 本設(shè)計采用LabVIEW和AVR單片機組成系統(tǒng)的主要模塊。（4）使用LabVIEW編寫PID控制程序，能實現(xiàn)對溫度的比較準確的控制。（2）通過某種通信協(xié)議，將采集到的溫度送往上位機進行顯示和處理。最后將談一下自己的系統(tǒng)制作和調(diào)試過程中的一些問題和解決方法。在第四章中，將討論LabVIEW的儀器控制和驅(qū)動。