【正文】 、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。使用它進行原理研究、設計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。 因此，研究直流電機基于虛擬儀器的調 速控制有著非常重要的意義。大學研究開發(fā)的熱點。電力電子技術幾個方面展開。近年來研究的很熱門的有自適應控制算法、模糊控制算法、神經網絡控制算法、魯棒控制理論等等。 PID控制是一種成熟的經典控制方法之一， PID 控制器以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一，是實際工程應用最為廣泛的調節(jié)器 ，經過半 個多世紀的演練， PID控制已從原有的模擬 PID控制發(fā)展到現(xiàn)在的數字 PID控制，使得 PID 控制具有很大的靈活性和很 強的適用性。 MATLAB是美國 MathWorks公司出品的商業(yè) 數學軟件 ，用于算法開發(fā)、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán) 境，主要包括 MATLAB 和 Simulink 兩大部分 ，是國際、國內控制領域內最流行的計算和仿真軟件，功能強大，工具箱豐富。 電力電子技術方面，脈沖寬度調制（ Pulse Width Modulation， PWM）作為一種非常成熟的模擬控制方式，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制欲變換的許多領域中，主要應用于電力電子技術行業(yè)，具體講包括風力發(fā)現(xiàn)、電機調速、直流供電等 領域。 2 系統(tǒng)整體設計 系統(tǒng) 整體 設計方案 本設計是基于虛擬儀器開發(fā)設計平臺 LABVIEW和 AT89C51單片機的直流電動機調速系統(tǒng)，利用 PC 上位機軟件實現(xiàn)直流電機速度的調節(jié)并監(jiān)控直流電機的實時運行狀態(tài)。 下位機采用的是 AT89C51 單品機作為控制板的核心處理器，單片機通過接收轉速信號采集電路反饋的轉速信號來計算轉速，然后通過串口通信將其傳送到上位機，經過上位機的 PID 調節(jié)，接受上位機返回的調節(jié)信號，改變輸出的 PMW波的占空比，最后經由驅動電路送至電機從而達到調節(jié)直流電動機轉速的目的。另外， LABVIEW 平臺采用的是圖形化的編程方式，比一般純文本編程軟件更加簡單，且其界面美觀，處理結果也可以直接在前面板中進行描述，便于控制者更直觀地監(jiān)控、分析數據。 上位機功能的實現(xiàn) （ 1） 控制算法 本系統(tǒng)的 上位機由 LabVIEW 平臺開發(fā)的軟件實現(xiàn)，由于上位機承擔著最主要的 PID 控制算法的任務，其實現(xiàn)的方式就是應用 LabVIEW 平臺自身包含的 PID工具包來編寫程序。我們可以再 LabVIEW 中 的 Instrument I/O 中的 Serial 找到與串口 VI 相對應的模塊，其中比較常用的是 VISA Configure Serial Port、 VISA Write、 VISA Read 等模塊，分別實現(xiàn)串口設置、串口寫、串口讀等功能。編程中最關 鍵的是對這幾個通信子VI屬性的設置和通信流程圖的連接。其主要任務有：與上位機進行串口通信；發(fā)送 PWM波來調節(jié)直流電機的轉速；接受反饋的電機轉速的信號并計算出電機的轉速 。 （ 2） PWM 波的產生 PWM 信號的產生通常有兩種方法：一種是硬件的方法；一種是軟件的方法。 設計思路是： 固定單片機輸出 PWM波的周期，然后通過執(zhí)行延時子程序改變高電平輸出的時間和低電平輸出的時間比，即可產生不同占空比的 PWM 波。通過 單片機內部的定時器 T0來 定時，然后用外部中斷 INT1 來記接收到的反饋脈沖的數量 ， 通過在一定時間內 接收到 的脈沖數來算出轉速。這里的“虛擬”有兩層含義： （ 1） 虛擬的儀器面板 在虛擬儀器里由軟件在計算機顯示器上生成類似于真實儀器的操作面板，物理的開關、旋鈕、案件以及數碼管等顯示器件都是由于實物外觀很相似的圖形控件來代替，操作人員通過鼠標或者鍵盤操作軟件界面中的這些空間來完成一期的控制。它不僅能實現(xiàn)串通一氣的測量功能，也能實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器不能 實現(xiàn)或者很難實現(xiàn)的一些數據處理功能，如 FFT 分析、小波分析、數字濾波、回歸分析、統(tǒng)計分析等。 一臺性能優(yōu)良的虛擬儀器不僅可以實現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的大部分功能，而且在許多方面有傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)點，如使用靈活方便、功能豐富、價格低廉、可以一機多用、可重復開發(fā)等。而虛擬儀器可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復雜的功能。 （ 2） 在通用硬件平臺確定后，由軟件取代傳統(tǒng)儀器中的硬件來完成儀器的功能。 （ 4） 儀器的改進和功能擴展只需要更新相關軟件設計，而不需要購買新的儀器。 （ 6） 虛擬儀器開放、靈活，可與計算機同步發(fā)展，與網絡及其它周邊設備互聯(lián)。它可以把復雜、繁瑣、費時的語言 編程簡化為用菜單或圖標提示的方法選擇功能（圖形），用仙臺哦將各種功能（圖形）連接起來的簡答圖形編程方式，為沒有編程經驗的用戶進行編程、差錯、調試提供了簡單方便、完整的環(huán)境和工具，尤其適合于從事科研、開發(fā)的科學家和工程技術人員使用。 而且 LabVIEW 與其它計算機語言相比，有一個特別重要的不同點：其它計算機語言都是采用基于文本的語言產生代碼行，而 LabVIEW 采用圖形化編程語言 —— G 語言，產生的程序是框圖的形式，易學易用，特別適合硬件工程師、實驗室技術人員、生產線工藝技術人員的學習和使用，可在很短的時間內掌握并應用到實踐中區(qū)。 LabVIEW 的功能十分強大。 LabVIEW 也有完善的仿真、調試工具，如設置斷點、單步執(zhí)行等。 LabVIEW 編程基礎 所有的 LabVIEW 程序（即虛擬儀器 VI）都是由前面板和框圖構成的。 前面板（ Front Panel） 在 LabVIEW 中，前面板是虛擬儀器 VI 的圖形用戶界面，其中包含著旋鈕、按鈕、圖表等控件（ Control）、指示器（ Indictor），用來接收用戶的輸入以及顯示程序的輸出。 （ 1） 框圖（ Block Diagram） 框圖與圖元（ Icons）儀器包含著虛擬儀器圖形方式的源代碼?？驁D中可以包括 LabVIEW 內部的虛擬儀器庫函數（ Function）、結構（ Structure），還可以包括與前面板的控件、指示器有關的接線端子 。 ○1 工具選項板 工具選項板既可以用在前面板設計時，也可以用在框圖設計時，它包括了創(chuàng)建、編輯、調試前面板及框圖對象的一些工具 ○2控件選項板 該選項板用在前面板設計時，其中包括了創(chuàng)建用戶界面時所需要的各種控件、指示器 ○3函數選項板 函數選項板用于框圖設計時，其中包括了對 VI 進行編程時可使用的一些標準模塊，如算術運算、文件 IO、儀器 IO 數據采集等模塊 ○4數據流圖（ Dataflow） 用 LabVIEW 創(chuàng)建的 VI 是按一定的數據流動模型來執(zhí)行的。由此連接關系決定了程序執(zhí)行 過程的數據流動。 4 系統(tǒng)硬件設計 單片機外圍電路設計 單片機最小系統(tǒng)設計 本設計采用 ATMEL 公司的 8 位 51 單片機 AT89S52，設計的最小系統(tǒng)如圖 其功能主要有供給單片機時鐘源、復位電路。本設計一方面基于串口通信 ，為了保持串口通信的正確性，采用 12MHz 頻率的晶振，能更好的匹配串口發(fā)送速率，保持數據的正確性；另一方面，采用 12MHz 頻率的晶振也能達到比較精確的軟件定時。上電復位原理為單片機上電后，電容充電，充電期間，給 RST 引腳高電平，引發(fā)單片機復位，充電完成后，RST 接低電平，單片機正常工作。放電期間， RST 接高電平，引發(fā)單片機復位。 單片機外圍電路設計 前文中已經給出了系統(tǒng)下位機功能實現(xiàn)的設計方案。根據 P3 口的第二功能，本設計中采用 RXD（串行輸入口）和 （串行輸出口）來完成與 PC 機的串口通信；通過 （ 外部中斷 1）來接收測速電路反饋的速度信號。作為輸出口，每位能驅動 8 個 TTL 邏 輯電平。 本設計中， 和 用來輸出去往驅動電路的高低電平， 輸出 PWM波信號。根據不同三極管對的導通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機，從而控制電機的轉向。 OUT1OUT2PWMPulseTXDRXD+5VGND30PFC230PFC3X11KR110KR210uFC1S1SWPB+5V 1K 1K 1K12345678RST91011121314151617XTAL218XTAL119GND202122232425262728PSEN29ALE/PROG30EA/VPP313233343536373839VCC40U1AT89S52Q2 Q4Q1 Q3MM+ + L298N 的引腳圖如圖所示，各個引腳的功能如表所示 引腳 符號 功能 1 15 SENSING A SENSING B 此兩端與地連接電流檢測電阻，并向驅動芯片反饋檢測到的信號 2 3 OUT