基于LABVIEW智能温度测控仪表设计.pptVIP

基于LABVIEW的智能温度测控仪表的设计 温度测控仪表的总体设计 1. 系统主要实现的功能 (1)实现单片机与PC机的串口通信，能及时地将温度数据传给PC机，并将运算得到的控制量输出。 (2)实现基于遗传算法的PID控制器，能对电烤箱的温度进行实时测控。 (3)测试和控制参数的显示：如测试时间、设定温度、当前温度等，当温度超出某个范围进行报警等。 (4)烤箱温度实时控制曲线及统计直方图的显示，而且具有数字显示和波形图显示。 (5)测试结果的数据处理与分析：可以进行在线分析和离线分析。当采集或读入数据后，可选用不同的滤波器进行数字滤波。 (6)测试结果的数据保存：将采集到的数据保存在数据库中，并在数据库中加入数据创建的时间等信息，便于数据采集后的读取与处理。 2.系统设计原则 本论文研究开发的是基于LabVIEW的智能温度测控系统，要开发出好的测控系统，首先要对整个系统进行总体设计。在本设计开发中主要考虑了以下几个原则： (1)从整体到部分的设计原则。 (2)可扩展性原则。 (3)经济性原则。 (4)可靠性原则。 (5)易操作性原则。 (6)可移植性原则。 系统总体设计方案 本论文设计开发的基于LabVIEW的智能温度测控系统，根据从总体到局部的设计原则，通过对系统功能的分析，将整个系统分解为实现不同功能的几个部分，然后分别对每个部分设计。为了能够实现电烤箱温度测控系统所提出的各项具体功能，可以将整个系统分解为上位机和下位机两个部分：上位机为装有LabVIEW等软件的PC机，下位机为单片机及外围电路组成的小系统。系统总体设计框图如图1所示 被控对象的数学建模 被控对象的机理法建模 本论文的被控对象为电烤箱，将电烤箱箱内的温度作为唯一变量。通过机理法建模，我们可以知道电烤箱为纯滞后的一阶对象，而且可以求得被控对象的传递函数的形式为： 阶跃响应曲线法建模 阶跃响应曲线法是对处于开环、稳态的被控过程，使其输入量作相应变化，测得被控过程的阶跃响应曲线，然后再根据阶跃响应曲线，求出被控对象输入与输出之间的动态数学关系—传递函数。确定ζ和T的方法，是把达到39%和63.2%响应的时间读出来，分别用t0.39和t0.632来表示，按下式计算： 各种PID控制的仿真结果比较 温度测控仪表的硬件设计 系统硬件框图如图6所示，由以下几个部分组成：装有LabVIEW等软件的计算机，AT89S52单片机，电平转换电路MAX232，温度采集电路（DS18B20温度传感器；K型热电偶、信号调理电路、A/D转换电路），温度控制电路(固态继电器)。 放大电路设计 由于热电偶输出的信号非常小，为毫伏级，0-24.902mV，A/D转换所需的电压范围为0-5伏，因此需将其放大至少200倍。热电偶信号的放大电路由低温漂、低偏置电流、高共模抑制比、低噪的精密仪表放大器AD620为核心，加上激励电源电路、零位调整电阻、增益调整电阻、输出限幅保护电路等组成。系统的放大电路如下图所示 ： 滤波电路设计 滤波电路作为信号调理电路的第二级，作用主要是对放大之后的热电偶信号进行滤波。热电偶信号变化非常缓慢，在本系统中采用二阶有源低通滤波来滤去信号中的干扰和噪声信号。其中无源器件选用低噪声、高精度、价格低廉的运算放大器OP07。 滤波电路图如下图所示： A/D转换电路 A/D转换电路功能是将传感器测输出的模拟信号转换为数字信号，再送入单片机中，单片机便可对这些数据进行处理。本系统选择的是MAXIM公司的多量程、8通道的12位并行A/D转换器MAX197，它是并行总线A/D芯片，采用逐次逼近工作方式，能把模拟信号转换为12位数字量输出，输出采用的是并行输出，容易与单片机连接 控制电路设计 在本系统中控制电路原理图如下图所示，由于AT89S52单片机I/O端口的驱动能力只有十几mA，达不到固态继电器的驱动要求，故需增加一个三极管来提高驱动电流。 电平转换电路 本系统选用MAX232作为串口通信电平转换芯片，该芯片是由MAXIM公司推出的一款兼容RS232标准的芯片。由于计算机串口RS232电平是-10v~+10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0~+5v，因此在进行计算机与单片机进行串行通信时需要使用MAX232来进行电平转换，电路图如下图所示： 单片机及其部分外围电路 ATMEL公司的AT89系列单片机，不仅在指令上，而且在管脚上都兼容Intel公司的MCS-51系列的单片机，并在片内存储器、振荡电路、功耗、软件加密以及内置看门狗等技术水平上均有很大程度的提高。因此，本设计选用了ATMEL公司的8位单片机AT89S52作为本系统的下位机。AT89S52单片机及其部分外围电路如右图所示 温度测控仪表软件总体设计 本温度