智能水温控制系统设计（以LabVIEW为核心）.doc

15河西学院本科生毕业论文（设计）诚信声明I目录II河西学院本科生毕业论文（设计）任务书IV河西学院本科毕业论文（设计）开题报告VI水箱恒温控制系统设计与制作1摘要1关键词10引言21系统方案31.1 水温控制系统设计任务和要求31.2水温控制系统关键部分确定31.2.1温度采集部分31.2.2控制主体部分41.2.3加热控制部分41.2.4温度控制算法部分41.3 总体设计框图72单元硬件电路设计72.1测温部分电路72.2控制电路82.3串行通信电路93系统软件设计103.1下位机（AT89S52）程序103.1.1下位机（AT89S52）主程序103.1.2系统初始化103.1.3温度采集103.1.4串行通信123.1.5 继电器控制123.2上位机（LabVIEW）程序设计133.2.1 LabVIEW简介133.2.2 VISA 概述133.2.3前面板设计143.2.4主程序设计144系统调试164.1 继电器测试164.2分段线性参数的整定164.3系统测试164.3.1测试环境164.3.2测试方法164.3.3测试数据174.3.4系统误差分析175结论17设计心得18参考文献18致谢18附录1 单片机源程序19附录2 LabVIEW程序框图25附录3单片机系统电路27附录4设计实物图28文献综述29河西学院本科生毕业论文（设计）题目审批表- 1 -河西学院 物电 系指导教师指导毕业论文情况登记表- 2 -河西学院毕业论文（设计）指导教师评审表- 3 -任务书一. 论文（设计）的主要内容本文介绍了以LabVIEW为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。AT89S52单片机作为温度的采集与继电器的控制器件。温度信号DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机，单片机通过串口将数字信号送到计算机，利用计算机强大的运算与处理能力,将温度显示，并控制继电器工作。本文中介绍了该控制系统的硬件部分和软件部分，经测试系统的控制精度高，运行稳定。此系统适合于工业控制。二. 论文（设计）的基本要求该系统为一实验系统，系统设计任务：设计一个水温自动控制系统，控制对象为容积1L的电热杯，功率400W。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。系统设计具体要求： 温度设定范围为3099。 环境温度降低时温度控制的静态误差1。采用适当的控制方法，当设定温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。显示水的实际温度。 实时打印出水温曲线。(6)加热状态显示和定时加热。三. 论文(设计)进度安排阶段论文（设计）各阶段名称起止日期1论文题目的确定08.11.20-08.11.222系统硬件方案的确定08.11.23-08.11.263硬件资料的搜集08.11.27-08.12.34系统硬件电路的焊接08.12.4-08.12.65系统软件电路的设计08.12.7-08.12.156系统的检测与调试08.12.16-08.12.177论文的撰写08.12.18-08.12.22四.需收集和阅读的资料及参考文献（指导教师指定）1 LabVIEW中文资料；2 单片机串口通信资料；3 DS18B20资料以及其温度的读写规则4 常用的控制算法资料5 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编. 北京：北京理工大学出版社，20046 何立民.单片机中级教程 北京：北京航空航天大学出版社，20037 潘新民.王燕芳 微型计算机控制技术. 北京：电子工业出版社，2008开题报告选题的根据：为了达到恒温的目的，采用产生PWM波调节功率，进而调节水温，采用串行总线实现计算机与单片机之间的通信，温度采集采用集成数字温度传感器。温度是一个普通的过程变量，此设计非常适合于以计算机为控制主体的工业控制。常用的控制算法有： 经典的比例积分微分控制算法。 根据动态系统的优化理论得到的自适应控制和最优控制方法。 根据模糊集合理论得到模糊控制算法。自适应控制、最优控制方法以及模糊控制算法是建立在精确的数学模型基础上的，在实时过程控制中，由于控制对象的精确数学模型难于建立，系统参数经常发生变化，运用控制理论进行综合分析要花很大代价，主要是时间。同时由于所得到的数学模型过于复杂难于实现。在实时控制系统中要求信号的控制信号的给出要及时，所以在目前的过程控制系统中较少采用自适应控制、最优控制方法和模糊控制算法。 本题目可采用分段线性的方法，实现简单，而且控制效果优良主要内容及其主要的研究方法：设计一水箱恒温控制系统，达到温度可设置，加热状态可显示，显示温度曲线，小的超调与短的调节时间，为使达到最优的控制，采用计算机与单片机共同的控制方法，上位机采用LabVIEW,下位机为单片机，控制灵活而方便，控制算法采用分段线性的方法。完成期限和采取的主要措施：在2009年5月30号之前完成设计的制作和论文的撰写，为使设计速度加快，主要措施是：首先了解设计的主要原理，找到相应的资料，多问老师和同学；其次使用EDA设计方法，利用Proteus仿真单片机，Multisim仿真模拟与数字电路，这样会使前期设计时间大大缩短；其次，本设计要制作出实物，就要焊接和调试，所以就要加强动手能力的培养。主要参考资料：1 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编. 北京：北京理工大学出版社，20042 何立民.单片机中级教程 北京:北京航空航天大学出版社，20033 潘新民.王燕芳.微型计算机控制技术. 北京：电子工业出版社，20084.岂兴明，周建兴，矫津毅LabVIEW 8.2中文版入门与典型实例人民邮电出版社2008水箱恒温控制系统设计与制作摘要：本文介绍了以LabVIEW为核心的温度控制系统的工作原理和设计方法。AT89S52单片机作为温度的采集与继电器的控制器件。温度信号由DS18B20采集，并以数字信号的方式传送给单片机，单片机通过串口将数字信号送到PC，利用PC强大的运算与处理能力,将温度显示，并控制继电器工作。本文中介绍了该控制系统的硬件部分和软件部分，经测试系统的控制精度高，运行稳定。此系统适合于工业控制。 关键词: LabVIEW；AT89S52；DS18B20；温度控制；VISATank temperature control system design and productionAbstract: This paper introduces the LabVIEW at the core of the temperature control system theory and design methods. AT89S52 Single-chip as a temperature acquisition and relay control device. DS18B20 temperature signal acquisition and digital signal transmitted to the single-chip, single-chip digital signal through the serial port to the PC, the use of PC computing 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；VISA0引言由于工业过程控制的需要，特别是在电子技术的迅猛发展，以及自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外温度控制系统发展迅速，并在智能化自适应参数自整定等方面取得成果。 目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。 温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面总体技术水平处于20世纪80年代中后期水平。成熟产品主要以“点位”控制及常规的PID控制器为主，它只能适应一般温度系统控制，难于控制滞后复杂时变温度系统控制，而且适应于较高控制场合的智能化、自适应控制仪表国内技术还不十分成熟，形成商品化并广泛应用的控制仪表较少。现在，我国在温度等控制仪表业与国外还有着一定的差距。温度、压力，流量和液位是四种最常见的过程变量，其中温度是一个非常重要的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制在工业领域应用非常广泛，由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点,它对控制调节器要求较高。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。尽管温度控制很重要，但是要控制好温度常常会遇到意想不到的困难。随着虚拟仪器的发展，用计算机控制外部器件变得更加的简单，虚拟仪器界的权威的LabVIEW，用虚拟仪器来控制已经运用到实际生产中。1系统方案 1.1 水温控制系统设计任务和要求该系统为一实验系统，系统设计任务：设计一个水温自动控制系统，控制对象为容积1L的电热杯，功率400W。水温可以在一定范围内由人工设定，并能在环境温度降低时实现自动调整，以保持设定的温度基本不变。系统设计具体要求： 温度设定范围为3099。 环境温度降低时温度控制的静态误差1。采用适当的控制方法，当设定温度突变时，减小系统的调节时间和超调量。显示水的实际温度。 实时打印出水温曲线。(6)加热状态显示和定时加热。 1.2水温控制系统关键部分确定水温控制系统是一个过程控制系统，在设计的过程中，必须明确它的组成部分。过程控制系统的组成部分有：控制器、执行器、被控对象和测量变送单元，其框图如图1所示。图1 过程控制组成框图由图可知，在这个系统的设计中，主要设计如图几个部分。除此之外，根据题目要求，还要选取合适的控制算法来达到系统参数的要求。对于执行器件、测量变送元件将在部分电路设计中有说明。在这个部分我主要是对控制器的确定和控制算法的选择作一个详细的介绍。因为这两部分是实现本系统控制目的的关键。它们选取的好坏将直接影响着整个系统实现效果的优劣，所以这是一项不容怱视的工作。 1.2.1温度采集部分 方案一：采用热敏电阻，半导体温度传感器（如AD590），铂电阻等，但是这些器件都是模拟器件，且输出的都是微弱信号，需要加信号的放大与调理，要变化单片机所能接收的数字量还必须加一级AD转换,得到的数字量经过转换才能得到真实的物理值,这些器件在小范围内是成线性,在更大的范围内是非线性的,所以要测量宽范围的温度必须加温度补偿电路。 方案二：采用数字温度芯片DS18B20,它的电路连接非常简单，只需一个I/O口，且精度非常高，12位的转换精度可达到0.0625摄氏度，不需要AD转换，读出的就是真实的温度值的二进制数。将两个方案一比较便可得出一个结论，采用DS18B20来实现本题目，不管是从电路上结构，温度的准确性上，都比方案一优越，虽然数字器件的转换时间要比模拟器件的长许多，但是测量像温度这种变化比较缓慢的信号，已经绰绰有余了。所以此部分选择方案二。1.2.2控制主体部分 （1）方案一：只采用单片机进行控制，单片机不但要负责温度的采集，转换，显示，还要负责温度的控制，单片机的连接和程序的编写将会很复杂。 （2）方案二：采用单片机加计算机，单片机作为温度的采集，将信号通过串口发到计算机，计算机处理接收到的信号，将温度值、温度曲线、运行状态显示在显示器，其次通过串口发出控制信号，单片机接收到控制信号，控制继电器工作。 通过以上比较，采用方案二，不但线路连接简单，而且显示生动形象，其次在微机上采用高级语言编程，实现起来就更加容易，要显示出温升曲线，采用单片机是不容易实现的。1.2.3加热控制部分本设计采用电磁式继电器的通断来控制电热杯的加热，电路简洁，且能达到系统控制的精度，在输出上接一级光耦，电源线与地线和单片机电源线、地线分接，有效的防止了交流电、继电器开启与闭合期间对数字系统的干扰1.2.4温度控制算法部分温度是一个普通而又重要的物理量，在许多领域里人们需对温度进行测量和控制。长期以来国内外科技工作者对温度控制器进行了广泛深入的研究，产生了大批温度控制器，如性能成熟应用广泛的PID调节器、智能控制PID调节器、自适应控制等。在这里对一些控制器的特性做一简要的介绍，以便选择一种适合与本系统的控制算法。 常规PIDPID在温度控制中已使用数十年，是一种成熟的技术，它具有结构简单、易于理解和实现，且一些高级控制都是以PID为基础改进的。在工业过程控制中90%以上的控制系统回路具有PID结构，在目前的温度控制领域应用十分广泛，即使在科技发达的日本，PID在其温度控制应用中仍然占80%的比例。其主要构成如图2所。由图可知PID调节器是一种线性调节器，这种调节器是将设定值w与实际输出值y进行比较构成偏差图2 模拟PID控制并将其比例、积分、微分通过线性组合构成控制量。其动态方程为： （1）其中-为调节器的比例放大系数-为积分时间常数-为微分时间常数PID调节器的离散化表达式为 （2）其中T为采样周期。可见温度PID调节器有三个可设定参数，即比例放大系数、积分时间常数、微分时间常数。比例调节的作用是使调节过程趋于稳定，但会产生稳态误差;积分作用可消除被调量的稳态误差，但可能会使系统振荡甚至使系统不稳定；微分作用能有效的减小动态偏差。采用PID控制，控制效果的好坏很大程度上取决于PID三个控制参数的确定。对一个控制系统而言， 只要参数选择适当,都能取得较好的控制效果。 自动控制方式为了实现温度的自动控制，必须要组成一定的系统结构。如图3，该控制系统是把输出量检测出来，经过物理量的转换，再反馈到输入端去与给定量进行比较（综合），并利用控制器形成的控制信号通过执行机构继电器对控制对象进行控制，抑制内部或外部扰动对输出量的影响，减小输出量的误差，达到控制目的。在此控制系统中，真正的，它对过程变量的实测值和设定位之间的误差信号进行运算然后给出控制信息。单片机的运算规则称为控制法则或控制算法。图3 自动控制框图常用的控制算法有以下几种： 经典的比例积分微分控制算法。 根据动态系统的优化理论得到的自适应控制和最优控制方法。 根据模糊集合理论得到模糊控制算法。自适应控制、最优控制方法以及模糊控制算法是建立在精确的数学模型基础上的，在实时过程控制中，由于控制对象的精确数学模型难于建立，系统参数经常发生变化，运用控制理论进行综合分析要花很大代价，主要是时间。同时由于所得到的数学模型过于复杂难于实现。在实时控制系统中要求信号的控制信号的给出要及时，所以在目前的过程控制系统中较少采用自适应控制、最优控制方法和模糊控制算法。本文采用分段线性的方法，这种方法简单易行，且系统的动态性能良好，响应速度快，达到了控制要求，不需要控制对象的系统模型，只需测出一些经验点，再拟合曲线，找出系统特性。就可以达到比较好的控制精度。1.3 总体设计框图本系统是一个简单的单回路控制系统。为了实现温度的自动测量和控制，本系统采用了计算机作为系统的控制中心，上位机为虚拟仪器软件LabVIEW，由温度芯片DS18B20将温度的数字量传到单片机，单片机再将温度量通过串口发送到计算机，计算机接收到信号后，对数字量进行处理和控制运算，同时将数据保存，实时显示出测量温度并在显示器上显示出温度曲线和系统的运行状态。根据系统程序控制，计算机进行分段线性运算以及输出控制，最终由计算机发出控制量，单片机接收到后，根据控制量控制加热回路电磁继电器的通断，达到调节功率的目的。系统的控制主体为计算机，因此系统的人机接口为键盘和显示器，人机接口良好，系统的硬件结构简单。图4 系统结构框图2单元硬件电路设计由总体框图可以看到，整个系统的控制中心为计算机，要完成单片机与微机之间数据的收发要借助于串行通信，而DS18B20为单总线结构，控制继电器也只需一个I/O因此本系统中单片机与外界的连线只有四根，所需的I/O口为：TXD（P3.0） ：串行数据发送口RXD（P3.1） ：串行数据接收口P2.7 ：控制输出口P3.3 : DS18B20数据收发口2.1测温部分电路这里我们用到温度芯片DS18B20。使用集成芯片，能够有效的减小外界的干扰，提高测量的精度，简化电路的结构。使用集成芯片，已经慢慢的成为设计电路的一种趋势。本系统使用温度芯片也正是顺应了这一趋势。DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。 图5. DS18B20的连接DS18B20支持“一线总线”接口，测量温度范围为 -55C+125C，在-10+85C范围内,精度为0.5C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量，如：环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。温度芯片DS18B20转换速度快，转换精度高，与微处理器的接口简单，给硬件设计工作带来了极大的方便，能有效地降低成本，缩短开发周期2.2控制电路此部分用于在闭环控制系统中对被控对象实施控制，此处被控对象为电炉丝，采用对加在电炉丝两端的电压进行通断的方法进行控制，以实现对水加热功率的调整，从而达到对水温控制的目的。对电炉丝通断的控制采用电磁式继电器，需要在线圈上加12V的电压，还需要足够的驱动电流才能控制继电器的闭合，所以还要加三极管进行电流放大。虽然电磁继电器有一定的电气隔离作用，但是还是不能防止干扰窜入数字系统当中，所以还必须在前面接一级光电隔离。图6 电热杯控制电路由于4N25需要一定的驱动电流，需要在输入端加反向放大7406，图5中D2的作用为保护电路不受强电流的冲击。当4N25的2端口接高电平的时候继电器接通电热丝，开始加热，通过改变加载到输出端P2.7周期方波的占空比的方式来改变电热丝的功率，最终实现使电热杯中的水的温度稳定在设定值上。2.3串行通信电路52系列单片机有一个全双工的串行通讯口，所以单片机和电脑之间可以方便地进行串口通讯。进行串行通讯时要满足一定的条件，比如电脑的串口是RS232电平的，而单片机的串口是TTL电平的，两者之间必须有一个电平转换电路，我们采用了专用芯片MAX232进行转换，虽然也可以用几个三极管进行模拟转换，但是还是用专用芯片更简单可靠。我们采用了三线制连接串口，也就是说和电脑的9针串口只连接其中的3根线：第5脚的GND、第2脚的RXD、第3脚的TXD。这是最简单的连接方法，但是对我们来说已经足够使用了，电路如下图所示，MAX232的第10脚和单片机的11脚连接，第9脚和单片机的10脚连接，第15脚和单片机的20脚连接。 图7.串口通信电路3系统软件设计 本系统的程序主要由两部分组成，分别是：下位机（AT89S52）程序，上位机（LabVIEW）程序。3.1下位机（AT89S52）程序 本系统的控制主程序为三部分，分别为温度采集、串口通信、继电器控制3.1.1下位机（AT89S52）主程序程序按照模块化设计，所有功能都可通过调用子程序完成，主程序较简单，流程图如图7所示。 图8.下位机主程序流程图3.1.2系统初始化系统的初始化主要包括I/O口的初始化、定时器的初始化、标志位初始化、存储单元初始化等。对端口的初始化，就是对端口寄存器的相应位进行设置。定时器初始化，就是设定将要使用的定时器的工作方式、定时器的初值，开中断。3.1.3温度采集 DS18B20的数据管脚与单片机的P3.3相连，采用外部供电方式，为了实现高精度测量，本文采用12位精度，最小温度分辨力位0.0625摄氏度。DS18B20的编程主要分为以下几部分：（1） 芯片初始化 时序见图9， 主机总线t0 时刻发送一复位脉冲(最短为480us 的低电平信号)。 接着在t1 时刻释放总线，并进入接收状态DSl820，在检测到总线的上升沿之后等待15-60us，接着DS1820在t2时刻发出存在脉冲(低电平持续60-240 us) ，如图中虚线所示. 图9.DS18B20初始化时序（2） 写时间隙 当主机总线t0时刻，从高拉至低电平时就产生写时间隙，见图10、图11 从t0时刻开始15us 之内应将所需写的位送到总线上，DSl820 在t1后15-60us 间对总线采样。若低电平，写入的位是0，见图9；若高电平，写入的位是1，见图11。连续写2位间的间隙应大于1us。 图10.写0时序 图11.写1时序（3）读时间隙 见图12,主机总线t0时刻,从高拉至低电平时总线只须保持低电平l7us。之后在t1时刻将总线拉高，产生读时间隙，读时间隙在t1 时刻后t2时刻前有效。t2距t0为15us，也就是说，t2时刻前主机必须完成读位，并在t0后的60 us 120 us 内释放总线。 图12.读时序3.1.4串行通信 定时器1工作在方式2，允许接收，波特率加倍，因为本系统对时间要求不高所以采用较低的传输速率，波特率为4800比特。采用查询方式收发数据。见图13程序流图。要与计算机进行通信，计算机能够识别的是ASCII码，所以在发送之前必须将数据量转化成其ASCII码；同样在接收数据时，计算机发过来的也是ASCII码必须将ASCII码转化为单片机可以识别的十六进制数。 图13.串口收发程序流图 3.1.5 继电器控制 对继电器的控制是依据计算机发送过来的控制量来调节周期为两秒方波的占空比，进而控制电热杯的功率。采用定时计数器0，产生10ms的定时中断，定时中断计数个数为200，即2s，计算机输出值即为输出高电平定时中断个数。 程序为：PWM: MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0EFH ；定时计数器T0重新赋初值 INC R6 ；对中断的总次数进行计数 DJNZ R7,ENDP1 ；是否达到输出高电平的个数 CLR P2.7 ；对输出引脚进行清零 MOV A,#200 CLR C SUBB A,R7 MOV R7,A ENDP1: CJNE R6,#200,ENDP2；是否达到总中断个数 CLR MARK1 ；清标志1 ENDP2: RETI3.2上位机（LabVIEW）程序设计本系统之所以使用LabVIEW，主要因为其使用图形化的编程语言（G语言），编程简单且界面良好，其次它有串口模块，只要装上NI VISA，计算机就可以通过串口和外界进行通信了。上位机的主要部分为：串口初始化，接收下位机上传的数据，数据处理、显示与监控，向下位机发送控制数据这四部分。3.2.1 LabVIEW简介LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据的采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为“G”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、原理、测试实验研究时，可以大大提高工作效率。3.2.2 VISA 概述VISA是应用于仪器编程的标准I0应用程序接口，是工业界通用的仪器驱动器标准API(应用程序接口)，采用面向对象编程，具有很好的兼容性、扩展性和独立性。用可以用一个API控制包括VXI、GPIB及串口仪器在内的不同种类的仪器。它还支持多平台作、多接口控制，是一个多类型的函数库，很方便而且开发效率高。总之，使用VISA方便用户在不同的平台，对不同类型的设备进行开发、移植及升级测控系统。LABVIEW 的功能模板Instrument IOVISA 中包含串行通信常用功能的模块。3.2.3前面板设计 LabVIEW是一个面向对象的开发系统，本系统要显示温度的值、温度变化曲线，还有系统的运行状态都要显示在前面板上，好的前面板有利于系统的观察与监控。 图14.本系统前面板系统前面板如图14所示，VISA设置区设置VISA资源名称，传送数据的波特率，传送数据的位数，VISA缓冲区的大小以及接收数据的字节数；设置区可以设置需要设定的温度和定时加热的时刻；运行状态区显示系统现在的运行状态；最后一个就是温度值和温度曲线的显示。本设计的前面板比较全面的显示出系统的运行状态。3.2.4主程序设计因为LabVIEW是图形化的编程语言，就和Matlab中的Simulink一样通过模块的搭建起来的程序，它的程序就是程序框图。系统流程图见图15，LabVIEW的强大功能在于它对硬件的控制，利用VISA I/O模块，很容易就实现与外部硬件通信。实现LabVIEW与外界的通信的步骤：首先需要调用VISA Configure Serial Port完成串口参数的设置，包括串口资源分配、波特率、数据位、停止位、校验位和流控等等。 如果初始化没有问题，就可以使用这个串口进行数据收发。发送数据使用VISA Write，接收数据使用VISA Read。在接收数据之前需要使用VISA Bytes at Serial Port查询当前串口接收缓冲区中的数据字节数，如果VISA Read要读取的字节数大于缓冲区中的数据字节数，VISA Read操作将一直等待，直至Timeout或者缓冲区中的数据字节数达到要求的字节数。当然也可以分批读取接收缓冲区或者只从中读取一定字节的数据。 在某些特殊情况下，需要设置串口接收/发送缓冲区的大小，此时可以使用VISA Set I/O Buffer Size；而使用VISA Flush I/O Buffer则可以清空接收与发送缓冲区。在串口使用结束后，使用VISA Close结束与VISA resource name指定的串口之间的会话。 图15 上位机主程序流程图4系统调试4.1 继电器测试 测触点电阻用万能表的电阻档，测量常闭触点与动点电阻，其阻值应为0；而常开触点与动点的阻值就为无穷大。由此可以区别出那个是常闭触点，那个是常开触点。 测线圈电阻可用万能表R10档测量继电器线圈的阻值，从而判断该线圈是否存在着开路现象。4.2分段线性参数的整定由于本系统控制对象的模型难以建立，所以在本设计中采用分段线性的方法来逼近设定值，为了使系统最快达到稳定，在设定值与测量值的差大于7.5摄氏度采用全功率加热，当温差小于这个数值是开始分段线性逼近，当测量值大于设定值时停止加热由于本系统的控制对象有比较大的热惯性，所以就必须在温度达到设定值之前将此热量缓冲掉。为了达到较高的控制精度把设定温度每5摄氏度列一个表格，每一个表格有9个线性段，经过不断的测试，不断的修改每个表格中的数值使得超调小且稳定时间短。首先，不同设定温度下的稳态值，先设定一个较小的值，看是否能达到稳定，小的话则增加，反之减小。就这样测出以5摄氏度为一个间隔的稳态值。其次，由于热惯性的存在，加之此系统没有专门的降温设备，所以，不能有较大的超调，否则系统将很难达到稳定，不断修改各个线性段的值，使之逐次逼近稳态。4.3系统测试 4.3.1测试环境 环境温度20摄氏度； 测试仪器: 万用表； 温度计0100摄氏度； P4计算机；4.3.2测试方法在400W的电热杯中倒入1L净水，打开控制电源，系统工程进入准备工作状态。 用温度计标定测温系统。分别使水温稳定在40、50、60、70、80、90观察系统测量温度值与实际温度值，校准系统使测量误差在1以内。 动态测试：设定温度为60，系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰能力。设定温度为90系统由低温开始进入升温状态。开始记录数据，观察超调量、调节时间和稳态误差；系统进入稳态后，用电风扇吹凉，观察系统的抗扰动能力。检验系统的显示、打印、报警、设定等功能。4.3.3测试数据设定值（摄氏度）405060708090稳态值(摄氏度)39.949.959.869.779.689.84.3.4系统误差分析从整个电路原理框图来看，系统的主要误差来源于以下几个方面：最大误差在算法上，由于采用的是分段线性的方法，所以只是在特定温度范围内，特定环境温度下控制精度会比较的高，当环境温度发生变化，误差就会比较的大。 由于本系统采用的是机械触点式的继电器，即使加光电隔离，也很难阻止对数字系统的干扰，温度曲线上有时会出现毛刺。虽然DS18B20的测量精度很高，由于是塑料封装再加上为了防止漏电用硅胶封住管脚及芯片表面，使得传感器的灵敏度大大降低，在加热状态可能不太明显，但是温度发生比较大变化时就不能很快反应出温度的变化。5结论经测试，系统达到了设计的目标，因为采用了计算机控制，使得设计的速度、控制的精度以及控制界面的人性化得到提高，由于控制算法的原因，此系统的抗干扰能力，适应性还不是太强。此系统虽只是个实验系统，由于采用了计算机控制，就体现了现代工业控制的特点。设计心得我的毕业设计题目是水温控制系统，要求我设计一个试验温度控制系统。对系统设计的要求为，首先系统要有良好的控制效果；其次系统的构成要简单实用；实时监控系统状态参数。采用虚拟仪器软件LabVIEW使得我的设计实现起来更加的容易，且测量的精度要比单片机高出许多，自然控制精度也高了。由于LabVIEW的图形化编程方式，使得编程是一个很有趣的事，设计的速度也就提高了在这次毕业设计中获得了难得的理论联系实践的机会，在系统设计及开发过程中，对理论知识进一步的加深了理解，使得我对过程控制规律有了更深层次了概念，系统设计中多次方案论证和修改，使得自己逐步建立了工程设计的思想，对今后进入工作岗位奠定了一定的理论基础，进而认识到了自己知识的缺陷，以及对系统设计的概念性的错误等等，总之本次系统设计我受益匪浅。参考文献1 全国大学生电子设计竞赛组委会. 全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编. 北京：北京理工大学出版社，20042 何立民.单片机中级教程 北京：北京航空航天大学出版社，20033 潘新民.王燕芳 微型计算机控制技术. 北京：电子工业出版社，20084. 岂兴明，周建兴，矫津毅LabVIEW 8.2中文版入门与典型实例.北京：人民邮电出版,2008致谢大学的最后一课毕业设计已经结束了，这篇论文也就是我们大学四年学习和生活的总结。在我做毕业设计，完成毕业论文的自始至终得到了朱志斌老师的悉心指导和热情关怀。朱老师渊博的知识、高尚的品格、严谨的治学态度感染着我。是朱老师带我走进了单片机大门。在此，向朱老师说一声“谢谢”。在本次毕业设计中，得到了实验室等很多老师的悉心教导，得到了同学、室友的热情帮助和支持，使我能顺利完成毕业设计，我对他们表示衷心感谢！最后，感谢所有给我指导、关心、帮助和支持的人们!附录1 单片机源程序;* FLAG1 BIT F0 ;DS18B20存在标志位 DQ BIT P3.3 MARK BIT 01H MARK1 BIT 02H SHUCHU BIT P2.7 TEMPER_L EQU 29H TEMPER_H EQU 28H ;*程序起始* ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H LJMP ZHSF ORG 000BH LJMP PWM ORG 0100H;*主程序开始*MAIN: MOV SP,#60H CLR MARK CLR MARK1 CLR SHUCHU MOV SCON,#50HMOV TMOD,#21HMOV PCON,#80HMOV TH0,#0D8HMOV TL0,#0EFHMOV TH1,#0F3HMOV TL1,#0F3H SETB TR1 SETB IT0SETB EX0SETB ET0SETB EA LCALL INIT_18B20 LCALL RE_CONFIG LCALL GET_TEMPERLCALL DELAYZD2:JNB MARK1,ZD1SETB TR0AJMP ZD3ZD1:CLR P3.2ZD3:AJMP ZD2 ZHSF:SETB P3.2 CLR TR0 JB MARK, PD3 CLR SHUCHU PD3: LCALL READ MOV R6,#2 MOV R0,#29H MOV R1,#30H ZH: MOV A,R0 ANL A,#0FH LCALL ASCII MOV R1,A INC R1 MOV A,R0 SWAP A ANL A,#0fh LCALL ASCII MOV R1,A DEC R0 INC R1 DJNZ R6,ZH MOV R1,#30H CLR TI MOV R6,#4TRAN: MOV A,R1 MOV SBUF,A JNB TI,$ CLR TI INC R1 DJNZ R6,TRANRECEIVE:JNB RI,$ MOV B,SBUF ;高位 CLR RI JNB RI,$ MOV A,SBUF ;低位 CLR RI CLR MARK LCALL DIGTALMOV 35H,AMOV A,BLCALL DIGTALMOV B,#16MUL ABADD A,35HCJNE A,#00H,PD1MOV R7,#200CLR SHUCHUSJMP ENDPPD1: CJNE A,#0FFH,PD2 MOV R7,#200 SETB SHUCHU SETB MARK SJMP ENDPPD2: MOV R7,A SETB SHUCHU ENDP: MOV R6,#00H LCALL INIT_18B20 LCALL RE_CONFIG LCALL GET_TEMPER MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0EFH SETB MARK1 R