辛建官 江西工業(yè)貿(mào)易職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王文軍 聶何婷 江西水利職業(yè)學(xué)院

傳統(tǒng)的溫度測控系統(tǒng)的功能和規(guī)格具有固定性，一般都由廠家進(jìn)行定義和設(shè)置，不可隨意更改，難以適應(yīng)當(dāng)今時代對溫度測控系統(tǒng)的要求。隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，美國相關(guān)公司提出了虛擬儀器的概念，使傳統(tǒng)的測控儀器概念得到了改革。虛擬儀器技術(shù)能夠打破傳統(tǒng)儀器的諸多限制，非常方便的構(gòu)建一個測溫系統(tǒng)。本次設(shè)計采用LabVIEW為語言開發(fā)平臺和設(shè)計系統(tǒng)軟件，通過計算機串口和下位機進(jìn)行串行通訊，達(dá)到溫度實時測控的目的。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 溫度測量電路

溫度測量電路由溫度傳感器、信號調(diào)理部分組成，溫度傳感器包括DS18B20及K型熱電偶，DS18B20屬于一款數(shù)字式溫度傳感器，其采用1-Wire總接線口，溫度范圍為-65℃～+135℃，精度能夠達(dá)到0.067℃，最大轉(zhuǎn)換時間為210ms。K型熱電偶具有價格便宜、靈敏度高及復(fù)現(xiàn)性好的優(yōu)點，且具有較好的抗氧化性能。因此本次設(shè)計采用DS18B20和K型熱電偶，調(diào)理電路主要用于濾波、放大信號以滿足A/D轉(zhuǎn)換器輸入端電氣參數(shù)的要求。

1.2 溫度控制電路

圖1為溫度控制電路，其由MOC3402型光電耦合器、BT138-600型雙向晶閘管V12 組成。全周期都能將220V交流電壓加載在熱榜RL上，單片機通過發(fā)出脈寬來調(diào)制驅(qū)動信號，從而經(jīng)驅(qū)動器控制U1狀態(tài)。當(dāng)U1工作后使VU2的控制機處于高電平，且處于導(dǎo)通狀態(tài)，使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。

圖1 溫度控制電路

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 上位機軟件設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊實現(xiàn)了電阻爐溫度的測量并將采集到的數(shù)據(jù)全部存儲到數(shù)據(jù)表中。數(shù)據(jù)采集功能是該軟件的重要功能之一，該模塊為其他模塊的數(shù)據(jù)處理和圖形控制提供了基礎(chǔ)保障。該模塊可以使LabVIEW顯示實際的信號波形。由于該模塊在采集實測信號時會得到一組離散信號值，因此利用圖形采集控件可以在顯示器上進(jìn)行顯示和連線，從而實現(xiàn)實時顯示被測信號。

（2）數(shù)據(jù)處理模塊

該模塊主要對數(shù)據(jù)中的數(shù)字濾波，數(shù)字濾波是指通過特定的計算機程序處理減低干擾信號，其實際上是一種程序濾波。由于儀器在現(xiàn)場中會受到諸多干擾，因此為了提高儀器性能，減少干擾，就需要在數(shù)據(jù)處理前進(jìn)行數(shù)字濾波。

（3）數(shù)據(jù)報警模塊

數(shù)據(jù)報警模塊主要負(fù)責(zé)實際溫度超出溫度規(guī)定范圍時進(jìn)行溫度報警，當(dāng)超溫報警時系統(tǒng)會自動中斷控溫以保證人員設(shè)備的安全。超溫報警會以信號燈和報警聲作為報警信號，即當(dāng)指示燈變紅時報警器開始報警。

（4）數(shù)據(jù)存取模塊

該模塊主要采用LabVIEW和數(shù)據(jù)庫接口程序?qū)⒃紨?shù)據(jù)放入Access數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行存儲，后續(xù)還可以進(jìn)行結(jié)果查詢和數(shù)據(jù)分析。要想使LabVIEW對Access數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問需要通過Windows操作系統(tǒng)建立一個數(shù)據(jù)源，從而才能將采集的原始數(shù)據(jù)放入里面進(jìn)行存儲。

（5）PID控制器模塊

該模塊在LabVIEW中主要以兩種方式實現(xiàn)，一是采用其外部接口對其他軟件和編程代碼進(jìn)行調(diào)用；二是利用LabVIEW強大的編程功能進(jìn)行語言編程。因為LabVIEW提供了MatlabSeript節(jié)點，可在MatlabSeript節(jié)點中編輯Matlab程序，這種方法既可以使程序結(jié)構(gòu)清洗又可以使系統(tǒng)的運行速度得到提高?？梢酝ㄟ^MatlabSeript節(jié)點實現(xiàn)增量式PID控制程序。

2.2 下位軟件設(shè)計

在此采用AT89S51和C語言編程，AT89S51具有便捷串行通信的功能。通用軟件編程能夠用作異步接收、發(fā)送器、移位寄存器等。其幀格式能夠設(shè)置各種波特率，并能夠做到靈活使用。在系統(tǒng)初始化時先令A(yù)T89S51單片機的定時器工作于定時方式以產(chǎn)生波特率；再令A(yù)T89S51單片機串行口工作為定時方式和10位一部通信方式。再令A(yù)T89S51單片機的定時器處于定時器模式從而產(chǎn)生制定的控制周期。在中斷程序中將采集的溫度數(shù)據(jù)傳輸至上位機，上位機通過PID控制算法求出輸出控制量的大小，輸入AT89S51單片機后單片機會輸出控制量，從而實現(xiàn)溫度控制。

3 結(jié)束語

采用LabVIEW設(shè)計的溫度測控系統(tǒng)能夠在計算機上完成被控溫度的實時信號，同時還能夠在計算機上完成直方圖統(tǒng)計顯示和PID控制，并且能夠?qū)⒉杉臏囟刃畔⑦M(jìn)行數(shù)據(jù)庫式保存，保證信息的安全以備系統(tǒng)的檢閱和分析。經(jīng)過實驗調(diào)試該系統(tǒng)能夠達(dá)到相關(guān)設(shè)計要求，比傳統(tǒng)儀器構(gòu)建的溫度測控系統(tǒng)更加易于擴展，并具有界面友好和測量精度高的特點。