Labview的温度监控系统的设计
Labview的温度监控系统的设计电气与自动化工程[20200121204106]
摘要
本设计基于ELVIS数据采集卡、LabVIEW 软件编程实现了对电烤箱温度的实时监控。硬件电路以ELVIS数据采集卡为核心，由NTC型热敏电阻搭建的温度采集电路与由中间继电器构建的控制部分组成。系统的软件部分由图形化编程语言LabVIEW进行编写，实现以下部分：用户登录模块、温度采集模块、数据处理模块、高低温越限报警模块、数据保存模块、PID控制模块以及温度的实时曲线显示模块。ELVIS与LabVIEW之间通过通讯电缆进行连接。
本设计实现了对电烤箱温度实时监控的功能，能够对高低温越限的温度进行报警并将温度控制至设定温度，给出温度的实时曲线显示以及对数据进行保存。本设计控制部分采用了PID控制，避免了常规控制所具有的缺陷，更好的实现了对电烤箱温度控制的精确性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:数据采集温度控制PIDLabview
目录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题的国内外研究现状 1
1.3课题研究的主要内容 2
第二章 温度监控系统总体方案设计 4
2.1 总体设计方案 4
2.2温度监控系统的设计思想及工作流程设计 4
2.3 本章小结 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1 硬件的选择 6
3.1.1 继电器选型 6
3.1.2温度传感器选型 6
3.2 NI ELVIS II 实验套件的介绍 7
3.3硬件电路图的设计 8
3.4 本章小结 9
第四章 系统的软件设计 10
4.1 LabVIEW软件的介绍 10
4.1.1 LabVIEW语言的概述 10
4.1.2 LabVIEW的优点 10
4.1.3 LabVIEW的应用现状 11
4.2 系统软件设计模块划分 11
4.3 用户登录模块的设计 12
4.4数据采集模块的设计 13
4.5越限报警模块的设计 16
4.6 PID控制模块的设计 17
4.6.1PID控制的介绍 17
4.6.2 PWM的介绍 19
4.7 数据保存模块的设计 22
4.8 本章小结 23
第五章 程序调试 24
第六章 总结 28
参考文献： 29
附录： 31
致 谢 37
第一章 绪论
1.1课题的研究背景
在现代工业生产中，温度是最基本的物理量、是最受关注的参数之一，它表征的是物体的冷热程度。在很多生产过程中，许多重大经济、技术指标如生产的安全性、效率的提高、产品质量的保证、能源的节约等都与温度的测量直接相联系。自18世纪工业革命以来，工业过程便离不开温度控制，温度控制广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，随着当今电力电子技术的飞速发展，温度控制成为一项要求精度高但又难以精确控制的、重要的影响因素，因此设计一种高精度的温度控制系统是非常有必要的[1]。
基于温度控制的重要地位，国内外的专家们一直在不断地努力，力争在温度控制的理论和实践上取得突破，迄今已进行了广泛的研究，产生了许多新的控制方法。
控制算法已经提出了有很多种，目前温度控制的方法主要采用以经典控制理论为基础结合多种控制手段的控制，然而这些方法的适用范围很窄，并不能适用于动态性能较差、控制性能要求较高的非线性系统。为了精确地控制温度，必须找到一个合适的控制算法。众多的生产实践、理论分析表明：PID控制能满足相当多工业对象的控制要求，是一种应用最广泛的控制算法，因此本设计中温度控制采用PID控制。传统的 PID 控制算法是基于硬件组成电路以及利用高级编程语言实现，存在的缺点就是编程麻烦，而且不能对参数进行实时的调整，但是LabVIEW语言是一种图形化程序开发系统，能够编程来开发一个简单、漂亮的界面，可以模拟实际仪器的功能。本文介绍了使用LabVIEW编写的PID自动温度监控软件系统，具有编程简单，易于参数调整等优点。
1.2课题的国内外研究现状
温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，鉴于温度控制的重要性，目前已经出现了很多的温度监控系统：基于单片机的温度监控系统、基于PLC的温度监控系统、基于虚拟仪器的温度监控系统等。作为传统仪器，基于单片机与PLC的温度监控系统存在明显缺点，这归因于传统仪器的特点：生产厂商决定了他们的功能用途、只能由与其相连接的计算机对它们的数据进行编程处理、系统封闭、功能固定、可扩展性差、价格昂贵且技术更新慢。基于传统仪器的特点，单片机构建的温度控制系统往往存在上位机与下位机通信麻烦、而由PLC构建的温度控制系统则有着硬件电路复杂、编程语句繁琐且不易查找错误等缺点。
因此，基于虚拟仪器LabVIEW的温度监控系统在当今世界的各种工业生产以及生活中均被广泛使用。LabVIEW是一种图形化的编程语言，广泛地被工业领域、学术领域以及科研实验室所接受，被视为一种标准的用来进行数据采集和仪器控制的软件，图形化的编程语言，又被称为“G”语言。使用G语言进行编程时，基本上不需要写程序的代码，取而代之的是数据流程图，它尽最大可能利用了为科研人员、工程师熟悉的术语、图标和概念，LabVIEW使用先进的内置图形化函数库以及附加的功能扩展工具箱基本满足了科学、工程以及数学领域的计算需要[2]。
虚拟仪器很有发展前景，一些商家已经推广了基于虚拟仪器技术研发的商品，其中NI公司就是一个很具代表性的公司。为了使虚拟仪器功能更强大，制造商们做了很多的功夫，如建立数据处理的开发工具、建立先进的分析库、开发新软件等，使得虚拟仪器变成可以构建极为复杂的自动测试设备系统的系统。
1.3课题研究的主要内容
本设计基于Labview仿真设计一个温度监控系统，该仿真系统具有对现场的多路温度信号进行实时显示、监控，并具有选通道和越限报警等功能。设计的主要任务为对温度监控系统的硬件电路和软件编程进行仿真设计，具备以下各项功能：
1）具有基于Labview的较美观且操作方便的多路温度信号监控系统人机界面；
2）实现数据采集卡与Labview的通信；
3）在Labview上实时显示温度信号的数据；
4）对现场的温度信号进行实时控制；
5）通过Labview实现对多路通道进行选择；
6）对于各路温度信号越限的情况能给予警示。
论文结构及章节安排如下：
第一章绪论部分简要介绍了温度监控系统的研究背景，国内外研究现状以及本课题研究的主要内容。
第二章论述了温度监控系统的总体设计方案以及设计思路及工作流程图的设计等。
第三章介绍了温度监控系统的硬件电路组成、继电器及温度传感器的选择以及硬件电路实物图的设计。
第四章介绍了温度监控系统的软件设计及各个子模块的设计。
第五章主要论述了系统的调试过程。
第六章对全文进行了总结。
第二章 温度监控系统总体方案设计
2.1 总体设计方案
在本设计中，将电烤箱作为温度采集与控制的对象，温度传感器将采集到的电烤箱温度信号转换为模拟的电压信号，该电压信号经由ELVIS数据采集卡传递给安装有LabVIEW软件的计算机，然后通过进行LabVIEW软件编程来实现数据的处理，并将设定的温度值与采集的温度值的偏差信号经过PID控制转化为PWM的占空比输出，通过控制继电器的通断时间来控制烤箱的加热时间。
以烤箱为监控对象、基于LabVIEW 的温度监控系统的总体设计框图如图2-1所示：
摘要
本设计基于ELVIS数据采集卡、LabVIEW 软件编程实现了对电烤箱温度的实时监控。硬件电路以ELVIS数据采集卡为核心，由NTC型热敏电阻搭建的温度采集电路与由中间继电器构建的控制部分组成。系统的软件部分由图形化编程语言LabVIEW进行编写，实现以下部分：用户登录模块、温度采集模块、数据处理模块、高低温越限报警模块、数据保存模块、PID控制模块以及温度的实时曲线显示模块。ELVIS与LabVIEW之间通过通讯电缆进行连接。
本设计实现了对电烤箱温度实时监控的功能，能够对高低温越限的温度进行报警并将温度控制至设定温度，给出温度的实时曲线显示以及对数据进行保存。本设计控制部分采用了PID控制，避免了常规控制所具有的缺陷，更好的实现了对电烤箱温度控制的精确性。
*查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:数据采集温度控制PIDLabview
目录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2课题的国内外研究现状 1
1.3课题研究的主要内容 2
第二章 温度监控系统总体方案设计 4
2.1 总体设计方案 4
2.2温度监控系统的设计思想及工作流程设计 4
2.3 本章小结 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1 硬件的选择 6
3.1.1 继电器选型 6
3.1.2温度传感器选型 6
3.2 NI ELVIS II 实验套件的介绍 7
3.3硬件电路图的设计 8
3.4 本章小结 9
第四章 系统的软件设计 10
4.1 LabVIEW软件的介绍 10
4.1.1 LabVIEW语言的概述 10
4.1.2 LabVIEW的优点 10
4.1.3 LabVIEW的应用现状 11
4.2 系统软件设计模块划分 11
4.3 用户登录模块的设计 12
4.4数据采集模块的设计 13
4.5越限报警模块的设计 16
4.6 PID控制模块的设计 17
4.6.1PID控制的介绍 17
4.6.2 PWM的介绍 19
4.7 数据保存模块的设计 22
4.8 本章小结 23
第五章 程序调试 24
第六章 总结 28
参考文献： 29
附录： 31
致 谢 37
第一章 绪论
1.1课题的研究背景
在现代工业生产中，温度是最基本的物理量、是最受关注的参数之一，它表征的是物体的冷热程度。在很多生产过程中，许多重大经济、技术指标如生产的安全性、效率的提高、产品质量的保证、能源的节约等都与温度的测量直接相联系。自18世纪工业革命以来，工业过程便离不开温度控制，温度控制广泛应用于社会生活的各个领域，如家电、汽车、材料、电力电子等，随着当今电力电子技术的飞速发展，温度控制成为一项要求精度高但又难以精确控制的、重要的影响因素，因此设计一种高精度的温度控制系统是非常有必要的[1]。
基于温度控制的重要地位，国内外的专家们一直在不断地努力，力争在温度控制的理论和实践上取得突破，迄今已进行了广泛的研究，产生了许多新的控制方法。
控制算法已经提出了有很多种，目前温度控制的方法主要采用以经典控制理论为基础结合多种控制手段的控制，然而这些方法的适用范围很窄，并不能适用于动态性能较差、控制性能要求较高的非线性系统。为了精确地控制温度，必须找到一个合适的控制算法。众多的生产实践、理论分析表明：PID控制能满足相当多工业对象的控制要求，是一种应用最广泛的控制算法，因此本设计中温度控制采用PID控制。传统的 PID 控制算法是基于硬件组成电路以及利用高级编程语言实现，存在的缺点就是编程麻烦，而且不能对参数进行实时的调整，但是LabVIEW语言是一种图形化程序开发系统，能够编程来开发一个简单、漂亮的界面，可以模拟实际仪器的功能。本文介绍了使用LabVIEW编写的PID自动温度监控软件系统，具有编程简单，易于参数调整等优点。
1.2课题的国内外研究现状
温度控制系统是比较常见和典型的过程控制系统，鉴于温度控制的重要性，目前已经出现了很多的温度监控系统：基于单片机的温度监控系统、基于PLC的温度监控系统、基于虚拟仪器的温度监控系统等。作为传统仪器，基于单片机与PLC的温度监控系统存在明显缺点，这归因于传统仪器的特点：生产厂商决定了他们的功能用途、只能由与其相连接的计算机对它们的数据进行编程处理、系统封闭、功能固定、可扩展性差、价格昂贵且技术更新慢。基于传统仪器的特点，单片机构建的温度控制系统往往存在上位机与下位机通信麻烦、而由PLC构建的温度控制系统则有着硬件电路复杂、编程语句繁琐且不易查找错误等缺点。
因此，基于虚拟仪器LabVIEW的温度监控系统在当今世界的各种工业生产以及生活中均被广泛使用。LabVIEW是一种图形化的编程语言，广泛地被工业领域、学术领域以及科研实验室所接受，被视为一种标准的用来进行数据采集和仪器控制的软件，图形化的编程语言，又被称为“G”语言。使用G语言进行编程时，基本上不需要写程序的代码，取而代之的是数据流程图，它尽最大可能利用了为科研人员、工程师熟悉的术语、图标和概念，LabVIEW使用先进的内置图形化函数库以及附加的功能扩展工具箱基本满足了科学、工程以及数学领域的计算需要[2]。
虚拟仪器很有发展前景，一些商家已经推广了基于虚拟仪器技术研发的商品，其中NI公司就是一个很具代表性的公司。为了使虚拟仪器功能更强大，制造商们做了很多的功夫，如建立数据处理的开发工具、建立先进的分析库、开发新软件等，使得虚拟仪器变成可以构建极为复杂的自动测试设备系统的系统。
1.3课题研究的主要内容
本设计基于Labview仿真设计一个温度监控系统，该仿真系统具有对现场的多路温度信号进行实时显示、监控，并具有选通道和越限报警等功能。设计的主要任务为对温度监控系统的硬件电路和软件编程进行仿真设计，具备以下各项功能：
1）具有基于Labview的较美观且操作方便的多路温度信号监控系统人机界面；
2）实现数据采集卡与Labview的通信；
3）在Labview上实时显示温度信号的数据；
4）对现场的温度信号进行实时控制；
5）通过Labview实现对多路通道进行选择；
6）对于各路温度信号越限的情况能给予警示。
论文结构及章节安排如下：
第一章绪论部分简要介绍了温度监控系统的研究背景，国内外研究现状以及本课题研究的主要内容。
第二章论述了温度监控系统的总体设计方案以及设计思路及工作流程图的设计等。
第三章介绍了温度监控系统的硬件电路组成、继电器及温度传感器的选择以及硬件电路实物图的设计。
第四章介绍了温度监控系统的软件设计及各个子模块的设计。
第五章主要论述了系统的调试过程。
第六章对全文进行了总结。
第二章 温度监控系统总体方案设计
2.1 总体设计方案
在本设计中，将电烤箱作为温度采集与控制的对象，温度传感器将采集到的电烤箱温度信号转换为模拟的电压信号，该电压信号经由ELVIS数据采集卡传递给安装有LabVIEW软件的计算机，然后通过进行LabVIEW软件编程来实现数据的处理，并将设定的温度值与采集的温度值的偏差信号经过PID控制转化为PWM的占空比输出，通过控制继电器的通断时间来控制烤箱的加热时间。
以烤箱为监控对象、基于LabVIEW 的温度监控系统的总体设计框图如图2-1所示：
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4793.html
