基于Labview的温度控制器的设计

背景

随着科学技术的进步，计算机计术、仪器技术和通信技术等在各个领域得到越来越广泛的应用。传统的电子测量仪器由于其功能单一、体积庞大，已经很难满足实际测量工作中的需求，由此在80年代末期虚拟仪器技术应运而生。与传统仪器相比，虚拟仪器具有功能更丰富、处理速度更快、可充性更好的优点。作为计算机技术和现代仪器技术相结合的产物，实现了在传统测试理论和测量方法上的革命性突破。

LabView由面板、流程方框图、图标/连接器组成。其中，面板是用户界面，流程方框图是虚拟仪器源代码，图标/连接器是调用接口。流程方框图包括输入/输出（I/O）部件、计算部件和子虚拟仪器部件，它们用图标和数据流的连线表示。这里利用LabVIEW作为语言开发平台．设计系统软件．并利用计算机串口与下位机串行通讯，实现温度的实时测量与控制。

虚拟仪器包括硬件和软件两个基本要素。其中，硬件的功能是获取被测试的物理信号，提供信号传输的通道。在本设计中，所需要模拟的是温度信号，温度信号主要由电压信号提供。另外，虚拟仪器的硬件技术以GPIB、PXI等先进的计算机接口总线的发展为发展标志。GPIB、PXI接口是早期比较流行的接口，随着虚拟仪器技术的发展，现在使用比较广泛的接口是DAQ、PXI和LXI。本次设计中用到的就是DAQ仪器。仪器上需要我们了解运用的，是位于仪器上左上角的电位器。调节电位器时，电压信号也会在一定范围内浮动，这对我们的设计起到一定的作用。

基于LabView的温度控制器的设计，首先由集成温度传感器AD590产生的温度-电压信号输入到采集卡AI端，其次，由于本次课设只是运用有电压值模拟一个温度值，就在采集卡的输入端送给LabView一个5V的电压，通过传输到软件电路中，加以处理再进行应用。最后，通过前面板和程序框图的设计，完成设计要求。

背景 .................................................................................................................................................. I 1设计思路 . (1)

数据的采集 (1)

我们的设计题目即为温度控制，需要对温度值进行设定、测量和显示，所以首先我们应该从对温度值的采集入手，即数据的采集。 (1)

1.1.1传感器 (1)

1.1.2数据采集卡 (1)

软件功能的实现 (2)

1.2.1前面板的设计 (2)

1.2.2程序框图的设计 (2)

2系统方框图 (3)

3 温度控制器的硬件设计 (3)

温度的测量 (3)

数据采集卡 (4)

温度控制器的软件流程图 (4)

温度控制器前面版的设计 (6)

温度显示程序框图的设计 (7)

报警程序框图的设计 (9)

PWM脉冲宽度调制升温 (9)

PWM脉冲宽度调制降温 (10)

温度控制器的完整程序框图 (11)

运行程序 (12)

4.8.1外界温度值小于设定温度值时程序的运行 (12)

4.8.2外界温度值大于设定温度值时程序的运行 (13)

5程序的调试 (14)

6工作过程分析 (15)

温度控制器的硬件部分 (15)

温度控制器的软件部分 (16)

参考文献 (16)

1设计思路

数据的采集

我们的设计题目即为温度控制，需要对温度值进行设定、测量和显示，所以首先我们应该从对温度值的采集入手，即数据的采集。

1.1.1 传感器

传感器就是内部程序跟外界沟通的门户,负责把外界的各种物理信息,如光、压力、温度、声音等物理信号变成电信号。在实际的温度测量中,我们的目的是将温度变化转换为对应的电信号变化,这就需要用到一种温度传感器。在本次设计中，我们应用到的是电压信号模拟出的温度值,所以传感器部分在设计中没有得到具体体现,但这部分是设计中必需要考虑的。

通过考虑到从传感器出来的信号要经过放大、隔离、滤波等，如果这样去设计的话会很麻烦，在设计中我就选用了一款集成温度传感器AD590，因为集成温度传感器本身就包括了放大、隔离、滤波等功能，在设计过程中不用那么繁琐。所以在此基础上，我们只需将传感器的功能理解即可。

1.1.2 数据采集卡

在了解了传感器的功能后，我们需要知道的是如何将数据从传感器传输到计算机中，这个媒介即为在设计中起到枢纽作用的——数据采集卡。从传感器出来的信号接到数据采集卡的输入端，然后再通过数据采集卡的A/D通道连接至计算机中去。数据采集卡接收到的是一个模拟电压量，但是经过它的A/D通道后，计算机接收到的就是一个数字量，转换为数字量后，我们就可以方便地对它进行控制了。

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软件功能的实现

软件功能即为本次设计的核心，要达到设计要求，主要看的就是此阶段的设计。我们通过对前面的介绍，了解到一个VI程序由前面板和程序框图组成。又有上学期对虚拟仪器的学习，我也知道，在考虑构建软件系统时，第一步即要由前面板入手，进行大体布局，理清思路，然后再创建程序视图，进一步对整个软件系统进行设计和操作。

1.2.1 前面板的设计

在设计前面板时，由于要使外界采集来的温度真是的显示在观察者面前，所以在进行LabView的软件编程时，就需要将外界时时变化的温度与一个数据显示控件相连，这样我们就可以从前面板上读出此时此刻测得的温度了。另外，要求中提到要通过波形图表来观察温度的变化趋势，那么在连接显示控件时，就应该不要忘记安置所需要的波形显示控件。使数据更直观，更清晰的表现在我们的眼前。

1.2.2 程序框图的设计

程序框图是整个设计的核心内容。在设计该部分时，首要要考虑功能的实现。根据各个功能选择需要用到的器件，完成各器件的连接。由于在程序中，有些量是经常被用到的，我们创建了若干个数据的局部变量，这样做不仅方便在创建中对数据或图形的操作，也使程序框图更加清晰美观。

在设计要求中用PWM方式控制温度升降等功能是本次设计难点。需要做到通过调节方波的占空比来实现温度变化，此环节需要用到真假判断结构以及各种比较器件来实现。如果外界的温度大于我所设定的温度时，就会产生报警信号，报警这个功能是很容易实现的，只要用一个比较函数就可以实现，把我设定的温度值连接到比较函数的X输入端，外界温度值连接到比较函数的Y输入端，比较函数的输出端与一个布尔指示灯相连就可以实现报警了。升温、降温是时通过一个条件结构来进行判断，再通过调节方波的占空比来实现，如果外界温度值还没达到设定温度值时，就需要

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