基于LabVIEW的温控系统设计

论文总字数：12353字

摘 要

当今社会生产生活中的很多设备对温度都有较高的要求，因此设计一种能够实现温度实时测量与控制的系统具有十分重要的意义。本设计在LabVIEW平台下进行图形化编程，模拟出实时温度，再通过一个简单的PID控制系统来控制温度，当温度超出设定的阈值时能够实现报警功能。本设计充分利用了虚拟仪器的测量控制功能，能够很好的实现温度控制，具有一定的实用价值。

关键词：LabVIEW, PID，温度控制

Abstract: In today"s society, many devices in production and life have higher requirements for temperature. Therefore, it is of great significance to design a system that can realize real-time temperature measurement and control. The design is graphically programmed on the LabVIEW platform to simulate real-time temperature, and then a simple PID control system is used to control the temperature. When the temperature exceeds the set threshold, the alarm function can be realized. This design makes full use of the measurement and control functions of the virtual instrument. It can achieve good temperature control and has a certain practical value.

Key words: LabVIEW,PID, temperature control

目 录

1 绪论 4

1.1 选题依据及应用前景 4

1.2 虚拟仪器简介 4

1.3 虚拟仪器应用 5

2 系统总体设计方案 6

2.1系统总体框图 6

2.2主要模块介绍 7

3 PID控制 9

3.1 PID简介 9

3.2 三种控制方法 10

3.3 PID工具包使用方法 11

4 LabVIEW开发环境 13

4.1 前面板 13

4.2 后面板 14

4.3 选板 14

4.4 基本数据类型 18

5 系统仿真与测试 18

结论 21

参考文献 22

致谢 23

1 绪论

1.1 选题依据及应用前景

温度是现代工农业生产过程中的最基本的参数之一，任何物理、化学过程都与温度有着无法分割的联系。温度高低对大多数工农业生产环境和效率、产品的质量、能源节约等方面有非常重要的影响，因此多年来各国科技人员一直致力于温度控制系统的研究。科技的进步不断推动温制设备的发展，但仍不乏许多难以攻克的技术难关，国内生产的温度控制器能力总体上仍大幅落后于许多先进的工业国家。

定值开关温控法、PID线性温控法和智能温控法是工业温度控制器发展过程中产生的三种主要温控方法，利用传统的电子测量仪器已经难以达到实际测量工作中的性能要求。传统仪器近年来发展迅速，进步包括精度愈来愈高，性能愈来愈好，功能愈来愈强大等，但不可避免的，传统仪器还有很多的缺点，比如手动操作、单独使用等^[2]。本设计将虚拟仪器开发容易、成本低、周期短等明显的优点充分应用到工程温度控制中，从而使仪器更加灵活，降低生产成本。

1.2 虚拟仪器简介

LabVIEW是一款美国国家仪器公司推出用于程序开发的软件，它采用不同于基于文本的语言，即图形化语言进行编码，因此最后程序的呈现形式是框图。LabVIEW开发环境包含了用于编程的所有工具，目的在于帮助程序开发者轻松的解决开发过程中遇到的各种疑难问题、提高编程的效率，从而不断创新。LabVIEW的出现将复杂繁琐的语言编程简化成选择功能模块进行组合的图形化编程，用户通过鼠标对前后面板进行各种操作，根据实际需要选择单独使用或组合使用各种功能进行编程。显而易见，虚拟仪器特殊的编程方式模糊了测量仪器和计算机的分界线。

虚拟仪器具有传统仪器所没有的如下优点：

（1）性价比高，比传统仪器成本低。多个参数可以同时被LabVIEW实时测量，用数字信号或软件传送和处理信号、数据的方法使环境干扰和系统误差的影响很大程度上得到减小。从用户体验方面来说，可以根据自身的需要随时对程序进行各种调整，使仪器的更新周期得到大幅缩短。同时，利用虚拟仪器进行编程意味着硬件使用的减少，通过这种方法可以降低系统各种成本。

（2）虚拟仪器大幅缩小了仪器厂商与用户之间的距离。根据用户的具体需要对虚拟仪器的功能进行设计定义，因此用户可以更方便的进行系统的组件和测试，并实时增加系

统的功能。个人计算机的处理能力远超仪器内部，只要合理利用数据采集系统，用户就可以实现几乎所有功能。

（3）使用图形化语言（又被称作 “G” 语言）进行编程，这种特殊的语言使虚拟仪器的人机界面更加友好灵活。编程时用流程图或框图取代程序代码，大部分使用的都是用户比较熟悉的图标和概念，可同时处理很多数据，充分发挥出个人计算机的处理能力，使用户自己动手构建系统和编程的能力增强。使用虚拟仪器构建仪器系统，十分灵活快捷，可以使工作效率得到极大的提高。

（4）由虚拟仪器构建的测试控制系统的能力和水平可以通过硬件和软件的升级快速提升。

（5）虚拟仪器可以与其他设备实现互连，一些常用网络协议它都支持，所以可以方便的将其接入因特网等网络，利于各种网络远程测控系统的开发和维护，以实现远距离监控和管理。

（6）有较强的开放性、及互换性，模块化思想使其内部许多控件可以重复使用。为了增加功能或提高系统性能，可以灵活的加入或更换相应的仪器模块。

1.3 虚拟仪器应用

虚拟仪器尤其是在下面这些特殊的应用领域有突出的优点。

（1）测量测试领域：LabVIEW的设计初衷就是为了使测试测量更加方便，因而这也成为当前LabVIEW应用最为广泛的领域。现今许多主要的测量测试仪器、数据采集设备等都内置LabVIEW驱动程序，以便实现快捷方便的硬件控制。与此同时，LabVIEW内置各种适合测试测量领域的工具包，这些工具能够单独实现用户需要的大多数功能，有些时候仅仅需要单独调用某个控件，就可以实现所要求的功能，十分便捷，同时这些工具包很容易被找到。如果有单独调用某个控件不能实现的功能，用户可以在工具包选择多种控件进行组合开发程序。

（2）控制领域：控制领域与测试领域有很多相似之处，因此以测量测试为设计初衷的LabVIEW可以轻易拓展应用至控制领域。LabVIEW DSC是虚拟仪器内置的专门应用于控制领域的模块，此外，LabVIEW中也带有相应的驱动程序用来驱动工业控制领域常用的设备、数据线等硬件。由此可见，用LabVIEW进行控制领域的编程十分方便。

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