应用于冷冻电镜的温控平台的设计及搭建

论文总字数：21323字

摘 要

本课题主要是基于LabVIEW的温控平台的设计与搭建，要求能够实现我们平台的温度自由控制在4℃到40℃之间任一温度，允许±1℃的误差。

本论文采用的是美国NI公司的虚拟仪器开发软件LabVIEW 2013设计了一套温度控制系统，通过NI的设备接口和驱动程序，使得我们的温控程序能够远程控制相应的仪器，从而实现软件与硬件电路的结合。其中我们的温度采集模块主要应用了温度传感器，采集相应的温度信号，经线性变换后，以电阻的形式展示在波形图表中。温度控制模块主要应用了PID控制算法，PID控制算法是一种线性的算法，将温度偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)相叠加得到控制量，经负反馈环节控制我们的温度值。温度改变模块主要应用了帕尔贴效应，在帕尔贴片两端存在电势差时，便会在帕尔贴片两端产生温差。

系统具体设计方案如下:通过温度传感器采集平台的温度信号，再用我们的万用表采集温度传感器的电阻值，经相应的温度-电阻曲线变换为温度值输入到我们的温控系统中，然后我们通过PID算法得到相应的控制量输出值，输出到我们的电源，改变帕尔贴两端的电势，使帕尔贴两端产生温差，从而实现温度值的改变。

关键词：LabVIEW，PID，温度传感器，帕尔贴效应.

Abstract

We mainly design and build a platform for the temperature control based on the LabVIEW.We need to control the platform temperature at any value between 4℃ and 40℃,allowing the error of plus or minus 1℃.

We design a temperature control system on LabVIEW 2013,which is a virtual instrument development software developmented by NI company of the United States.Through NI’s device interface and driver,our temperature control program can remotely control the corresponding instrument,so as to realize the combination of software and hardware circuit.In our temperature acquisition module,we mainly use the temperature sensor to collect the corresponding temperature signal.After the linear transformation,it is shown in the waveform diagram in the form of resistance.In the temperature control module,we mainly use PID control algorithm.PID control algorithm is a kind of linear algorithm,which gets the controlled quantity superposed by the proportional part,integral part and differential part of temperature deviation in the feedback link.In the temperature change module,we mainly use the Peltier effect.We apply the voltage on the peltier,then two sides of the peltier will get the temperature difference.

Our system design scheme is as follows：First,we collect the corresponding temperature signal through the temperature sensor.Then,we use the multimeter to get the resistance of the temperature sensor and we input the value in form of temperature after the linear transformation.And then,we get the control value after the PID control algorithm.At last,we add the output value on the two sides of the peltier.The peltier can get temperature difference.

KEY WORDS:LabVIEW,PID, temperature sensor, peltier effect.

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 3

1.1 引言 3

1.2 课题研究的背景与意义 3

1.3 国内外研究状况 3

1.4 设计研究的思路和核心内容 4

第二章 虚拟仪器及LabVIEW简介 6

2.1 虚拟仪器简介 6

2.2 虚拟仪器的特点 6

2.3 虚拟仪器的体系结构 6

2.3.1 数据采集简介 6

2.3.2 虚拟仪器的硬件平台 7

2.3.3 虚拟仪器的软件开发平台 8

2.4 LabVIEW概述 8

2.5 LabVIEW的优势 10

第三章 PID算法及基本知识 11

3.1 PID控制的基本原理 11

3.2 PID控制各项参数的意义 11

3.2.1 比例部分的意义 11

3.2.2 积分部分的意义 12

3.2.3 微分部分的意义 13

3.3 PID控制算法的离散化 14

3.4 PID控制算法的常见类型 14

3.5 PID控制算法的参数整定 15

第四章 热电效应及基本知识 17

4.1 热电效应的简介 17

4.2 热电效应的原理 17

4.2.1 塞贝克效应 17

4.2.2 帕尔帖效应 18

4.2.3 汤姆孙效应 20

第五章 系统总体方案及硬件电路设计 22

5.1 系统总体方案 22

5.2 硬件电路设计 22

5.2.1 传感器的选型 22

5.2.2 测温、帕尔贴冷却电路的设计 23

第六章 温控系统的软件设计 25

6.1 登录系统的设计 25

6.2 数据采集及处理模块的设计 25

6.3 PID算法模块的设计 28

第七章 具体实验介绍及温控效果展示 31

7.1 硬件电路手动控制的可行性分析 31

7.2 基于LabVIEW进行PID参数整定 32

7.3 控制电路以及温控效果展示 33

致谢 35

参考文献 36

附录 37

第一章 绪论

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