1、.基于單片機及LabVIEW的制漿機水量調節系統的研究與設計      基于單片機及LabVIEW的制漿機水量調節系統的研究與設計             Research and Design for the adjustment of water supply based on MCU and labview         

2、;    摘 要            本次設計為一種制漿機及其控制方法，對此方面文獻資料較少，因此論文難度偏難，需要參考資料非常之多。本設計制漿機，包括有水量檢測傳感器、裝在水量閥上的電機及控制裝置、置于機頭下端的盛漿容器。其特征在于所述盛漿容器內或機頭上裝設有用于檢測漿量（將濃度的測量轉化成對漿水的重量測量可以避免濃度探頭的損傷帶來的經濟利益的損失，而且方法更為簡便）并將檢測結果反饋給控制裝置以供控制裝置選擇不同制漿程序的水位檢測裝置，水位檢

3、測裝置的信號輸出端與控制裝置的信號輸入端電連接。本發明制漿機的控制方法：質量檢測模塊將檢測到的固定體積水量質量數據傳輸到上位控制界面，控制界面將接收到的水量質量數據與之前設定的數據進行比較分析，并得出加入容器內的實際水量；從而控制水量閥的開關大小。底層硬件部分為單片機控制的質量測量模塊，經串口與LabVIEW相連接，上位機用LabVIEW編寫控制界面。                   該論文有圖64幅，

4、表0個，參考文獻 84 篇。      關鍵詞：制漿機，MCU，LabVIEW，水量控制。                                     Abstract

5、      the design is a system that focus on the control tecnology of water supply for paper/juice pulp making machine.there is a lack of literature major in this field,so this is kind of different,and I have to consult so many teachers and friends.the machine is include

6、sensors for measuring the water supply,the control facilities of water swithse and the container for water.Its characteristics is the pulp container or arranged on the hand piece has used for detection of plasma volume (concentration measurement transformation gravim etric measurements with pairwise

7、 serofluid can avoid loss of concentration probe caused by the damage of the economic benefits, and the method is simple and convenient) and the detection results feedback to the control device for controlling device to choose different pulping process of the water level detection device and water l

8、evel detecting device of the signal output terminal and the control device of the signal input end of the electric connection. The control method of the pulping machine of the invention: water level detecting device to detect the water level data transmission to the control device, control device to

9、 receive the data of water level and pre stored data for comparative analysis, and draw to join Sheng slurry vessel within the actual content; control device with the recall of the actual amount of water corresponding to the pulping process, then adjust the size of the water, pulping machine began p

10、ulping. The pulping machine of the invention can avoid the defects of the pulping halfway overflow caused by the addition of water quantity or the small amount of pulping material and the difference of the texture of the pulp.      The underlying hardware part is the qu

11、ality measurement module controlled by single chip microcomputer, which is connected with LabVIEW through serial port, and the host computer is programmed by LabVIEW to control the interface.      Keywords: vehicle inverters, SPWM, push-pull converter, power switches

12、60;                     目錄    1 緒論      1.1 課題研究的背景      1.2制漿機水量控制技術研究現狀      1.3 對我國制漿機水

13、量控制技術的分析和課題提出的意義      1.4 本課題設計要求與主要研究內容      1.4.1 本課題設計要求      1.4.2 本課題主要研究內容      2 硬件設計      2.1 底層測量模塊硬件選型      2.

14、1.1單片機選型      2.1.2 測重傳感器選型      2.1.3 AD芯片選型      2.2 硬件電路設計      2.3硬件數據采集控制      3 系統軟件設計      3.1單片機測質量部分程序設計 &

15、#160;    3.2串口通信部分程序設計      3.3 labview控制界面編程及設計      3.3.1 labview簡介      3.3.2 數字PID控制算法      3.3.3 LabVIEW界面PID控制設計      4 軟件程序

16、      4.1 ADS110模數轉換程序      4.2單片機串口收發程序      4.3 LabVIEW界面串口收發圖形化編程      4.4 LabVIEW控制界面圖形化編程      5 實驗仿真分析      6 總結與展

17、望       參考文獻                                          1 緒論&#

18、160;     1.1 課題研究的背景      伴隨著時代的發展，人們對制漿的需求越來越多。制漿機是造紙行業使用多種含纖維原料進行制漿生產專用設施，它是纖維再使用造紙過程中廣泛采用的機械設施之一。制漿機中,可一次性制成白度70以上的白漿或根據用戶需要制成本色漿,滿足生產多種紙品的需要。它完全可替代蒸球制漿,整個制漿過程,快速，無污染、高效、無需高溫、高壓,是最佳的制漿機械。今年一季度，全國共生產機制紙及紙板2832萬噸，同比增長3.8%，相比于去年同期的0.8%漲幅明顯恢復。機制紙

19、及紙板產量的增長，使得國內造紙及紙制品業主營收入同比增長6.7%，但增幅則下降3.5個百分點，表明市場需求減弱，產能過剩的加劇。造紙行業發展緩慢的原因主要有三個：一是造紙業屬于傳統行業，前十年是造紙業的黃金發展期，而現在紙品市場已基本飽和，目前處于一個瓶頸期；二是受宏觀消費的影響，輕工行業的增速與 GDP 高度相關，近年來我國經濟由高速增長進入了新常態，GDP增速不斷放緩，快速消費品以及高端消費品的增速也隨之回落，行業下游需求不振導致增速下降；三是受外部環境的影響，造紙行業的出口量增速近年來也在逐漸放緩，行業生存壓力相對較大。     

20、0;1.2制漿機水量控制技術研究現狀      據中國造紙協會調查資料顯示 2008 年全國紙及紙板生產企業約 3500 家；全國紙及紙板生產量 7980 萬噸較上年增長 8.57%，消費量 7935 萬噸；2007 年瓦楞原紙產量約 1350 萬噸，進口量約 60 萬噸。我國的紙及紙板產量在 20002008 年間實現了每年 12.78%的高速增長。在紙和紙板產量高速增長的背后卻暴露了我國制漿造紙工業的困境：纖維資源短缺，用水量大，環境污染嚴重。目前，我國造紙的原料結構中，木漿所占比例較少，國產木漿就更少，2008 年我國

21、木漿消耗 672 萬噸，廢紙漿消耗 4439 萬噸，非木漿消耗 1297 萬噸。木漿進口量有持續增加的趨勢，廢紙漿占紙漿消耗的絕大部分，非木漿用量比例有所減少。我國現有林業用地面積 2.63 億公頃，活立木蓄積量 124.9 億立方米。對生態環境造成了嚴重的危害。隨著國家對企業排污標準的提高，草漿生產在越來越多的省份受到限制，一大批生產污水不能達標排放的企業面臨被強制關停的境況。據統計僅 2008 年全國就有 3000多家小型紙廠被關，其中草類制漿造紙廠據多數。由于廢紙制漿相對污染較少，水處理較為簡單，因此以廢紙為原料制漿造紙的企業迅速增加。在此情況下水量控制顯得尤為重要，可以使制漿流程大幅簡

22、化，而且可以使制漿效率得到提高。             1.3 對我國制漿機水量控制技術的分析和課題提出的意義      現代制漿造紙裝備具有大型、高速、連續、復雜、自動化程度高、成套化和控制精度要求高等特點,裝備要具備高速生產過程漿料纖維懸浮液等多相流、多介質、宏觀微觀均衡分布和質量能量動力傳遞等功能,同時與機、電、儀和計算機等高新技術相結合配套,而且是當今新材料和先進制造科技水平的綜合1。制漿造紙裝備

23、從其科技含量角度上看當屬高科技類成套裝備,可以說現代制漿造紙裝備是在當今工業品制造業中所用的科技含量與水平較高的裝備中少有的,因而具有先進水平的大型制漿造紙成套裝備價格昂貴,只能被國外少數公司壟斷。近年來,通過成套引進或引進關鍵部件的方法,我國制漿造紙裝備的制造能力和科技水平有了一定提高1。世界先進裝備廠商在我國的落戶和國產化設備制造水平的提高,不僅縮小了我國與國際先進水平的差距,同時也引入了先進的管理方法和技術人才,提高了產品研發能力和自主創新能力。我國制漿造紙工業已擁有世界上領先的制漿造紙技術和裝備,如連續蒸煮、氧脫木素、二氧化氯制備及漂白、各種化學機械制漿、涂布加工、廢紙脫墨,帶有夾網成

24、形器、靴式壓榨、單排烘缸、機內超壓、軟壓光等高速紙機,廢水處理系統, QCS、DCS、MCC、PLC等自動控制系統目前,我國制漿造紙裝備已呈現了大型化、高速化、自動化、國產化、成套化的特征和趨勢,在此情況下水量控制顯得尤為重要，可以使制漿流程大幅簡化，而且可以使制漿效率得到提高1。            1.4 本課題設計要求與主要研究內容      1.4.1 本課題設計要求   &#

25、160;              如圖1所示，固體原料和水進入磨料機中，經過磨料機的研磨和水的混合作用生成含有細顆粒的固液混合物，混合物進入混合裝置與另一路給水充分混合形成固液混合物的終產品，濃度計1和濃度計2檢測固體顆粒在混合物中的濃度，流量計1、2分別計量中間混合物和終產品的流量，流量閥控制混合水的添加量。【】      一、 算法公式    

26、0; Q2=Q1+Q3 (1)      式中： Q1流量計1計量的流量 l/min       Q2流量計2計量的流量 l/min       Q3需要水的流量 l/min      1*Q1=2*Q2 Q3*1 (2)      式中： Q1流量計1計量的流量 l/min &

27、#160;     Q2流量計2計量的流量 l/min       1濃度計1計量的濃度 g/l       2濃度計2計量的濃度 g/l      T=Q計*計*10 (3)      式中： Q計流量計2在10分鐘計量的平均值 l/min       計濃

28、度計2在10分鐘計量的平均值 l/min      T產量 g      二、 缺省參數值       Q1：100200 l/min 1：8001000g/l 2：500700g/l      三、 控制要求      根據流量計1、流量計2和濃度計1、濃度計2的檢測數值決定水流量閥的流量值大小，

29、濃度計2的計量值上限和下限可以任意調整。      自由選擇控制方法（單片機、PC）和通訊方式，出具控制原理圖，一次、二次儀表和硬件自主選擇，編寫相關程序。      要求良好的人機界面，面板或顯示器可以顯示Q1、Q2、Q3、1、2的值，可以設定Q1、1、2默認值范圍。      取2中間值通過算法公式和程序控制混合水的流量。當2值低于中間值20個單位或高于中間值100個單位時黃燈報警，低于下限值或高于上限值時紅燈和

30、聲音報警。流量計2計量值為0時閥門1關閉。      T值可以清零。顯示T值清零以來或開機以后運行時間。      系統可以即時儲存相關數據也可打印輸出。      本設計主要目的是通過單片機控制系統對本工藝過程實現優化控制從而提高制漿工藝質量。            1.4.2 本課題主要研究內容

31、      第一章，介紹了制漿機水量控制技術的發展和現狀，闡述了制漿機水量控制的研究價值和意義。      第二章，介紹了底層質量測量模塊的單片機的硬件架構，包括了單片機的選型，AD選型，信號放大電路的選取，質量測量傳感器的選擇。      第三章 介紹了系統總體的軟件設計思路如串口通信部分程序設計，labview控制界面編程及設計等。       

32、;     ，介紹了各部分的程序編寫，如LabVIEW控制界面的后面板的設計，AD 轉換編程，串口通信編程等。      ， 實驗仿真分析      ，總結與展望                       &

33、#160;                   2硬件設計       2.1 底層測量模塊硬件選型       2.1.1單片機選型       51單片機是對所有兼容Intel8031指令系統的單片機的統稱。該系列單片機的始祖

34、是Intel的8031單片機，后來隨著Flashrom技術的發展，8031單片機取得了長足的進展。成為應用最廣泛的8位單片機之一，其代表型號是 HYPERLINK " t " ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應用于工業測控系統之中。      其實現在的51內核的單片機功能已經擴展到非常強大了，初學者通常不太了解這方面的知識，只知道AT89S51就是51單片機，它只有 40個腳.遇到一個20、48腳的51單片機他就不認識了，像現在的STC12C5A60S2單片機，也是51內核，但其外圍功能和內部資源已經相當豐

35、富，強抗干擾能力、低功耗、1T單周期指令、高速度、帶有SPI接口、PWM輸出、PCA、雙串口、甚至三串口、自帶看門狗、自帶EEPROM、擴展 RAM1280字節等，60K大程序存儲空間等。所有的單片機中51單片機的結構是最簡單的，內部寄存器也是最少的，因此也是最容易入門的。AVR單片機和PIC單片機在51的基礎上又增加了 一些其它的外圍功能，AVR和PIC系列單片機中，不同型號的單片機還有不同特別功能，比如有帶USB接口的、的帶CAN總線接口的、有IIC接口、有 SPI接口、有雙串口功能等。      因此從本測重系統所需功能來看，5

36、1單片機完全能夠支持。            2.1.2 測重傳感器選型      本測重傳感器選型為LC8020完全符合測重要求。其產品特點有：      1.量程范圍（kg）:4kg20kg      2.綜合精度高，長期穩定性好     

37、60;3.結構簡單，易于安裝      4.低截面小尺寸      5.材質鋁合金，表面陽極化處理      6.四角偏差已調整      7.推薦臺面尺寸：200mm200mm      產品參數見圖5，外形尺寸見圖6，接線方式見圖7，實物圖見圖8.    

38、                                                  

39、                                                  

40、                                                  

41、                                                  

42、                                                  

43、       2.1.3 AD芯片選型       ADS1110是有差分輸入精確的連續自校準模/數A/D轉換器，分辨率為16位，封裝為小型SOT23-6。片內的基準電壓2.048V，提供范圍為2.048V的輸入差分電壓。ADS1110使用I2C串行接口在2.7V至5.5V的電源下工作。ADS1110可每秒采樣153060或240次以進行轉換片內可編程的增益放大器PGA提供高達8倍的增益并且允許以高分辨率對較小的信號進行測量在單周期轉換方式中ADS1110在一次轉換

44、之后自動掉電在空閑期間極大地減少了電流消耗。ADS1110為需要高分辨率測量的應用而設計在這種應用中空間和電源消耗是首要考慮的問題典型應用包括便攜式儀器工業過程控制和小型發送器                         圖1 ADS1110引腳圖         

45、    AT89C51MCU一直常使用ADC。雖然并行ADC轉換器速率高、通道多，但其價錢高，并行占用接口比串行AD轉換器多。工業控制及智能機械中經常采用串行AD轉換器。ADS1110是一種精密、可連續自校準的串行AD轉換器，帶有差分輸入和高達16位的分辨率，其串行接口為I2C總線。AT89C51單片機通過軟件模擬I2C總線實現與ADS1110的連接。       ADS1110的特點有：完整的數據采集系統和小型SOT23-6封裝；片內基準電壓：精度2.048 V+0.05；

46、片內可編程增益放大器PGA；片內振蕩器；16位分辨率；可編程的轉換速率15次秒240次秒；I2C總線接口(8個有效地址)；電源電壓2.7 V5.5 V；低電流消耗240 A4。             ADS1110串行AD轉換器采用6引腳貼片封裝，其引腳排列如圖1所示。VDD：電源端，通常接+5V；GND：模擬地和數字地；VIN+、VIN-：采樣模擬信號輸入端，其范圍為-2.048 V2.048 V；SCL：I2C總線時鐘線；SDA：I2C總線數據線。ADS111

47、0是由帶有可調增益的-型轉換器內核、2.048 V的電壓基準、時鐘振蕩器和I2C總線接口組成。其內部結構如圖2所示      圖2 ADS1110內部結構圖             MCU對ADS1110的鑒別別通過識別地址實現，ADS1110作為從機。 ADS1110的I2C地址是1001aaa，其中aaa是出廠時默認設置。ADS1110有8種不一樣的類別，每種類別都有不同的I2C地址。芯片封裝時，ADS

48、1110的每個類別都以EDx為標志，其中x是地址變量。ADS1110含有輸出寄存器和配置寄存器，可通過I2C端口進行訪問。輸出寄存器存儲AD轉換結果，而配置寄存器，二者的設定來控制ADS1110的工作方式，數據傳輸速度和增益放大器，也可用于查詢器件狀態。       從ADS1110中讀取輸出寄存器和配置寄存器的內容的時候，需要在片內對ADC尋址。從ADS1110中讀3個字節即可，前2個字節寄存器的輸出內容，第3個字節是配置寄存器的操作。讀時，只讀前2個字節而不讀第3個字節。ADS1110的讀時序如圖3所示。 &#

49、160;    圖3 ADS110讀時序圖             為了對配置寄存器進行寫的操作，要對ADS1110進行片內尋址，并向配置寄存器寫進1個字節即可，但不能向輸出寄存器寫進字節。其寫操作時序如圖4所示。      圖4 ADS110寫時序圖          

50、;        2.2硬件電路設計       電子稱的硬件結構由以下五部分組成：電阻應變式傳感器、信號放大處理電路、AD轉換、單片機控制及獨立電源。 其結構如圖5 所示。測重的過程是把被測物的質量通過電阻應變傳感器將質量信號轉化為電壓輸出，信號放大處理模塊把來自電阻應變式傳感器微小信號放大，放大過后的電壓信號經過AD轉換為數字量，數字量經過單片機進行處理，然后送上層LabVIEW顯進行數據處理控制。   

51、;         圖5 硬件設計框圖             質量測量系統中，傳感器是重要部位，其精確度，穩定性尤其對測量產生巨大影響。 根據我們設計要求， 設計中選用單點式荷重傳感器LC8020，其精度為 百分之零點零三，靈敏度 2.00.2m V/V，額定量程5千克，提供橋電壓 為5V。       信號調理電路當稱重傳感

52、器滿負載 5Kg 時，傳感器輸出電壓變化 101m V，此時要求加入ADS1110 的電壓為 1024 m V。 若信號放大調節電路的增益為 G。G=1024m V10m V102。信號調節放大電路部分選用高精度、低功耗儀用放大器 INA118，其電路如圖 6所示。信號采集處理電路稱重信號經信號調理放大后，模數轉換是核心部件，目前在低速高分辨率的測量中，delta-sigma 模數轉換取得優勢地位。 ADS1110 與 STC89C51RC 連接電路如圖 7所示 。模數轉換后經單片機讀出并做數據處理，然后經串口送予LabVIEW用于控制。    

53、0;                                                 

54、0;                                                 

55、0;           圖6 信號調理電路                                      

56、                                    圖7 ADS1110與單片機連接圖            

57、2.3硬件數據采集控制                                                &

58、#160;      圖8數據采集控制框圖       在本系統中主回路為下層以單品機為中心的信號采集模塊，控制回路為以LabVIEW為上位機的界面控制。通過 與LabVIEW進行串口連接，在LabVIEW中進行數據處理比較之后控制水流量閥門進行水流量調節。通過將漿水濃度檢測轉換為固定體積漿水質量檢測，設定固定體積漿水質量上下限，從而可以實現控制漿水濃度的目的。      3系統軟件設計   &#

59、160;  3.1單片機測質量部分程序設計       設計配置8位ADS1110寄存器如圖9所列。            位76543210名稱ST00SCDR1DR0PGA1PGA0值10011110       圖9 ADS1110寄存器配置       ST位的

60、意義決定于它是被寫還是被讀。在單周期重復性轉換方式中，寫1到ST位為AD轉換開始，寫入0無操作；在連續方式中，ADS1110不必操作ST的值。在進行讀操作時，ST表示輸出寄存器中的數據是否為新數據。如果ST被寫入0，則為新數據；如果ST為1，則剛從輸出寄存器讀出的值以前已經被讀過。保留5,6置為0。ADS1110工作方式為SC位控制，當SC是1時，ADS1110以單周期轉換方式工作。2,3位控制ADS1110的傳輸速率，當DR的位3和位2為1表示ADS1110的數據采樣率為15 sps。PGA的位1和0控制ADS1110的增益，置PGA位1和0為1、0表示ADS1110的PGA增益為4。

61、60;     按照硬件電路，采用匯編語言編程，在KeilA51 V8.50環境下調試通過，并成功應用在單片機稱重系統中。3.2串口通信部分程序設計       計算機通信的類別計算機通信是將計算機技術和通信技術的相結合，完成計算機與外部設備或計算機與計算機之間的信息交換.可以分為兩大類：并行通信與串行通信。      a、并行通信:通常是將數據字節的各位用多條數據線同時進行傳送。   

62、   并行通信控制簡單、傳輸速度快；由于傳輸線較多，長距離傳送時成本高且接收方的各位同時接收存在困難。      b、串行通信：將數據字節分成一位一位的形式在一條傳輸線上逐個地傳送。      串行通信傳輸線少，長距離傳送時成本低，可以利用電話網等現成的設備，但數據的傳送控制比并行通信復雜。      串行通信接口標準如下：RS-232C接口:RS-232C是EIA（美國電子工業協會）1

63、969年修訂RS-232C標準。RS-232C定義了數據終端設備（DTE）與數據通信設備（DCE）之間的物理接口標準。單片機與串口的電路連接圖：用的是max232芯片。                  還有其他的接口標準，如RS-485等.       比特率是每秒鐘傳輸二進制代碼的位數，單位是：位秒（bps）。   

64、;   如每秒鐘傳送960個字符，而每個字符格式包含10位(1個起始位、1個停止位、8個數據位)，這時的比特率為：10位960個/秒 = 9600 bps。在串行通信中，收發雙方對發送或接收數據的速率要有約定。通過軟件可對單片機串行口編程為四種工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可變的，由定時器T1的溢出率來決定。串行口的四種工作方式對應三種波特率。由于輸入的移位時鐘的來源不同，所以，各種方式的波特率計算公式也不相同。      方式0的波特率 = fosc/12方式2

65、的波特率 =（2SMOD/64） fosc方式1的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）方式3的波特率 =（2SMOD/32）（T1溢出率）      還需計算T1的溢出率，當T1作為波特率發生器時，最典型的用法是使T1工作在自動再裝入的8位定時器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以啟動定時器）。這時溢出率取決于TH1中的計數值。T1 溢出率 = fosc /12 256 （TH1） 在單片機的應用中，常用的晶振頻率為：12MHz和11.0592MHz。所以，選用的波特率也相對固定。   &#

66、160;  最后來講串行通信的初始化串行口工作之前，應對其進行初始化，主要是設置產生波特率的定時器1、串行口控制和中斷控制。      具體步驟如下：確定T1的工作方式（編程TMOD寄存器）；計算T1的初值，裝載TH1、TL1；啟動T1（編程TCON中的TR1位）；確定串行口控制（編程SCON寄存器）；串行口在中斷方式工作時，要進行中斷設置（編程IE、IP寄存器）。      一般定時器選用方式2（自動裝初值），SCON寄存器中的SM0和SM1來選擇串口工

67、作方式如：常選用串口方式1，即8位數據傳輸，波特率可變。                  =      /*      功能：簡單的串口通信      單片機：AT89S52     &#

68、160;*/      #include<reg52.h> unsigned char flag,a; / flag為標志位 main(void)      /*串口初始化*/      TMOD=0x20; / 設置定時器1為工作方式2 TH1=0xfd; /裝初值，設定波特率為9600 TL1=0xfd; TR1=1; /啟動T1定時器 REN=1;/允許串口接收數據，REN、SM0、SM1這三句亦可

69、以只寫一個SCON=0x50 SM0=0;/串口工作方式設置為方式1      SM1=1; EA=1;/開總中斷 ES=1;/開串口中斷      while(1)if ( flag = 1 ) /當標志位為1時，進行下列的操作ES=0; /關串口中斷，以保證一個數據一個數據的傳輸flag=0;/標志位清零SBUF=a; /如果收到計算機發送的數據，則將該數據再發回給計算機while(!TI);/這句很重要，等待發送數據的完成    

70、  TI=0;/串行發送停止位的開始時，由內部硬件使TI置1，向CPU發中斷申請。在中斷服務程序中,       必須用軟件將其清0，取消此中斷申請。ES=1; /開串口中斷，用來接收下一個數據      void ser() interrupt 4 /串口中斷函數 RI=0； /接收中斷標志位，串行接收停止位的中間時，由內部硬件使RI置1，向CPU發中斷申請。       則

71、必須在中斷服務程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。      a=SBUF; /收到的數據存入緩沖器，然后賦給a flag=1;            3.3 labview控制界面編程及設計       本設計在LabVIEW中設計控制界面及仿真。通過串口輸入的實際值，在LabVIEW中通過pid進行控制。    

72、;        3.3.1 labview簡介      LabVIEW(Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平臺)是由美國國家儀器公司所開發的圖形化程序編譯平臺，發明者為杰夫考度斯基(Jeff Kodosky)，程序最初于1986年在蘋果電腦上發表。LabVIEW編程前期是為了機械的智能控制所建立的，至今逐漸轉變成為一種完整的的圖形化編程語言。LabVIEW

73、程序與傳統編程語言之不同點在于程序流程采用" HYPERLINK " t " 數據流"之概念打破傳統之 HYPERLINK " t " 思維模式，使得程序設計者在 HYPERLINK " t " 流程圖構思完畢的同時也完成了程序的撰寫。      與 C語言 和BASIC語言一樣，LabVIEW同樣是普遍適應的編程系統，有一個可以完成絕大數編程的巨大函數庫。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲，等等。LabV

74、IEW也有一般編程軟件所具備的的 HYPERLINK " t " 程序調試面板，如設置斷點、以動畫方式顯示數據及其子程序的結果、單步及重復執行等等，便于程序的開發調試。      LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。傳統的編程語言根據程序語句和程序指令的先后順序決定步驟執行順序，而 LabVIEW則采用數據流編程方式，程序中節點之間的數據流向決定了VI模塊及函數進行順序。VI指虛擬

75、儀器（Virtual Instrument），是 LabVIEW的編程塊組。      LabVIEW提供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。人機控制界面在 LabVIEW中為為前面板。使用形象的圖形及連線，便可進行圖形話編程處理對前面板上的各個模塊進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。 HYPERLINK " o "編輯本段" 編輯盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是 HYPERLINK " t " 軟件。LabVIEW可充分發揮計

76、算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創造出功能更強的 HYPERLINK " t " 儀器。      Virtual instrument專研的另外一個問題是各種標準儀表的互相連接及其與PC的連接。現在利用比較多的是IEEE488 或GPIB通信協議。未來的儀器也應當是網絡化的。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發環境，這種編程技術被各個學術機構廣泛運用。LabVIEW集成了與滿足 GPIB、VXI、

77、RS-232和 RS-485 協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。LabVIEW內部還配置了使用于TCP/IP、ActiveX等軟件標準的 HYPERLINK " t " 庫函數。這是一個功能豐使用便捷的控制軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。      利用 LabVIEW，可產生獨立運行的可執行文件，它是一個真正的32位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。虛擬儀器（vir

78、tual instrument）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是儀器發展的一個重要方向。另一種方式是儀器裝入計算機。以通用的 HYPERLINK " t " 計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。在這一領域內，使用較為廣泛的 HYPERLINK " t " 計算機語言是美國NI 公司的 LabVIEW。      LabVIEW 的最新版本為 LabVIEW2011，LabVIEW 2009 為多線程功能添加了更多特性，這種特性在 1998 年的版本

79、 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 軟件，用戶可以借助于它提供的軟件環境，該環境由于其 HYPERLINK " t " 數據流編程特性、LabVIEW Real-Time 工具對嵌入式平臺開發的多核支持，以及自上而下的為多核而設計的軟件層次，是進行并行編程的首選。      LABVIEW有很多優點，尤其是在某些特殊領域其特點尤其突出。      測試測量：LABVIEW最初就是為測試測量而設計的，因而測試測量也就是現在LABVIEW最廣泛的應用領域

80、。經過將近半個世紀的不斷補充完善，LABVIEW在各種控制及傳感器數據采集等領域獲得了大眾的認可。現今，絕大部分的測量儀表儀器都擁有各自使用的基于LabVIEW驅動程序，通過利用LabVIEW圖形化編程界面可以更加直觀便捷高效的進行控制。并且NI公司為適應各種不同的控制編程需要制定了各種情況下使用的工具包，這些工具包幾乎包含了大部分人員所需的所有控制功能，從而用戶在利用這些工具包的基礎上進行程序的開發就會容易很多。有時甚至于只需簡單地調用幾個工具包中的函數，就可以組成一個 HYPERLINK " t " 完整的測試測量應用程序。    

81、;  工程控制及工程測量是兩個互有交集的范圍，LabVIEW是從工程測量領域開始逐步完善的，從而逐漸的擴散到了工程控制的了領域。LabVIEW擁有專門用于工程控制的模塊-LabVIEWDSC。除了用于工程控制的模塊-LabVIEWDSC，在此領域常用的硬件設備、數據傳輸線等一般也都帶有各自的LabVIEW驅動程序。使用LabVIEW可以非常方便的編制各種控制程序。      仿真：LabVIEW包含了多種多樣的數學 運算函數，特別適合進行模擬、仿真、原型設計等工作。在設計機電設備之前，可以先在計算機上用LabVIE

82、W搭建仿真原型，驗證設計的合理性，找到潛在的問題。在高等教育領域，有時如果使用LabVIEW進行軟件模擬，就可以達到同樣的效果，使學生不致失去實踐的機會2。                        兒童教育：由于圖形外觀漂亮且容易吸引兒童的注意力，同時圖形比文本更容易被兒童接受和理解，所以LabVIEW非常受少年兒童的歡迎。對于沒有任何計算機知識的兒童

83、而言，可以把LabVIEW理解成是一種特殊的“積木”：把不同的原件搭在一起，就可以實現自己所需的功能。著名的可編程玩具“樂高積木”使用的就是LabVIEW編程語言。兒童經過短暫的指導就可以利用 HYPERLINK " t " 樂高積木提供的 HYPERLINK " t " 積木搭建成各種車輛模型、機器人等，再使用LabVIEW編寫控制其運動和行為的程序。除了應用于玩具，LabVIEW還有專門用于中小學生教學使用的版本。      3.3.2 數字PID控制算法   

84、    Proportion Integration Differentiation       比例（Proportion）控制是一種最基礎最簡單的控制模式。輸出與輸入誤差大小成比例關系。當只有有比例控制（Proportion control）時，整體的輸出有一定穩態誤差。       積分（Integration）控制是在比例基礎上為了消除比例控制中存在穩態誤差，從而加進了“積分項”。積分項對誤差的敏感度取決于時

85、間（time）的積分，隨著時間的增加，積分項會慢慢增加。如是則即使誤差本來比較小，積分項也會因為時間的過去而增加，這樣可以使輸出增加，從而穩態誤差會逐步減小，慢慢變為0。因此，比例與積分(Proportion and Integration control）一起使用后，可以使系統在進入穩態后消除穩態誤差。      微分（Differentiation）控制中，模塊輸出是與輸入誤差數據的微分（即誤差變化圖像的斜率變化）為正比例關系。系統在物產消除的控制過程中一般會出現輸出振蕩甚至穩態失衡，在控制器中只加入比例控制一般來說是具有不完整性的，比例控制僅僅將誤差的大小提高或減小，微分卻能夠，具有比例+微分的控制器就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調3。      離散PID增量形式：