1．系统设计1．1系统总体设计方案设计框图如下所示：图1系统总体设计框图1．2单元电路方案的论证与选择硬件电路的设计是整个实验的关键部分，我们在设计中主要考虑了这几个方面：电路简单易懂，较好的体现物理思想；可行性好，操作方便。在设计过程中有的电路有多种备选方案，我们综合各种因素做出了如下选择。1．2．1温度信号采集电路的论证与选择方案：本系统中我们采用MF58型高精度负温度系数热敏电阻器及其外围电路，组成温度信号采集电路。相比较方案一，方案二后续电路较复杂，且需进行温度标定，但由于此方案能够较好的体现物理思想，通过实验标定温度，可以使我们更好的理解模拟信号与数字信号的转化，故我们采用了此方案。MF58型高精度负温度系数热敏电阻器有许多优点：稳定性好，可靠性高；阻值范围宽：0.1-1000K；阻值精度高；由于玻璃封装，可在高温和高温等恶劣环境下使用；体积小、重量轻、结构坚固，便于自动化安装（在印制线路板上）；热感应速度快、灵敏度高。故我们采用此温敏元件。1．2．2温度控制接口电路的论证与选择我们采用频压转化电路将频率信号转化成电压信号，进而控制加热与降温电路工作。选用集成式频率／电压转换器LM2907，配以外加电路，能将经PC机处理后输出的频率信号转换为直流电压信号，电压信号控制继电器（相当于开关）工作从而使电路联通，电风扇或加热丝工作。在一定范围内，LM2907的频率和电压转换可成线性关系，可以实现电热丝加热功率和风LabVIEW操作平台温度信号采集电路温度控制接口电路继电器控制与加热电路继电器控制与降温电路扇转速的连续可调。由于技术原因，我们未能实现这项功能，预留此项功能，可以作为功能扩展。1．2．3加热与降温电路的论证与选择由数据选择器与两片LM2907（后接功率放大电路）分别连接加热和降温电路，实现加热功率与风扇转速的连续可调，如1.2.2所述。原理图如下：图2加热功率与风扇转速的连续可调电路原理图1．3软件设计1.3.1主程序流程图频压转换电路LM2907频压转换电路LM2907数据选择器功率放大电路功率放大电路升温电路降温电路计算机图3主程序流程图1.3.2PID算法读取从声卡输入的正弦电压，经过处理得到该正弦电压的有效值将有效电压值按照电压——温度函数关系，转换成实时温度T将实时温度T与目标温度Tr相减得到温度差E，再取出历次E的值，经过PID算法的处理，计算出需要控制加热丝加热t秒钟将实时温度等相关信息显示到前面板，并写入记录文件中控制声卡输出t秒正弦波，从而控制加热丝加热t秒。延时，直到下次循环的开始。循环周期为10秒钟。判断是否停止或者出错系统的结束操作，包括关闭文件、关闭声卡输入、关闭声卡输出、出错处理系统初始化设置，包括创建文件初始化、声卡输入初始化、声卡输出初始化NYPID算法是本程序中的核心部分。我们采用PID模糊控制技术,通过Pvar、Ivar、Dvar（比例、积分、微分）三方面的结合调整形成一个模糊控制来解决惯性温度误差问题。其原理如下：本系统的温度控制器的电热元件之一是发热丝。发热丝通过电流加热时，内部温度都很高。当容器内温度升高至设定温度时，温度控制器会发出信号停止加热。但这时发热丝的温度会高于设定温度，发热丝还将会对被加热的器件进行加热，即使温度控制器发出信号停止加热，被加热器件的温度还往往继续上升几度，然后才开始下降。当下降到设定温度的下限时，温度控制器又开始发出加热的信号，开始加热，但发热丝要把温度传递到被加热器件需要一定的时候，这就要视发热丝与被加热器件之间的介质情况而定。通常开始重新加热时，温度继续下降几度。所以，传统的定点开关控制温度会有正负误差几度的现象，但这不是温度控制器本身的问题，而是整个热系统的结构性问题，使温度控制器控温产生一种惯性温度误差。增量式PID算法的输出量为ΔUn=Kp[(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2*en-1+en-2)]式中，en、en-1、en-2分别为第n次、n-1次和n-2次的偏差值，Kp、Ti、Td分别为比例系数、积分系数和微分系数，T为采样周期。计算机每隔固定时间T将现场温度与用户设定目标温度的差值带入增量式PID算法公式，由公式输出量决定PWM方波的占空比，后续加热...
