李 亞

（湖南工程學(xué)院 電氣信息學(xué)院，湘潭411101）

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了降低成本、提高生產(chǎn)率，常常要對(duì)溫濕度進(jìn)行檢測(cè)和控制.在很多環(huán)境比較惡劣的生產(chǎn)場(chǎng)合，不宜采用人工測(cè)量.所以設(shè)計(jì)一種可以對(duì)溫濕度進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值.目前的一些溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)大都采用傳統(tǒng)溫濕度測(cè)量?jī)x器，傳統(tǒng)測(cè)量?jī)x器的功能大多都是由硬件或固化的軟件來實(shí)現(xiàn)，功能比較單一，使得用戶無法根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來改變其結(jié)構(gòu)和功能.根據(jù)存在的這些局限性，可以利用虛擬儀器代替真實(shí)的儀器設(shè)備，用軟件代替硬件設(shè)計(jì)具有高性價(jià)比的檢測(cè)系統(tǒng).本文以實(shí)驗(yàn)室的溫濕度源為檢測(cè)對(duì)象，設(shè)計(jì)一種以虛擬儀器為核心的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng).

1 系統(tǒng)的組成及原理

本系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成，其中硬件是基礎(chǔ)，軟件是核心.系統(tǒng)硬件主要由溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)等各部分構(gòu)成.結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.本測(cè)試系統(tǒng)硬件采集的信號(hào)由實(shí)驗(yàn)室溫濕度源提供，為可控溫濕度電加熱裝置；溫濕度傳感器采用DHT11，溫濕度傳感器采集到的信號(hào)數(shù)據(jù)由NI M系列數(shù)據(jù)采集卡PCI－6281傳至主機(jī).同以往的測(cè)試系統(tǒng)相比，無需測(cè)試轉(zhuǎn)換電路和儀器、設(shè)備，系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，應(yīng)用比較靈活.

圖1 溫度檢測(cè)系統(tǒng)原理框圖

本系統(tǒng)工作過程為溫濕度傳感器DHT11采集到調(diào)節(jié)改變的溫濕度，通過采集卡PCI－6281將傳感器的輸出信號(hào)采集到PC主機(jī)上，再通過Lab－VIEW可視化編程軟件開發(fā)程序?qū)Σ杉降男盘?hào)進(jìn)行相應(yīng)處理及波形顯示，實(shí)現(xiàn)超限報(bào)警功能，并通過LabVIEW和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫濕度監(jiān)控.

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫濕度傳感器DHT11

DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器.它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性.傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件，并與一個(gè)高性能8位單片機(jī)相連接.測(cè)量范圍為濕度20%～90%RH，溫度0～50℃，測(cè)量精度為±5%RH，±2℃.

2.2 PCI－6281數(shù)據(jù)采集卡

本系統(tǒng)采用NI公司生產(chǎn)的基于PCI總線的一種插卡式的PCI－6281數(shù)據(jù)采集卡來完成信號(hào)A／D轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)接口的作用.NI PCI－6281是一款高精度多功能M系列數(shù)據(jù)采集（DAQ）板卡，它支持DMA方式和雙緩沖區(qū)模式，保證了實(shí)時(shí)信號(hào)不間斷采集與存儲(chǔ).這種數(shù)據(jù)采集卡支持單極性和雙極性模擬信號(hào)輸入，采樣速率可達(dá)625kS／s.提供l6路模擬輸入通道、2路模擬輸出、18位分辯率、24路數(shù)字I／O（其中8條為10MHz定時(shí)相關(guān)DIO線）、2個(gè)32位80MHz計(jì)數(shù)器／定時(shí)器等多種功能.同時(shí)，模擬輸入端的直接輸入電壓可以在－10～＋l0V的范圍內(nèi)，這樣適應(yīng)了大部分的生產(chǎn)和科研的需求，如果輸入電壓過大或過小，可以先通過一個(gè)調(diào)理電路對(duì)電壓進(jìn)行縮放后再輸入到系統(tǒng)中.數(shù)據(jù)采集卡通過多路開關(guān)、A／D轉(zhuǎn)換芯片和數(shù)據(jù)緩存的幾個(gè)部件將多通道的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并貯存在其緩存中，而計(jì)算機(jī)通過LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集VI對(duì)數(shù)據(jù)采集卡中的幾個(gè)部件的運(yùn)作進(jìn)行控制，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)通過計(jì)算機(jī)總線進(jìn)行通信，交換數(shù)據(jù)和控制信息.

3 軟件設(shè)計(jì)

虛擬儀器前面板作為人機(jī)的交互界面，無論從可操作性還是外觀美化都有很高的要求，而且在此基礎(chǔ)上也可以幫助我們更好地進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，從而完成整個(gè)軟件部分的設(shè)計(jì).

3.1 系統(tǒng)登錄界面

系統(tǒng)登陸界面及程序框圖如圖2所示.其中調(diào)用了兩個(gè)子VI，一個(gè)實(shí)現(xiàn)退出系統(tǒng)（如圖3所示），另一個(gè)則是系統(tǒng)載入的程序（如圖4所示）.

圖4 系統(tǒng)載入程序

3.2 溫濕度設(shè)置程序

溫濕度設(shè)置程序主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的上下限值以及采集時(shí)間進(jìn)行設(shè)置，其程序如圖5所示.

圖5 溫濕度設(shè)置程序

3.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

確定存儲(chǔ)路徑，即輸入文件名后，所采集到的數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)到相應(yīng)文件下，程序如圖6所示.

圖6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序

3.4 系統(tǒng)主界面

當(dāng)對(duì)存儲(chǔ)路徑和溫濕度設(shè)置完畢，就會(huì)轉(zhuǎn)換到系統(tǒng)的主界面，圖7給出系統(tǒng)登錄后的監(jiān)控界面.主要有實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)顯示及存儲(chǔ)、查看歷史數(shù)據(jù)和超限報(bào)警等功能.

3.5 遠(yuǎn)程檢測(cè)

LabVIEW具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，可以將虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)化虛擬測(cè)試系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控.本系統(tǒng)采用在Web上發(fā)布VI的方式來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控.LabVIEW將VI發(fā)布到Web上，這樣用戶就可以通過瀏覽器來訪問VI程序的前面板，甚至還可以控制遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上VI程序的運(yùn)行.這種技術(shù)的思想是用LabVIEW創(chuàng)建一個(gè)網(wǎng)站服務(wù)器（Web Server），這個(gè)Server指向包含VI的目錄，遠(yuǎn)程用戶通過訪問這個(gè)server打開目錄下的VI，也可以對(duì)其進(jìn)行操作.

圖7 系統(tǒng)監(jiān)控界面

4 結(jié) 論

本文介紹了使用LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫濕度測(cè)量的虛擬儀器系統(tǒng).系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了溫濕度的測(cè)量，并將結(jié)果以曲線和報(bào)表的形式顯示在檢測(cè)界面，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)調(diào)用.與傳統(tǒng)儀器比較，界面友好，操作方便、直觀，易于擴(kuò)展功能.

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