王雪晴,衛(wèi)亞博
(平頂山學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院,河南 平頂山 467000)
虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器不同,傳統(tǒng)儀器是由生產(chǎn)廠家定義制造的,具有固定的外觀和功能[1];虛擬儀器通過軟件將計算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體,從而把計算機(jī)強(qiáng)大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起,大大縮小了儀器硬件的成本和體積,并通過軟件實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理.
待測溫度信號經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)為電信號[2],再由信號調(diào)理電路處理成標(biāo)準(zhǔn)信號進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡,由計算機(jī)軟件系統(tǒng)(LabVIEW)采集.整個系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示.可見,采用虛擬儀器技術(shù)可以大大簡化硬件部分設(shè)計,傳統(tǒng)測試系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換,采樣保持以及數(shù)據(jù)通信等功能集成在通用數(shù)據(jù)采集卡中,由計算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理功能.用戶可以根據(jù)不同需求采用不同的傳感器和編寫相應(yīng)的程序即可實(shí)現(xiàn)要求的測試功能,大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性.圖1給出系統(tǒng)硬件組成框圖由計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、測溫電路及溫度控制電路組成.
圖1 系統(tǒng)硬件框圖
系統(tǒng)軟件設(shè)計主要完成數(shù)據(jù)采集與顯示、測試結(jié)果記錄、數(shù)據(jù)查詢、超限報警、溫度實(shí)時控制等,同時為用戶提供一個方便的操作界面.圖2給出上位機(jī)的監(jiān)控界面.該系統(tǒng)軟件是基于LabVIEW8.5軟件平臺設(shè)計的,圖3溫度檢測部分框圖程序.用戶首先根據(jù)實(shí)際需要在“溫度上限”或“溫度下限”中輸入要設(shè)定的溫度限定值,當(dāng)點(diǎn)擊“START”按鈕即可開始溫度的采集;所測溫度超過或低于溫度上限或下限,與之對應(yīng)的LED燈就會變綠;滑動“溫度歷史顯示”表下方的滑動條即可查看歷史溫度趨勢;當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行過程中再次單擊“START”按鈕即可使系統(tǒng)停止工作.
圖2 系統(tǒng)總界面
圖3 溫度檢測部分框圖程序
數(shù)據(jù)采集模塊可分為數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的打開、數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)置、數(shù)據(jù)采集卡的啟動、數(shù)據(jù)采樣控制、數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動程序的關(guān)閉等子模塊[3].程序運(yùn)行以后,數(shù)據(jù)采集卡連續(xù)采集數(shù)據(jù),并把采集到的數(shù)據(jù)不斷的送入到緩存中,并在前面板上顯示采集到的數(shù)據(jù)波形.如圖2系統(tǒng)總界面中的數(shù)據(jù)波形顯示.
系統(tǒng)提示輸入文件名即確定好存儲路徑后,所采集測量的數(shù)據(jù)將存儲到相應(yīng)文件中.程序如圖4所示.
圖4 測量數(shù)據(jù)存儲框圖程序
采用LabVIEW中所帶的PID控制器模塊來控制溫度.該模塊采用增量式PID控制器,在Lab-VIEW中主要通過兩種途徑實(shí)現(xiàn).一是利用其外部接口調(diào)用其他軟件或編程代碼[4];二是利用Lab-VIEW本身的圖形編程語言編程.由于LabVIEW提供了Matlab Script節(jié)點(diǎn),可在Matlab script節(jié)點(diǎn)中編輯Matlab程序,并在LabVIEW環(huán)境下運(yùn)行,而且使用Matlab script節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn),這樣既能使程序結(jié)構(gòu)清晰,又能提高運(yùn)算速度.因此可采用Matlab script節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)增量式PID控制程序.其表達(dá)式為:
(3-1)式中:k 為采樣序列;u(k)為第 k 次采樣時刻的計算機(jī)輸出值;e(k)為第k次采樣時刻輸入的偏差值;e(k-1)為第k-1次采樣時刻輸入的偏差值;Kp為比例系數(shù);Ki為積分系數(shù);Kd為微分系數(shù).
所設(shè)計的溫度測控系統(tǒng)軟件上采用LabVIEW強(qiáng)大的虛擬儀器設(shè)計能力,設(shè)計了操作簡單、界面良好的溫度測試系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對環(huán)境溫度信號的采集、分析、數(shù)據(jù)顯示與存儲,并對超出設(shè)定范圍的故障進(jìn)行報警等功能.系統(tǒng)在功能和應(yīng)用可以進(jìn)一度開放,比如可以實(shí)現(xiàn)更多路溫度活或變量的信號的采集和控制,實(shí)現(xiàn)對溫、濕度的控制反饋等.
〔1〕袁源.虛擬儀器基礎(chǔ)教程[M].成都:電子科技大學(xué)出版社,2002.
〔2〕郁有文.傳感器原理及工程應(yīng)用[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2008.
〔3〕李亞.基于LabVIEW的溫濕度檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報,2012,22(1):24~26.
〔4〕倪自強(qiáng).LabVIEW環(huán)境下溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].電子元器件應(yīng)用,2009,11(2):32~34.