李文方，李海霞

（黃河科技學(xué)院 河南 鄭州 450063）

傳統(tǒng)的溫度采集主要由溫度傳感器，信號處理電路（放大、濾波），A/D轉(zhuǎn)換電路，顯示電路等構(gòu)成，在微處理器如單片機的控制下，進行溫度數(shù)據(jù)的采集以及顯示，同時可以有上下限報警等功能。傳統(tǒng)的溫度檢測設(shè)備對設(shè)備本身和檢測人員的技能要求都較高，且不方便自我檢測，增加了設(shè)備維修成本和用戶購買成本。而虛擬儀器主要采用數(shù)據(jù)采集卡將數(shù)據(jù)送入計算機，然后通過LabVIEW中的軟件設(shè)計和界面設(shè)計來完成對應(yīng)的信息處理和顯示功能[1-3]。虛擬儀器能夠根據(jù)用戶不同的要求對其進行修改和擴展，在測量過程中還可以方便地改變控制范圍的參數(shù)，增加可調(diào)節(jié)性。

本設(shè)計利用數(shù)據(jù)采集卡和LabVIEW軟件，完成了溫度數(shù)據(jù)的采集、顯示、分析、報警等，從而實現(xiàn)了一個溫度采集器的基本功能。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），包括前面板（Front Panel）、流程圖（Block Diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器（Icon/Connector）3 部分[4]。

基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般構(gòu)成如圖1所示。

圖1 基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本框架Fig.1 Structure diagram of the data acquisition system based on LabVIEW

本設(shè)計提供的理論支持所使用的傳感器是光纖溫度傳感器，光纖溫度傳感器是利用部分物質(zhì)吸收的光譜隨溫度變化而變化的原理，通過分析光纖傳輸?shù)墓庾V可以了解實時溫度[5]。

本設(shè)計提供的理論支持所使用的數(shù)據(jù)采集卡是NI USB-6009采集卡。NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡是一款用于USB的14位、48 k/s的多功能數(shù)據(jù)采集卡，它采用方便而便于攜帶的總線型設(shè)計，擁有8路12位模擬輸入通道、14位數(shù)字I/0線、2路模擬輸出通道和1個計數(shù)器[6]。

2 軟件設(shè)置

2.1 系統(tǒng)整體流程圖

本系統(tǒng)由【溫度計子VI】提供溫度值，與設(shè)定的溫度上下限進行比較，如果溫度值超過設(shè)定上限或低于設(shè)定下限，則觸發(fā)相應(yīng)的報警燈亮，并將越限溫度顯示出來。采樣的整個過程由【統(tǒng)計】控件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并將統(tǒng)計結(jié)果顯示出來。系統(tǒng)整體流程圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)整體流程圖Fig.2 Flow chart of the system

本系統(tǒng)分為溫度計子VI部分、儀表顯示框部分、參數(shù)設(shè)置框部分、報警框部分和統(tǒng)計數(shù)值顯示框部分5個部分。

系統(tǒng)中溫度采集模塊調(diào)用了已設(shè)計好的子VI。子VI采用隨機數(shù)的隨機脈沖（0～1之間），經(jīng)過一系列的數(shù)學(xué)運算以后得到采樣溫度值，最終數(shù)據(jù)在0～50之間。以此設(shè)計來減少控件個數(shù)，使板面更加簡潔明了。

2.2 儀表顯示面板

儀表顯示面板如圖3所示，分3個部分，分別是【溫度顯示儀表】、【調(diào)頻滑動桿】和【實時溫度波形圖】?！緶囟蕊@示儀表】將以儀表指針的形式顯示實時溫度，【調(diào)頻滑動桿】用以調(diào)整溫度采集的頻率，滑動桿數(shù)值越大采樣頻率越低，反之采樣頻率越高。【實時溫度波形圖】以波形圖的形式直觀反映溫度變化趨勢，同時可以查看歷史溫度采樣值。

圖3 儀表顯示面板Fig.3 Instrument display panel

在程序框圖中，【溫度顯示儀表】與【溫度計子VI】相連?！净瑒诱{(diào)頻桿】與【時間延遲】相連以調(diào)整延遲時間?！緦崟r溫度波形圖】將設(shè)定溫度的上下限與實時溫度捆綁后通過波形圖形式顯現(xiàn)。各部分的連接如圖4所示。

2.3 參數(shù)設(shè)置部分

圖4 儀表顯示中各部分的連接Fig.4 The connection diagram in instrument display

參數(shù)設(shè)置框中包含3個控件，即【上限溫度設(shè)定】和【下限溫度設(shè)定】兩個數(shù)值輸入控件以及一個【布爾開關(guān)】。數(shù)值輸入控件用于設(shè)定上下限溫度，布爾開關(guān)用于控制整個程序的暫停/繼續(xù)，【布爾開關(guān)】的燈亮/滅分別表示程序的運行/暫停。參數(shù)設(shè)置部分前面板及程序連接如圖5所示。

圖5 參數(shù)設(shè)置部分前面板及程序連接Fig.5 Panel and connection of the parameters setting

2.4 報警框設(shè)計

本設(shè)計中報警部分的運行是通過兩個【條件結(jié)構(gòu)】實現(xiàn)的。將【溫度計子VI】數(shù)據(jù)與【上限溫度設(shè)定】中的數(shù)值進行比較，當(dāng)【溫度計子VI】數(shù)據(jù)大于【上限溫度設(shè)定】中的數(shù)值時，【上限報警指示燈】被點亮，同時進入 “真分支”，“真分支”中【上限報警次數(shù)】數(shù)值加1，【溫度計子VI】數(shù)據(jù)傳輸至【上限報警溫度顯示】的數(shù)值顯示控件中，同時【蜂鳴聲】被觸發(fā)，系統(tǒng)發(fā)出報警；“假分支”中不做程序設(shè)定，【溫度計子VI】數(shù)據(jù)也傳輸不到【上限報警溫度顯示】控件中，此時【上限報警溫度顯示】恢復(fù)至默認(rèn)狀態(tài)0。

對下限溫度的報警指示與上線溫度報警指示的原理相同。報警框部分在程序框圖中的連接情況如圖6所示。

圖6 報警框部分的連接情況Fig.6 The connection of the alarm part

2.5 系統(tǒng)軟件總體連接

除此之外，還有數(shù)據(jù)統(tǒng)計部分。能進行累計采樣數(shù)據(jù)中的最大值、最小值、算數(shù)平均值、中值、方差和總計采樣次數(shù)統(tǒng)計顯示，方便用戶對采集的溫度值進行統(tǒng)計計算，十分方便。

系統(tǒng)整體程序框圖如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)整體程序框圖Fig.7 Overall diagram of the system

3 仿真結(jié)果

經(jīng)程序仿真實驗，本系統(tǒng)可以正常運行，所有功能均正常實現(xiàn)。如圖8所示。

圖8 程序仿真運行效果Fig.8 Simulation result of the program

4 結(jié) 論

本設(shè)計完成的虛擬溫度采集及報警系統(tǒng)，在LabVIEW下進行了面板設(shè)計以及各個模塊的程序設(shè)計，經(jīng)仿真，達(dá)到了預(yù)期的效果。利用虛擬儀器技術(shù)進行相關(guān)的設(shè)計，可以方便參數(shù)的設(shè)置和修改，以及在線調(diào)試，具有一定的現(xiàn)實意義。

[1]伍星華，王旭.國內(nèi)虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用研究現(xiàn)狀與展望[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2011（4）:112-116.WU Xing-hua，WANG Xu.Present situation and prospect of application research on domestic virtual instrument technology[J].Modern Scientific Instruments，2011（4）:112-116.

[2]李震，柯旭貴，汪云祥.虛擬儀器的發(fā)展歷史、研究現(xiàn)狀與展望[J].安徽工程科技學(xué)院學(xué)報，2003，18（4）：1-4..LI Zhen，KE Xu-gui，WANG Yun-xiang.Review of the research on virtual instruments[J].Journal of Anhui University of Technology and Science，2003，18（4）：1-4.

[3]周細(xì)鳳，曾榮周，李貞.基于LABVIEW的虛擬示波器的研究與應(yīng)用[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報，2014（3）:1-4.ZHOU Xi-feng，ZENG Rong-zhou，LI Zhen.The research and application of virtual oscilloscope based on LABVIEW[J].Journal of Hunan Institute of Engineering，2014（3）:1-4.

[4]余成波，馮麗輝，潘盛輝，等.虛擬儀器技術(shù)與設(shè)計[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2006.

[5]李克，吳偉力.智能化溫度檢測及控溫系統(tǒng)[J].廈門水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報，1994，6（1）：37-44.LI Ke，WU Wei-li.Computerize temperature detecting and controlling system[J].Journal of Xiamen Fisheries College，1994，6（1）：37-44.

[6]王淑敏，張家棟，霍凱.糧庫溫、濕度微機監(jiān)控系統(tǒng)的研制[J].北方交通大學(xué)學(xué)報，1995（9）:120-122.WANG Shu-min，ZHANG Jia-dong，HUO Kai.Design of the grain depot temperature&humidity，microcomputer monitoring system[J].Journal of Northern Jiao Tong Universty，1995（9）:120-122.