(四川理工學(xué)院自動(dòng)化與信息工程學(xué)院 四川 自貢 643000)

基于LabVIEW的窖池溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

周曉陽姚毅

(四川理工學(xué)院自動(dòng)化與信息工程學(xué)院四川自貢643000)

在濃香型白酒的發(fā)酵過程是一個(gè)厭氧型微生物發(fā)酵的過程，因此傳統(tǒng)的發(fā)酵方式在溫度測(cè)量時(shí)其工序復(fù)雜，耗費(fèi)的人力物力極大。本檢測(cè)系統(tǒng)基于LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)了一種新型的窖池測(cè)量系統(tǒng)，極大地解放了測(cè)量人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

溫度測(cè)量；虛擬儀器；DAQ;發(fā)酵過程

我國有數(shù)千年的白酒釀造歷史，其中濃香型白酒更是數(shù)千年歷史中的瑰寶。濃香型白酒目前使用的是固態(tài)發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，溫度對(duì)于發(fā)酵的影響極為關(guān)鍵。溫度較高則容易使糟子發(fā)糊發(fā)燒，溫度過低則發(fā)酵緩慢[1]。因此，設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崟r(shí)采集、保存、指示報(bào)警窖池溫度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)具有重大意義。

一、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由熱敏電阻、差分放大電路、DAQ卡、PC組成，圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

(一)溫度傳感器的選擇

在發(fā)酵的過程中窖池內(nèi)溫度保持在15～38℃，因此市面上幾乎所有的傳感器都能滿足這個(gè)測(cè)溫范圍[2]。但由于窖池內(nèi)的環(huán)境復(fù)雜性，因此對(duì)于傳感器的耐蝕性和防液體能力較高。本設(shè)計(jì)使用的溫度傳感器為德國賀利氏AA級(jí)PT100鉑熱電阻，其精度達(dá)到了±0.10+0.0017∣t∣℃。圖2為溫度在0～49℃時(shí)該熱敏電阻的溫度-阻值曲線。

圖2 Pt100在0～49℃的阻值曲線

由賀利氏Pt100在0～49℃的阻值分布表和阻值曲線可看出，該傳感器在0～49℃內(nèi)的阻值變化時(shí)極為線性的，滿足我們對(duì)熱敏電阻的要求。

(二)測(cè)溫電路

由于傳感器采用了熱敏電阻，我們需要將電阻值轉(zhuǎn)化為0～5V的電壓信號(hào)才能供采集卡采集[3]。故設(shè)計(jì)了該測(cè)溫電路，該電路為反向差分放大電路，放大倍數(shù)為150倍。該電路一共兩個(gè)作用：1、將電阻變化轉(zhuǎn)為電壓值輸出，2、將電壓放大到可采集的范圍內(nèi)以提高精度。

測(cè)溫電路設(shè)計(jì)如圖3所示，先調(diào)節(jié)VR1，使圖中A點(diǎn)的電壓值u恒定為3.800V。當(dāng)溫度為0℃時(shí)，Pt100的阻值為100Ω，此時(shí)，運(yùn)算放大器兩端差分信號(hào)為0，因此輸出為0；當(dāng)溫度為49℃時(shí)，輸出為4.870V。經(jīng)過放大之后，測(cè)量的數(shù)據(jù)可靠性和精確性將大大增加。

圖3 反向差分放大測(cè)溫電路

(三)數(shù)據(jù)采集卡

本設(shè)計(jì)采用了江蘇恒瑞鋒測(cè)控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的USB_HRF4626基本版數(shù)據(jù)采集卡。該采集卡是一種基于USB總線的高速高精度同步數(shù)據(jù)采集卡，采集精度較高的同時(shí)成本較低。該采集卡具有8路16位高精度高速同步AD，可實(shí)時(shí)采集多路模擬量，并能實(shí)時(shí)將高速采集的數(shù)據(jù)保存至設(shè)定好的文件夾中。

二、上位機(jī)

(一)虛擬儀器VI

LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)程序稱為虛擬儀器程序，簡稱VI，VI包括三部分;前面板、程序框圖和圖標(biāo)/連接器[4]。

LabVIEW采用圖形化的編程。具有直觀而靈活的圖形化編程界面，使得開發(fā)人員的編程工作得以簡化[5]。圖4為典型的虛擬儀器結(jié)構(gòu)方框圖

圖4 典型的虛擬儀器結(jié)構(gòu)方塊圖

同時(shí)，LabVIEW設(shè)計(jì)的程序可以最終生成exe程序，這樣大大方便了程序的移植性。

(二)窖池溫度檢測(cè)程序

該上位機(jī)的程序流程圖如圖5所示

圖5 溫度檢測(cè)程序流程圖

由于經(jīng)過前端電路而得到的采集卡的數(shù)據(jù)是電壓信號(hào)，因此在此處需設(shè)計(jì)一個(gè)程序，將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為溫度數(shù)據(jù)，其計(jì)算公式如下

(1)

ΔR=R-100

(2)

(3)

其中Δu為數(shù)據(jù)采集卡采集到的電壓值，單位為V，u為通過反向差分放大電路調(diào)節(jié)VR1得到的恒壓值，其中u=3.8000V，R為Pt100的實(shí)時(shí)阻值，ΔR為Pt100從0℃之后溫度上升的過程中的實(shí)時(shí)阻值與0℃時(shí)的阻值之差，R與ΔR的單位都為Ω，T為實(shí)時(shí)溫度，單位為℃。

通過式(1)(2)(3)，聯(lián)合求解可以得到最后的式(4)

(4)

按照式(4)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序如圖6所示。

圖6 電壓轉(zhuǎn)溫度程序

(三)窖池溫度檢測(cè)系統(tǒng)前面板

前面板由于面向的使用者為技術(shù)人員與現(xiàn)場(chǎng)的工作人員，要求面板的設(shè)計(jì)簡潔、有效、易識(shí)別和讀取?；谶@幾個(gè)原則，設(shè)計(jì)了如圖7的檢測(cè)系統(tǒng)的前面板。

圖7 窖池溫度檢測(cè)系統(tǒng)前面板顯示

三、結(jié)語

本文基于LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)了一種性價(jià)比高，采集數(shù)據(jù)精確的窖池溫度測(cè)量系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，與實(shí)際溫度差距的誤差在±0.03℃，在保證了較好的測(cè)量精度的同時(shí)盡量地降低了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)成本。

[1]吳衍庸等.濃香型曲酒微生物技術(shù)[M].1.成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1986:17-21.

[2]時(shí)曉，周二干，陳力，滕琳.淺談濃香型酒醅發(fā)酵溫度[J].釀酒科技,2012(2):67-69.

[3]唐軍，羅德雄，杜秀君.基于PT100的溫度測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)試,2016(18):29-31+130.

[4]張華，鄭賓，吳曉棟.基于LabVIEW的溫度測(cè)試系統(tǒng)[J].電子器件,2013,36(2):243-246.

[5]鄭立君，劉桂禮.基于LabVIEW和多傳感器融合技術(shù)的數(shù)據(jù)中心濕溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].信號(hào)與系統(tǒng),2015,21(1):34-38.

白酒標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)過程實(shí)現(xiàn)智能控制應(yīng)用研究；

周曉陽(1992-)，男，在讀研究生，四川理工學(xué)院自動(dòng)化與信息工程學(xué)院，研究方向:智能測(cè)試與專家系統(tǒng)。

計(jì)劃編號(hào)：2015JY0208；