基于LabVIEW的溫濕度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1 引言

溫濕度檢測在科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機(jī)房、航空航天、電力等工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用，因此設(shè)計(jì)簡單方便的溫濕度檢測系統(tǒng)具有十分重要的意義。

本文基于Labview軟件設(shè)計(jì)可以采集3路溫度和2路濕度信號的溫濕度檢測系統(tǒng)，具有溫濕度數(shù)據(jù)顯示、波形顯示、溫濕度上下限設(shè)定報(bào)警以及數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)回讀功能的系統(tǒng)，具有操作簡單、有良好的人機(jī)界面等特點(diǎn)。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于LabVIEW的溫濕度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含以下部分:控制對象建模、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、控制信號輸出接口電路設(shè)計(jì)及其他附屬功能的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用虛擬儀器技術(shù)搭建基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的溫濕度系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)采集、濕度實(shí)時(shí)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理;數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測信號傳輸?shù)接?jì)算機(jī);當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在LabVIEW平臺(tái)上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度檢測子程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測，同時(shí)在前面板實(shí)時(shí)輸出溫度、濕度控制曲線。

系統(tǒng)通過前面板的溫度、濕度設(shè)定窗口，可實(shí)時(shí)改變溫、濕度的設(shè)定值;當(dāng)出現(xiàn)溫度、濕度超出溫濕度的上限或下限時(shí)，軟件發(fā)出語音及光報(bào)警信號，提示監(jiān)測人員以便實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的操作。

3 硬件設(shè)計(jì)

采用數(shù)字傳感器DS18B20進(jìn)行溫度的測量。采用傳感器HS1101來測量濕度，HS1101為電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號;另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號。

濕度與頻率的典型值如表1所示。

表1給出的是濕度與頻率對應(yīng)的典型值，而對于任意值的對應(yīng)，利用最小二乘法擬合后的直線方程為給出其擬和直線如圖2所示。

4 軟件的設(shè)計(jì)

軟件的設(shè)計(jì)中通過設(shè)計(jì)選擇打開采集界面和數(shù)據(jù)回讀界面來實(shí)現(xiàn)溫濕度的采集和數(shù)據(jù)的讀取，

由于濕度采取的是頻率信號，所以在設(shè)計(jì)的過程中可以選擇性的打開頻譜分析。前后面板分別如圖3，圖4所示。

采集界面是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。前面板由示波器、溫濕度值數(shù)字顯示、溫濕度圖形顯示以及溫濕度上下限設(shè)置以及數(shù)據(jù)保存模塊組成。如圖5所示。

當(dāng)溫濕度信號傳入LabVIEW后，數(shù)字顯示和圖形顯示就會(huì)顯示出當(dāng)前所檢測到的溫濕度數(shù)值。同時(shí)，示波器也將反應(yīng)出信號的波動(dòng)變化，溫濕度控制面板包括了5路信號的上下限控制，可以通過上下箭頭手動(dòng)設(shè)置某路信號的上下值，或者直接輸入數(shù)字。當(dāng)所測溫度或濕度低于所設(shè)定的下限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，低溫或低濕信號燈會(huì)亮起。同樣，當(dāng)所測得溫度或濕度高于設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，高溫或高濕信號燈會(huì)亮起。數(shù)據(jù)保存模塊，對于五路信號的數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，可以自行輸入存儲(chǔ)路徑，保存形式是TXT文檔。

后面板的設(shè)計(jì)如圖6所示，由于本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)3路溫度輸入2路濕度輸入，總共5路信號輸入，所以需要五個(gè)端口。由于有五個(gè)端口，五路信號的輸入需要經(jīng)過Index Array(索引數(shù)組)，使用輸入Index number指定要訪問的數(shù)組元素。Index Array 函數(shù)會(huì)自動(dòng)調(diào)整大小以匹配連接的輸入數(shù)組維數(shù)。當(dāng)將輸入數(shù)組連接到Index Array 函數(shù)后，使用PositioNIng工具手工調(diào)整放置在圖框上的函數(shù)大小，可訪問多個(gè)元素或子數(shù)組。在擴(kuò)大Index Array 函數(shù)時(shí)，它將按一定的增量擴(kuò)大，增量取決于連接到函數(shù)的數(shù)組堆數(shù)。數(shù)據(jù)將通過導(dǎo)線進(jìn)入到上下限比較子VI，在子VI中我們擬定了被測值將于預(yù)先設(shè)定的安全值進(jìn)行大小比對，一旦出現(xiàn)過大或過小情況，將會(huì)觸發(fā)設(shè)定的警報(bào)燈亮起，告知用戶被監(jiān)測對象出現(xiàn)不安全的隱患。隨后被監(jiān)測的數(shù)據(jù)會(huì)被送入Thermometer/Gauge和String這兩個(gè)顯示控件一種是圖形顯示一種是數(shù)字顯示，讓用戶方便直觀的觀察溫度與濕度的具體情況。

在被顯示的同時(shí)這些檢測數(shù)據(jù)都將被保存系統(tǒng)Write Characters To File 完好的保存下來，用戶只需給定保存路徑即可，這樣方便了用戶日后查找分析數(shù)據(jù)。最后這五組不同的數(shù)據(jù)將被將根據(jù)溫度和濕度的不同顯示方法分在兩個(gè)示波器中顯示出來。使用Write Characters To File 把數(shù)據(jù)寫入文件，添加一個(gè)FOR循環(huán)，將其擴(kuò)大到足以包含個(gè)組件。在框中放入Digital Thermometer.Vi 這個(gè)子VI可以返回來自溫度傳感器的仿真溫度測量。Format Into String 函數(shù)值將溫度值轉(zhuǎn)換成字符串并在其后串接逗號。最后回到前面板設(shè)置下保存路徑就能完全實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)保存功能。

數(shù)據(jù)讀取VI面板，在這里可以設(shè)置讀取文檔的路徑名稱，以及讀取數(shù)據(jù)的長度。其前后面板如圖7、圖8所示。

使用Read Characters From File VI 從文件中讀取數(shù)據(jù)并將信息用字符串輸出。并通過運(yùn)算得出保存數(shù)據(jù)的參數(shù)，如讀取數(shù)據(jù)的開始位置，讀取數(shù)據(jù)的長度，最后用While循環(huán)包含整個(gè)保存模塊，在前面板輸入需要讀取的文件位置就可以做到數(shù)據(jù)讀取的功能。

5 結(jié)論

在課題的研究開發(fā)過程中，充分應(yīng)用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并針對現(xiàn)有溫濕度檢測系統(tǒng)存在的問題，設(shè)計(jì)了工作可靠性高、操作簡單的溫濕度測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含溫濕度實(shí)時(shí)設(shè)置與顯示、溫濕度控制曲線實(shí)時(shí)顯示、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測、歷史數(shù)據(jù)記錄及歷史數(shù)據(jù)回讀等功能塊，可實(shí)現(xiàn)溫濕度設(shè)定值的實(shí)時(shí)設(shè)置、溫濕度超標(biāo)的實(shí)時(shí)報(bào)警、溫濕度控制曲線的實(shí)時(shí)監(jiān)測、系統(tǒng)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、歷史測控?cái)?shù)據(jù)記錄及回讀等。從系統(tǒng)的測試結(jié)果可知，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)可靠檢測的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了操作界面簡單、可視性好的特點(diǎn)。