基于LabVIEW技術(shù)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)

引言

在許多工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中，溫度參數(shù)的檢測(cè)和控制都非常重要。隨著工業(yè)檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化程度的不斷提高，對(duì)溫度檢測(cè)的要求也越來越高。但是，測(cè)溫時(shí)經(jīng)常會(huì)受到各種干擾而影響檢測(cè)精度，因而需要對(duì)檢測(cè)量進(jìn)行濾波等處理。傳統(tǒng)測(cè)溫儀表一般都是通過硬件電路實(shí)現(xiàn)的,但這種方式存在電路復(fù)雜、成本較高、性能不穩(wěn)定等問題，同時(shí)，儀表的功能開發(fā)也得受到局限丄，而以虛擬儀器為主的虛擬檢測(cè)技術(shù)則能夠較好地解決這些問題。為此，本文提出了基于LabVIEW技術(shù)為核心，以計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)釆集卡等器件為硬件平臺(tái)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1  溫度檢測(cè)系統(tǒng)組成及LabVIEW簡(jiǎn)介

1.1 溫度檢測(cè)系統(tǒng)組成

基于LabVIEW技術(shù)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括硬件和軟件兩部分。系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、溫度傳感器和信號(hào)調(diào)理電路等器件構(gòu)成系統(tǒng)硬件平臺(tái)，并以微軟WINXP操作系統(tǒng)和LabVIEW虛擬軟件為操作平臺(tái)。利用LabVIEW虛擬軟件進(jìn)行編程,可將傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計(jì)算機(jī)結(jié)合構(gòu)成一臺(tái)從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)儀器相同，可實(shí)現(xiàn)諸如溫度顯示、數(shù)字濾波、統(tǒng)計(jì)分析等多種功能，而且只需通過修改虛擬儀器的程序即可改變系統(tǒng)功能和規(guī)模新系統(tǒng)。

圖1說明了該系統(tǒng)的工作過程，其中溫度傳感器可把被測(cè)溫度轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號(hào)，在進(jìn)行放大濾波后，將模擬電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，輸入到計(jì)算機(jī)由LabVIEW虛擬軟件進(jìn)行編程,并對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需的各項(xiàng)功能。設(shè)計(jì)中，LabVIEW的編程是整個(gè)工作的核心。

1.2 LabVIEW簡(jiǎn)介

LabVIEW是NI公司推出的虛擬儀器開發(fā)工具，它采用圖形化編程語言篇。其功能強(qiáng)大而靈活,既可以和采集設(shè)備、控制設(shè)備等硬件進(jìn)行通信，也可以和GPIB、PXI、RS232、VXI儀器通信，因而簡(jiǎn)化了擬儀器的開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試時(shí)間，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、試驗(yàn)測(cè)量、數(shù)據(jù)采集及處理等各個(gè)領(lǐng)域。LabVIEW提供有完成數(shù)據(jù)采集、分析、顯示存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和儀器控制等應(yīng)用所需要的工具。一般利用LabVIEW開發(fā)的應(yīng)用程序主要包括前面板和框圖兩部分。

2  硬件設(shè)計(jì)

基于虛擬技術(shù)的溫度檢測(cè)系統(tǒng)的硬件部分主要為所開發(fā)的虛擬溫度檢測(cè)軟件提供運(yùn)行平臺(tái)，通常由計(jì)算機(jī)、溫度傳感器、信號(hào)調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡器件組成。系統(tǒng)中所用的計(jì)算機(jī)可以選用一般的通用型PC。下面僅就硬件設(shè)計(jì)中幾個(gè)主要集成件的選擇和設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。

2.1數(shù)據(jù)采集卡

考慮到LabVIEW軟件所能提供的驅(qū)動(dòng)支持，數(shù)據(jù)采集卡選用中泰公司(NationalInstrument)生產(chǎn)的PCI-8333可以省去二次開發(fā)驅(qū)動(dòng)程序的工作量；而且,PCI-8333數(shù)據(jù)卡能為系統(tǒng)提供12位16通道的模擬單端輸入(A/D),采樣速率可達(dá)100kHz,能夠滿足多通道檢測(cè)的需要。

數(shù)據(jù)采集卡使用時(shí)，需要安裝DeviceManager和32bitDLL驅(qū)動(dòng)，有關(guān)安裝可參閱有關(guān)文獻(xiàn)及中泰公司提供的相關(guān)使用手冊(cè)。

2.2 溫度信號(hào)的采集

溫度信號(hào)采集可根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的要求選用各種溫度傳感器，如AD59O、MR—58、PT100等，只需將環(huán)境溫度的變化轉(zhuǎn)換成不同的電壓值即可。本設(shè)計(jì)中主要選用了AD590溫度傳感器和MR-58型正溫度系數(shù)熱敏傳感器。

AD590是美國(guó)AD公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，其主要特性有：流過器件的電流(mA)等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度度數(shù)，測(cè)溫范圍為一55?﹢150°C,電源電壓范圍為4?30V。設(shè)計(jì)時(shí)，可將AD59O與一電阻串聯(lián)，接在+5V電源和地中，串聯(lián)電阻的阻值可從1?10k自由選擇，由于AD590是電流輸出器件，流入電阻的電流只與環(huán)境的溫度有關(guān)，所以，只需用測(cè)量出Vo的電壓值除以電阻的阻值,就可以得到從AD590流出的電流。

MF-58屬突變型PTC熱敏電阻，它的標(biāo)稱電阻值是50-560,這里取100。，電阻溫度系數(shù)為1%?4%,取其攻=2%,測(cè)溫范圍為一50?150笆，熱敏電阻的激勵(lì)電源可選擇直流5V的電壓源。

2.3 信號(hào)調(diào)理器件

為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)過程,考慮到各種溫度傳感器不同的輸出特性,本設(shè)計(jì)選擇了一款宇電公司生產(chǎn)的AI-501智能數(shù)字顯示報(bào)警儀表，該表具有可編程模塊化輸入規(guī)格，性價(jià)比較好，可支持多種熱電偶、熱電阻、電壓、電流及二線制變送器輸入，因此有較好的通用性四。另外，其測(cè)量精度高達(dá)0.2級(jí),支持溫度變送輸出功能,可作為0.3級(jí)精度的溫度變送器，同時(shí)還具備電流變送輸出功能。

3  軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)部分是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心,它具有對(duì)采集信號(hào)離線分析或信號(hào)在線分析、處理、顯示、保存等功能。程序設(shè)計(jì)和開發(fā)是基于LabVIEW虛擬軟件平臺(tái)進(jìn)行的，主要包括前面板和程序框圖兩部分，鑒于篇幅,本文對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換等編程方式不再贅述。

3.1 前面板設(shè)計(jì)

PCI-8333支持16個(gè)輸入模擬通道，由于利用的是DAQmx函數(shù)模塊采集數(shù)據(jù)，而且是電壓數(shù)據(jù)，這樣就必須用到數(shù)組，而且數(shù)組的類型是顯示型數(shù)組，如果數(shù)組的定義類型發(fā)生錯(cuò)誤，那么將無法通過編譯，而必須要將其定義成顯示型數(shù)組，其實(shí)現(xiàn)方法是:在功能選板上面定義一個(gè)數(shù)組控件當(dāng)數(shù)據(jù)采集運(yùn)算部分設(shè)計(jì)完成后，還要設(shè)置溫度波形和數(shù)值的顯示功能，這時(shí)可從功能選板中定義一個(gè)圖表顯示控件、一個(gè)溫度顯示控件和一個(gè)溫度儀表顯示控件,這樣就完成了如圖2所示的前面板設(shè)計(jì)。

3.2 程序框圖設(shè)計(jì)

通過數(shù)據(jù)采集助手DAQAssistant圖形化設(shè)置工具可對(duì)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行設(shè)置。數(shù)據(jù)采集卡輸入的是模擬電壓信號(hào),檢測(cè)時(shí)可將采集的電壓數(shù)據(jù)依次放入數(shù)組中。為提高采集精度，可對(duì)數(shù)組中的電壓元素進(jìn)行任意數(shù)量的索引(本設(shè)計(jì)取了六個(gè))并放在For循環(huán)框中，再對(duì)其求和后取平均值，依次放入一個(gè)新的數(shù)組中，對(duì)所求得的電壓值與依靠Case選擇框劃分的區(qū)間段電壓值進(jìn)行比較;然后根據(jù)對(duì)應(yīng)區(qū)間電壓與溫度的比例關(guān)系計(jì)算出相應(yīng)的溫度值，并交數(shù)值顯示控件顯示其對(duì)應(yīng)采集轉(zhuǎn)換后的區(qū)間段溫度值，而其他區(qū)間溫度顯示控件則不顯示數(shù)值;最后將這些溫度值求和并顯示，其顯示程序模塊如圖3所示。