基于普通數(shù)據(jù)采集卡的虛擬遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)

摘要：為了降低系統(tǒng)的成本和提高LabVIEW的通用性，提出了采用普通數(shù)據(jù)采集卡來(lái)構(gòu)建虛擬遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)，可完成溫度測(cè)控、數(shù)據(jù)存取、曲線(xiàn)打印、錯(cuò)誤事件處理和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本系統(tǒng)有比較好的測(cè)試和控制效果，并可方便進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)控，實(shí)現(xiàn)了LabVIEW與普通數(shù)據(jù)采集卡的完美結(jié)合，比傳統(tǒng)測(cè)控系統(tǒng)有更好的靈活性和開(kāi)放性。
關(guān)鍵詞：普通數(shù)據(jù)采集卡；LabVIEW；遠(yuǎn)程測(cè)控

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)測(cè)試和測(cè)量?jī)x器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)和推動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。從定義上看，虛擬儀器似乎只是新一代的測(cè)量?jī)x器。然而虛擬儀器所具有的諸多特點(diǎn)使其早已突破測(cè)試領(lǐng)域的范圍，在控制領(lǐng)域也得到越來(lái)越廣泛的使用。目前，虛擬儀器在國(guó)外的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，在控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越多，在國(guó)內(nèi)已有很多院校的實(shí)驗(yàn)室引入了虛擬儀器系統(tǒng)，清華大學(xué)汽車(chē)系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的出廠檢驗(yàn)。
LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國(guó)國(guó)家儀器公司(NATIONAL INSTRUMENT，簡(jiǎn)稱(chēng)NI)的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，是目前最流行的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)。然而LabVIEW驅(qū)動(dòng)程序庫(kù)中提供的驅(qū)動(dòng)程序均是面向NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡(DAQ data acquisition board)的。對(duì)于非NI公司的板卡，由于“Measurement＆Automation”軟件不可識(shí)別，所以LabVIEW環(huán)境下不能直接對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。而NI公司生產(chǎn)的板卡價(jià)位較高，對(duì)于國(guó)內(nèi)大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)難以接受。本文利用調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)機(jī)制在LabVIEW中實(shí)現(xiàn)了對(duì)通用板卡UA201D的驅(qū)動(dòng)，解決了LabVIEW與國(guó)內(nèi)普通數(shù)據(jù)采集卡的尷尬局面。完成了在LabVIEW環(huán)境下利用普通數(shù)據(jù)采集卡實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的采集、調(diào)理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)量和控制，測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、存儲(chǔ)和讀取，并能在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布。

1 系統(tǒng)構(gòu)建方案
根據(jù)采用總線(xiàn)的不同及其相應(yīng)的I／O接口硬件設(shè)備，虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有5種類(lèi)型：PC-DAQ系統(tǒng)、GPIB(General Purpose Inter-face Bus)系統(tǒng)、VXI (VME Bus Extensions for Instrumentations)系統(tǒng)、PXI (PCI Bus Extensions for Instrumentation)系統(tǒng)和串口系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了PC-DAQ方式，它是以數(shù)據(jù)采集板、信號(hào)調(diào)理電路及計(jì)算機(jī)為儀器平臺(tái)組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。
本系統(tǒng)由溫度測(cè)量電路、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)和溫度控制電路組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

電阻爐是熱加工設(shè)備，其溫度為被控對(duì)象；溫度傳感器采用Pt100鉑熱電阻，用來(lái)測(cè)定電阻爐的溫度，測(cè)溫范圍設(shè)置為0～200℃；信號(hào)調(diào)理模塊將熱電阻輸出的微小電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)采集卡可識(shí)別的0～+5V的信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡采用北京優(yōu)采公司生產(chǎn)的PCI總線(xiàn)數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品UA201D，有效的將外部硬件設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連；雙向晶閘管是執(zhí)行器件。爐溫由熱電阻測(cè)量，熱電阻輸出的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理模塊放大、濾波后，再經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)爐內(nèi)實(shí)際溫度和系統(tǒng)的給定溫度求出偏差，再利用PID控制算法求出系統(tǒng)的輸出控制信號(hào)，并將此信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制后端電路工作的高低電平，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸出給外部雙向晶閘管，改變輸入給電阻爐的功率，從而改變爐內(nèi)的溫度，最終達(dá)到控制溫度的作用。