基于LabVIEW的測溫系統(tǒng)設計

摘要：針對傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)存在的若干問題，基于虛擬儀器技術，利用LabVIEW軟件設計開發(fā)了溫度測量系統(tǒng)。將傳感器測量到的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集卡采集到計算機，再利用虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW進行編程，向用戶提供操作界面和顯示界面，實現(xiàn)了溫度的數(shù)據(jù)采集、傳送、分析和顯示，并向用戶提供歷史查詢功能。結果表明，系統(tǒng)結構簡單、界面良好、易于操作，測量準確、穩(wěn)定可靠、溫度控制精度優(yōu)于±0.3℃，可以滿足工業(yè)測試的需要。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；軟件設計；溫度測量

溫度是機械工業(yè)生產(chǎn)和科學研究實驗中的一個非常重要的參數(shù)，許多系統(tǒng)的工作都是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，需要測量溫度和控制溫度的場合及其廣泛。目前的溫度測量控制系統(tǒng)常采用單片機控制，該技術應用廣泛，但其編程復雜，控制不穩(wěn)定，系統(tǒng)的精度不高。而利用虛擬儀器開發(fā)和設計的溫度測量系統(tǒng)，采用普通PC機為主機，利用圖形化可視軟件hbVIEW為軟件開發(fā)平臺，來監(jiān)測溫度的變化情況，采集數(shù)據(jù)并進行處理、存儲、顯示等。設備成本低，使用方便、靈活。

1 虛擬儀器技術與LabVIEW簡介
虛擬技術、計算機通信技術與網(wǎng)絡技術是信息技術的三大核心技術，其中虛擬儀器是虛擬技術的一個重要組成部分。在虛擬儀器系統(tǒng)中，用靈活、強大的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，用人的智力資源代替許多物質(zhì)資源，特別是在系統(tǒng)中應用計算機直接參與測試信號的產(chǎn)生和測量特征的解析，使儀器中的一些硬件甚至整件儀器從系統(tǒng)中“消失”，而由計算機的軟硬件資源來完成它們的功能。
LabVlEW是美國NI公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，是目前國際上應用最廣泛的虛擬儀器軟件平臺之一，主要應用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示等領域，可應用于Windows、Macintosh、UNIX等多種操作系統(tǒng)平臺。與傳統(tǒng)程序語言不同，LabVIEW采用強大的圖形化語言編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序員，編程方便，人機交互界面直觀、友好。設計者可以像搭積木一樣，輕松組建測量系
統(tǒng)，構造自己的儀器面板，而無需進行任何煩瑣的計算機代碼的編寫。即使用戶沒有多少編程經(jīng)驗，同樣也能利用LabVIEW來開發(fā)自己的應用程序。

2 系統(tǒng)設計方案
虛擬溫度測試儀將被測對象的溫度轉換為電壓或電流等模擬信號，經(jīng)信號調(diào)理電路進行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡采集的標準電壓信號。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號轉換為數(shù)字信號，并在數(shù)據(jù)采集指令下將其送入計算機總線，在PC機內(nèi)利用已經(jīng)安裝的虛擬儀器軟件對采集的數(shù)據(jù)進行所需的各種處理。其總體框架如圖1所示。

設計一個儀器，首先要考慮確定其功能，然后根據(jù)其功能確定需要設計前面板和程序框圖。在虛擬儀器中“儀器”的面板需要顯示在計算機屏幕上，根據(jù)需要可隨時進行修改，本文設計的虛擬溫度測試儀要實現(xiàn)如下功能：1)設置控制按鈕和顯示窗口，實時顯示溫度大小，可以對采集過程加以控制；2)設置預警信號，當溫度超過某個預設的溫度值時，該警示燈變亮；3)可以對采集到的溫度信號進行顯示、存儲和
打印，對采集到的溫度進行調(diào)用，以便分析處理和波形回放；4)以實時趨勢圖的形式直觀地看出溫度的變化過程，在實時趨勢圖中新數(shù)據(jù)連續(xù)擴展在已有數(shù)據(jù)的后面，波形連續(xù)向前推進。
2．1 傳感器的選擇
對溫度的測量而言，溫度傳感器的選擇是整個系統(tǒng)的第一步，也是直接影響系統(tǒng)性能的重要因素之一。由于熱電阻線性度好。在-200～+500℃的溫度范圍內(nèi)獲得廣泛應用，因此，選擇熱電阻溫度傳感器。其工作原理為：熱電阻測溫儀是根據(jù)金屬導體的電阻隨溫度變化的特征進行測溫的。常用的鉑電阻的特點是精度高，性能穩(wěn)定可靠，被國際組織規(guī)定為-259～+500℃的溫度測量。其阻值與溫度的關系可以表示為：

式中RT，R0分別為T℃和0℃時的電阻值；A，B為常數(shù)，A=3．908x10-3℃，B=5．802x10-7℃。
熱電阻傳感器需要外加電源將電阻值轉換為電壓值進行測量。通常通過平衡電橋將熱電阻溫度變化轉換為電壓的變化輸出。然后進行放大，通過測量電橋輸出電壓變化求得溫度值。