基于LabVIEW的溫濕度檢測系統(tǒng)的設計

1 引言

溫濕度檢測在科研、農(nóng)業(yè)、暖通、紡織、機房、航空航天、電力等工業(yè)部門得到了廣泛的應用，因此設計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軟件設計可以采集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、溫濕度上下限設定報警以及數(shù)據(jù)保存和數(shù)據(jù)回讀功能的系統(tǒng)，具有操作簡單、有良好的人機界面等特點。

2 系統(tǒng)總體設計

基于LabVIEW的溫濕度控制系統(tǒng)設計包含以下部分: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計及其他附屬功能的設計。本設計采用虛擬儀器技術搭建基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺設計的溫濕度系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)溫度實時采集、濕度實時采集及數(shù)據(jù)預處理;數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測信號傳輸?shù)接嬎銠C;當數(shù)據(jù)進入計算機后，在LabVIEW平臺上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度檢測子程序實時監(jiān)測，同時在前面板實時輸出溫度、濕度控制曲線。

系統(tǒng)通過前面板的溫度、濕度設定窗口，可實時改變溫、濕度的設定值;當出現(xiàn)溫度、濕度超出溫濕度的上限或下限時，軟件發(fā)出語音及光報警信號，提示監(jiān)測人員以便實現(xiàn)相應的操作。

3 硬件設計

采用數(shù)字傳感器DS18B20進行溫度的測量。采用傳感器HS1101來測量濕度，HS1101為電容傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。將電容的變化量準確地轉變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常用兩種方法：一是將該濕敏電容置于運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的典型值，而對于任意值的對應，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 軟件的設計

軟件的設計中通過設計選擇打開采集界面和數(shù)據(jù)回讀界面來實現(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，所以在設計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。

采集界面是本設計的重點。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置以及數(shù)據(jù)保存模塊組成。如圖5所示。

當溫濕度信號傳入LabVIEW后，數(shù)字顯示和圖形顯示就會顯示出當前所檢測到的溫濕度數(shù)值。同時，示波器也將反應出信號的波動變化，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設置某路信號的上下值，或者直接輸入數(shù)字。當所測溫度或濕度低于所設定的下限值時，系統(tǒng)會報警，低溫或低濕信號燈會亮起。同樣，當所測得溫度或濕度高于設定的上限值時，系統(tǒng)會報警，高溫或高濕信號燈會亮起。數(shù)據(jù)保存模塊，對于五路信號的數(shù)值進行存儲，可以自行輸入存儲路徑，保存形式是TXT文檔。

后面板的設計如圖6所示，由于本設計設計3路溫度輸入2路濕度輸入，總共5路信號輸入，所以需要五個端口。由于有五個端口，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)會自動調(diào)整大小以匹配連接的輸入數(shù)組維數(shù)。當將輸入數(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，可訪問多個元素或子數(shù)組。在擴大Index Array 函數(shù)時，它將按一定的增量擴大，增量取決于連接到函數(shù)的數(shù)組堆數(shù)。數(shù)據(jù)將通過導線進入到上下限比較子VI，在子VI中我們擬定了被測值將于預先設定的安全值進行大小比對，一旦出現(xiàn)過大或過小情況，將會觸發(fā)設定的警報燈亮起，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)會被送入Thermometer/Gauge和String這兩個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FOR循環(huán)，將其擴大到足以包含個組件。在框中放入Digital Thermometer.Vi 這個子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)值將溫度值轉換成字符串并在其后串接逗號。最后回到前面板設置下保存路徑就能完全實現(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 結論

在課題的研究開發(fā)過程中，充分應用LabVIEW虛擬儀器技術的優(yōu)點，并針對現(xiàn)有溫濕度檢測系統(tǒng)存在的問題，設計了工作可靠性高、操作簡單的溫濕度測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含溫濕度實時設置與顯示、溫濕度控制曲線實時顯示、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，可實現(xiàn)溫濕度設定值的實時設置、溫濕度超標的實時報警、溫濕度控制曲線的實時監(jiān)測、系統(tǒng)工作狀態(tài)的實時監(jiān)測、歷史測控數(shù)據(jù)記錄及回讀等。從系統(tǒng)的測試結果可知，系統(tǒng)可實現(xiàn)可靠檢測的同時，實現(xiàn)了操作界面簡單、可視性好的特點。