基于普通數據采集卡的虛擬遠程溫度控制系統

摘要：為了降低系統的成本和提高LabVIEW的通用性，提出了采用普通數據采集卡來(lái)構建虛擬遠程溫度控制系統，可完成溫度測控、數據存取、曲線(xiàn)打印、錯誤事件處理和數據遠程通信等功能。實(shí)驗結果表明本系統有比較好的測試和控制效果，并可方便進(jìn)行遠程測控，實(shí)現了LabVIEW與普通數據采集卡的完美結合，比傳統測控系統有更好的靈活性和開(kāi)放性。
關(guān)鍵詞：普通數據采集卡；LabVIEW；遠程測控

自20世紀90年代以來(lái)，隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數據采集、自動(dòng)測試和測量?jì)x器領(lǐng)域得到廣泛應用，促進(jìn)和推動(dòng)測試系統和測量?jì)x器的設計方法與實(shí)現技術(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量?jì)x器。然而虛擬儀器所具有的諸多特點(diǎn)使其早已突破測試領(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，虛擬儀器在國外的應用已經(jīng)非常普及，在控制領(lǐng)域的應用也越來(lái)越多，在國內已有很多院校的實(shí)驗室引入了虛擬儀器系統，清華大學(xué)汽車(chē)系利用虛擬儀器技術(shù)構建的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機檢測系統，用于汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的出廠(chǎng)檢驗。
LabVIEW是實(shí)驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡(jiǎn)稱(chēng)，是美國國家儀器公司(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。然而LabVIEW驅動(dòng)程序庫中提供的驅動(dòng)程序均是面向NI公司生產(chǎn)的數據采集卡(DAQ data acquisition board)的。對于非NI公司的板卡，由于“Measurement＆Automation”軟件不可識別，所以L(fǎng)abVIEW環(huán)境下不能直接對其進(jìn)行驅動(dòng)。而NI公司生產(chǎn)的板卡價(jià)位較高，對于國內大多數用戶(hù)來(lái)說(shuō)難以接受。本文利用調用動(dòng)態(tài)鏈接庫機制在LabVIEW中實(shí)現了對通用板卡UA201D的驅動(dòng)，解決了LabVIEW與國內普通數據采集卡的尷尬局面。完成了在LabVIEW環(huán)境下利用普通數據采集卡實(shí)現對溫度信號的采集、調理，實(shí)現遠程測量和控制，測量數據的實(shí)時(shí)顯示、存儲和讀取，并能在網(wǎng)絡(luò )上發(fā)布。

1 系統構建方案
根據采用總線(xiàn)的不同及其相應的I／O接口硬件設備，虛擬儀器的構成方式主要有5種類(lèi)型：PC-DAQ系統、GPIB(General Purpose Inter-face Bus)系統、VXI (VME Bus Extensions for Instrumentations)系統、PXI (PCI Bus Extensions for Instrumentation)系統和串口系統。本系統采用了PC-DAQ方式，它是以數據采集板、信號調理電路及計算機為儀器平臺組成的插卡式虛擬儀器系統。
本系統由溫度測量電路、信號調理電路、數據采集卡、計算機和溫度控制電路組成。系統組成框圖如圖1所示。

電阻爐是熱加工設備，其溫度為被控對象；溫度傳感器采用Pt100鉑熱電阻，用來(lái)測定電阻爐的溫度，測溫范圍設置為0～200℃；信號調理模塊將熱電阻輸出的微小電壓轉換成數采集卡可識別的0～+5V的信號；數據采集卡采用北京優(yōu)采公司生產(chǎn)的PCI總線(xiàn)數據采集產(chǎn)品UA201D，有效的將外部硬件設備與計算機相連；雙向晶閘管是執行器件。爐溫由熱電阻測量，熱電阻輸出的電信號經(jīng)信號調理模塊放大、濾波后，再經(jīng)過(guò)數據采集卡進(jìn)入計算機，計算機根據爐內實(shí)際溫度和系統的給定溫度求出偏差，再利用PID控制算法求出系統的輸出控制信號，并將此信號轉換為控制后端電路工作的高低電平，通過(guò)數據采集卡輸出給外部雙向晶閘管，改變輸入給電阻爐的功率，從而改變爐內的溫度，最終達到控制溫度的作用。