基于LabVIEW的溫濕度檢測系統的設計

1 引言

溫濕度檢測在科研、農業(yè)、暖通、紡織、機房、航空航天、電力等工業(yè)部門(mén)得到了廣泛的應用，因此設計簡(jiǎn)單方便的溫濕度檢測系統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，具有溫濕度數據顯示、波形顯示、溫濕度上下限設定報警以及數據保存和數據回讀功能的系統，具有操作簡(jiǎn)單、有良好的人機界面等特點(diǎn)。

2 系統總體設計

基于LabVIEW的溫濕度控制系統設計包含以下部分:控制對象建模、數據采集、數據傳輸、數據處理、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(shù)搭建基于LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺設計的溫濕度系統結構圖如圖1所示。

數據采集模塊實(shí)現溫度實(shí)時(shí)采集、濕度實(shí)時(shí)采集及數據預處理;數據傳輸模塊將檢測信號傳輸到計算機;當數據進(jìn)入計算機后，在LabVIEW平臺上，經(jīng)數據處理子程序、溫濕度檢測子程序實(shí)時(shí)監測，同時(shí)在前面板實(shí)時(shí)輸出溫度、濕度控制曲線(xiàn)。

系統通過(guò)前面板的溫度、濕度設定窗口，可實(shí)時(shí)改變溫、濕度的設定值;當出現溫度、濕度超出溫濕度的上限或下限時(shí)，軟件發(fā)出語(yǔ)音及光報警信號，提示監測人員以便實(shí)現相應的操作。

3 硬件設計

采用數字傳感器DS18B20進(jìn)行溫度的測量。采用傳感器HS1101來(lái)測量濕度，HS1101為電容傳感器，在電路構成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著(zhù)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(xiàn)方程為給出其擬和直線(xiàn)如圖2所示。

4 軟件的設計

軟件的設計中通過(guò)設計選擇打開(kāi)采集界面和數據回讀界面來(lái)實(shí)現溫濕度的采集和數據的讀取，

由于濕度采取的是頻率信號，所以在設計的過(guò)程中可以選擇性的打開(kāi)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(diǎn)。前面板由示波器、溫濕度值數字顯示、溫濕度圖形顯示以及溫濕度上下限設置以及數據保存模塊組成。如圖5所示。

當溫濕度信號傳入LabVIEW后，數字顯示和圖形顯示就會(huì )顯示出當前所檢測到的溫濕度數值。同時(shí)，示波器也將反應出信號的波動(dòng)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(guò)上下箭頭手動(dòng)設置某路信號的上下值，或者直接輸入數字。當所測溫度或濕度低于所設定的下限值時(shí)，系統會(huì )報警，低溫或低濕信號燈會(huì )亮起。同樣，當所測得溫度或濕度高于設定的上限值時(shí)，系統會(huì )報警，高溫或高濕信號燈會(huì )亮起。數據保存模塊，對于五路信號的數值進(jìn)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(gè)端口。由于有五個(gè)端口，五路信號的輸入需要經(jīng)過(guò)Index Array(索引數組)，使用輸入Index number指定要訪(fǎng)問(wèn)的數組元素。Index Array 函數會(huì )自動(dòng)調整大小以匹配連接的輸入數組維數。當將輸入數組連接到Index Array 函數后，使用PositioNIng工具手工調整放置在圖框上的函數大小，可訪(fǎng)問(wèn)多個(gè)元素或子數組。在擴大Index Array 函數時(shí)，它將按一定的增量擴大，增量取決于連接到函數的數組堆數。數據將通過(guò)導線(xiàn)進(jìn)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(jìn)行大小比對，一旦出現過(guò)大或過(guò)小情況，將會(huì )觸發(fā)設定的警報燈亮起，告知用戶(hù)被監測對象出現不安全的隱患。隨后被監測的數據會(huì )被送入Thermometer/Gauge和String這兩個(gè)顯示控件一種是圖形顯示一種是數字顯示，讓用戶(hù)方便直觀(guān)的觀(guān)察溫度與濕度的具體情況。

在被顯示的同時(shí)這些檢測數據都將被保存系統Write Characters To File 完好的保存下來(lái)，用戶(hù)只需給定保存路徑即可，這樣方便了用戶(hù)日后查找分析數據。最后這五組不同的數據將被將根據溫度和濕度的不同顯示方法分在兩個(gè)示波器中顯示出來(lái)。使用Write Characters To File 把數據寫(xiě)入文件，添加一個(gè)FOR循環(huán)，將其擴大到足以包含個(gè)組件。在框中放入Digital Thermometer.Vi 這個(gè)子VI可以返回來(lái)自溫度傳感器的仿真溫度測量。Format Into String 函數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(shí)現系統中的數據保存功能。

數據讀取VI面板，在這里可以設置讀取文檔的路徑名稱(chēng)，以及讀取數據的長(cháng)度。其前后面板如圖7、圖8所示。

使用Read Characters From File VI 從文件中讀取數據并將信息用字符串輸出。并通過(guò)運算得出保存數據的參數，如讀取數據的開(kāi)始位置，讀取數據的長(cháng)度，最后用While循環(huán)包含整個(gè)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據讀取的功能。

5 結論

在課題的研究開(kāi)發(fā)過(guò)程中，充分應用LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，并針對現有溫濕度檢測系統存在的問(wèn)題，設計了工作可靠性高、操作簡(jiǎn)單的溫濕度測控系統。該系統包含溫濕度實(shí)時(shí)設置與顯示、溫濕度控制曲線(xiàn)實(shí)時(shí)顯示、系統狀態(tài)監測、歷史數據記錄及歷史數據回讀等功能塊，可實(shí)現溫濕度設定值的實(shí)時(shí)設置、溫濕度超標的實(shí)時(shí)報警、溫濕度控制曲線(xiàn)的實(shí)時(shí)監測、系統工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監測、歷史測控數據記錄及回讀等。從系統的測試結果可知，系統可實(shí)現可靠檢測的同時(shí)，實(shí)現了操作界面簡(jiǎn)單、可視性好的特點(diǎn)。