電飯鍋數據采集平臺的設計

作者 梁?jiǎn)⑽?龍世瑜 梁麗玲 楊金華 許敏君 嶺南師范學(xué)院信息工程學(xué)院(廣東湛江524048)

      摘要：介紹了一種基于LabVIEW的電飯鍋數據采集系統設計方案，此方案選擇采用NI USB-6008數據采集卡DAQ對電飯鍋煮飯過(guò)程中的鍋?lái)敎囟?、鍋底溫度和繼電器電壓進(jìn)行數據采集，通過(guò)LabVIEW構建數據采集系統軟件平臺，將采集到的數據進(jìn)行顯示、存儲、圖像處理及分析，研究電飯鍋煮飯過(guò)程中的鍋?lái)敽湾伒诇囟惹€(xiàn)特征及繼電器輸出的電壓曲線(xiàn)特征，從而得出電飯鍋煮飯過(guò)程中繼電器的工作與控制溫度的關(guān)系。

      關(guān)鍵詞：電飯鍋;LabVIEW;DAQ;鍋?lái)敎囟?鍋底溫度

      *基金項目：2018年度大學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)訓練計劃項目(項目編號：591)梁?jiǎn)⑽?1978-)，男，實(shí)驗師，主要研究方向： 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與開(kāi)發(fā);龍世瑜(1967-)，男，高級實(shí)驗師，主要研究方向：電子設計與應用;梁麗玲(1995-)，女，嶺南師范學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生;金華(1996-)，男，嶺南師范學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)學(xué)生;許敏君(1995-)，女，嶺南師范學(xué)院電子信息工程專(zhuān)業(yè)學(xué)生。

　　0引言

　　電飯鍋是日常生活必備的廚具，研究電飯鍋最佳參考煮飯曲線(xiàn)，得出最佳烹飪數據經(jīng)驗算法，是非常重要的。因此，利用LabVIEW與DAQ設計電飯鍋數據采集平臺，得出電飯鍋的鍋?lái)敎囟惹€(xiàn)、鍋底溫度曲線(xiàn)、繼電器電壓曲線(xiàn)，并讀取在各個(gè)煮飯階段下的繼電器的占空比，為智能控制電飯鍋的平臺提供加熱控制的數據，更好地調整煮飯曲線(xiàn)，使煮出的米飯更香、更符合人們的口感，有著(zhù)重要的意義。

　　1電飯鍋數據采集系統整體設計方案

　　整體系統設計利用LabVIEW軟件開(kāi)發(fā)平臺對電飯鍋在煮飯過(guò)程中的進(jìn)行數據采集，數據采集卡選為被廣泛使用的DAQ。系統包括硬件部分和軟件部分，電飯鍋數據采集系統整體設計框圖如圖1所示。

　　數據采集的對象是：電飯鍋的鍋?lái)敎囟刃盘?、鍋底溫度信號，繼電器電壓信號。電飯鍋溫度傳感器為NTC熱敏電阻類(lèi)型的，設計方案是利用LabVIEW的程序，獲取來(lái)自數據采集卡DAQ從電飯鍋煮飯至保溫過(guò)程中采集到的數據(信號)：鍋?lái)敎囟?、鍋底溫度、繼電器輸出電壓，并在LabVIEW軟件平臺上實(shí)現原始信號的存儲及波形顯示，得到電飯鍋的鍋?lái)敎囟惹€(xiàn)、鍋底溫度曲線(xiàn)、繼電器輸出的電壓曲線(xiàn)，通過(guò)編程計算繼電器的占空比并顯示數據，分析特征。

　　2電飯鍋數據采集系統硬件設計

　　硬件部分包括電飯鍋、DAQ、PC機、以及三者之間的連接線(xiàn)路。從電飯煲內部電源控制電路板中引出3個(gè)接口：鍋?lái)敎囟葌鞲衅鹘涌?、鍋底溫度傳感器接口、繼電器輸出接口。

　　采集的目的信號為溫度信號和繼電器電壓信號，但實(shí)際上從溫度傳感器采集到的是電壓信號，而不是實(shí)際的溫度物理信號。采集對象實(shí)則都為電壓信號，且為模擬信號，因此從電飯鍋的3個(gè)引出接線(xiàn)須連接至DAQ的AI/O模塊的任意3個(gè)模擬輸入接口，為了設計程序的方便，選ai0，ai1，ai2前3個(gè)接口。DAQ的USB連接連線(xiàn)連至PC機的USB接口，硬件的連接情況如表1所示。

　　由此，采集對象、DAQ、PC機就連接到一起，并構成了一個(gè)完整數據采集硬件系統。

　　3電飯鍋數據采集系統軟件設計

　　軟件設計

　　需要完成的功能是實(shí)現系統控制、對采集數據的收集、信號轉換、存儲、波形顯示、占空比讀取。LabVIEW中編程中包括兩部分的設計：前面板的設計和程序框圖的設計。由于從DAQ中采集到的為電壓信號，得到溫度信號需要在程序中對電壓信號進(jìn)行轉換。由此得到LabVIEW數據采集系統框圖如圖2所示。

　　4程序框圖設計

　　4.1電飯鍋數據采集程序

　　在LabVIEW中有一個(gè)非常通用的VI函數“DAQ助手”，用來(lái)快速配置包括輸入采集與輸出波形在內的各種硬件功能^[1]。數據采集程序使用程序框圖中“DAQ助手”十分方便，根據DAQ與采集對象的連接線(xiàn)路，在配置界面設置采集信號為模擬輸入，選擇通道為ai0、ai1、ai2，添加可設置的采樣數和采樣率的輸入量?！癉AQ助手”的數據端就是采集到的信號，數據采集模塊編程如圖3所示。

　　4.2信號轉換程序

　　(1)“電壓-溫度”公式模塊

　　事實(shí)上，從DAQ中采集到的電飯鍋溫度傳感器的信號都為電壓信號，需具備電壓信號轉換為溫度信號的模塊。由于本設計的電飯鍋溫度傳感器為NTC熱敏電阻，根據Steinhart-Hart方程：1/T=C1+C2×lnRT+C3×lnRT3(攝氏溫度t=T-273.15)，可知熱敏電阻的電壓與溫度有一定的等式關(guān)系，設熱敏電阻為RT，電壓為VT，由電飯鍋內部電路板中熱敏電阻電路圖如圖4所示，可得到公式：

　　RT=5100×VT/(3.3-VT)

　　由Steinhart-Hart方程得出電飯鍋熱敏電阻的電壓-溫度轉換公式：

　　T=1/{C1+C2×ln[5100×VT/(3.3-VT)]+C3×ln[5100×VT/(3.3-VT)]3}-273.15

　　根據電飯鍋的50K熱敏電阻的分度表，用“三點(diǎn)法”計算C1、C2、C3三個(gè)系數。經(jīng)較高精度運算可得到三個(gè)系數分別為0.00070249、0.00023998、4.3458E-8。得出電壓與溫度的等式關(guān)系后，在LabVIEW編程中構建“電壓-溫度”轉換公式模塊編程。