基于虚拟仪器的温湿度监控系统

基于虚拟仪器的温湿度监控系统摘要：虚拟仪器具有强大的数据处理能力，并且具备多种仪器设备功能于一体，能够从分享用计算机所有资源，实现普通仪器所不能实现的功能。而且拥有良好的人机设计界面，简单易学，设备集成度高，灵活多变。单片机温度采集系统成本低廉，结构简单，易用性高，通过与LABVIEW软件结合，变成了一套完善的具备数据采集，数据处理，数据存储电子仪器。具备多功能于一体，小型化，功耗低的特点。关键词：温度传感器；单片机；LabVIEW；温度采集Abstract:virtualinstrumenthasstrongdataprocessingability,andhavemanydifferentinstrumentsfromintegratesfunctional,canusecomputerallshareresources,realizingordinaryinstrumentcanrealizefunctions.Andhaveagoodhuman-machinedesigninterface,easytooperate,equipment,flexiblehighlevelofintegration.Single-chipmicrocomputertemperatureacquisitionsystemofsimplestructure,lowcost,high,throughwithusabilityLABVIEWsoftwarecombination,intoacompletesetofperfecthavedataacquisition,dataprocessing,datastorageelectronicinstrument.Havemuti_functionatanorganicwhole,miniaturization,lowpowerconsumptioncharacteristics.Keywords:temperaturesensors;SCM;TheLabVIEW;Temperaturegathering引言随着科学技术的发展，人们在监控与监测生产过程、居住环境、生活质量等过程中，制造了各种各样科学仪器。而传统仪器如模拟式仪器仪表、数字化仪表、内部有微处理器的智能仪器等，其对于用户来说是一个封闭的系统，仪器的面板、旋钮、开关和显示方式，内部电路及仪器所能提供的功能都是固定的，与其他设备的连接也受限制。随着计算机硬件技术、软件技术的不断发展与成熟，全新概念的第四代仪器——虚拟仪器出现了。美国国家仪器公司（NI）已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0以前的版本。目前LabVIEW的最新版本为LabVIEW8.6，LabVIEW8.6为多线程功能添加了更多特性。虚拟仪器作为一种基于计算机的自动化检测仪器系统，是现代计算机技术和仪器技术完美结合的产物，也是当今计算机辅助测试领域的一项重要技术。它利用加在计算机上的一组软件与仪器模块相连接，以计算机为核心、充分利用计算机强大的图形界面和数据处理能力提供对测量数据的分析和显示。虚拟仪器的构成，如图1.1所示：所有的图都标注成图1图2。。而不是图1.1图2.1显示器信号分析及处理数据发生器A/D转换器D/A转换器信号调理器信号调理器信号调理器各类接口人机接口信号输入信号输出图1.1虚拟仪器的构成NI提出的“软件即仪器”的口号，彻底打破了传统仪器只能由生产厂家定义，用户无法改变的模式，利用虚拟仪器，用户可以很方便地组建自己的自动检测系统。显然，与传统仪器相比，虚拟仪器具有以下特点：1.融合了计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。2.利用计算机丰富的软件资源，实现了部分硬件的软件化，增加了系统的灵活性。通过软件技术和相应数值算法，可以实时、有效地对测试数据进行各种分析与处理。同时，利用图形用户界面技术使得人机交互方便。3.基于计算机网络技术和接口技术，具有方便、灵活的互联能力，广泛支持各种工业总线的标准。因此，利用VI技术可方便地构建自动测试系统，实现测量、控制过程的智能化、网络化。1.2LabVIEW程序构成与模块简介LabVIEW的核心是VI（G语言编写的程序）。该环节包含三个部分：程序前面板(FrontPanel)、程序框图(BlockDiagram)和图标/连接端口（Icon/Connector）。1.前面板（FrontPanel）前面板是程序与用户交流的窗口，用于设置各种输入控制参数和观察输出量。前面板的作用相当于传统仪器的面板，在它上面有用户输入和显示输出两类对象。具体表现为开关、旋钮、拨盘等用户输入的控制对象和图形、图表等显示对象。如图1.2所示的是一个正弦函数产生和显示VI的前面板，上面有一个显示对象，图形显示控件，以曲线的方式显示了一个正弦波。有两个控件对象，即旋钮和停止键，旋钮用于调节产生的正弦波的幅值，停止/启动按钮用于启动和停止程序的运行。图1.2正弦波产生和现实2.程序框图（BlockDiagram）每个前面板都有相应的程序框图与之对应。程序框图是VI的图像化源代码，是实现程序的核心，可以把它想象为传统仪器机箱中用来实现功能的零部件，它可以控制和操纵定义在前面板的输入和输出功能。程序框图由节点、端口和连线等要素组成。图1.3所示的是一个正弦函数产生和显示VI的程序图（与图1.2相对应）。图1.3正弦波产生和显示第二章基于虚拟仪器的数据采集与控制请不要标准成第二章、第三章这种写法2.1基于LabVIEW的数据采集及存储LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineering）是一种开放型的通用程序开发系统，具有强大的数据采集、数据处理、数据分析和仪器控制功能。而数据采集的硬件部分的核心是(DataAcquisition-DAQ)卡，它和LabVIEW有很好的接口程序，用LabVIEW实现数据采集，就是在LabVIEW中控制各种DAQ卡(或设备)完成特定的功能，这都离不开DAQ驱动程序的支持。可以确定初步的设计思路：传感器把被测量的物理量转换为电量；信号调理电路对传感器转换的电信号进行放大、滤波、隔离等预处理；数据采集卡采集信号调理电路的电压信号，转换成计算机能处理的数字信号；通过数据采集卡驱动程序，将数字信号读入计算机，计算机对信号进行处理，以达到预期的目的。其中，模块是连接硬件电路与计算机的核心模块，可以将硬件电路的信号采集到计算机。基于虚拟仪器的数据采集程序框图，如图1.1所示：图1.1数据采集及储存首先利用DAQAssistant将信号从硬件采集到软件程序中，然后由示波器在前面板显示出信号的变化曲线，同时利用信号拆分模块将送进来的信号拆分，以便对温湿度不同的信号做不同的处理，从而实现对温湿度双通道的数据采集，数据自动存储、显示以及越限报警。图1.2数据存储数据自动存储模块如图1.2所示。数据存储的功能是利用数据库实现的，首先需要在运行该系统的环境中建立一个date.xls的文件夹，然后运行系统，在该文件夹下会自动生成一个.xls文件，DAQmx采集到的所有数据及其对应的采集时间都存放在该文件中。如果想要查看某段时间的温湿度情况，可以在date文件夹中找到对应的时间段，对应的.xls文件，单击，便在MicrosoftExcel下打开。本采集系统与同类的存储系统相比，自动生成保存文件是它的优点，这样既可以节省用户的时间，也减少了系统繁琐的操作步骤及一些不必要的麻烦。2.2基于虚拟仪器的控制系统2.2.1虚拟仪器与LabVIEW在控制中的应用虚拟仪器所具有的诸多特点使其早已突破测试领域的范围，在控制领域也得到越来越广泛的使用。随着计算机技术的快速发展，自动控制系统中的控制器功能越来越多的通过计算机来实现，这就组成了典型的计算机控制系统。计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：1.实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。2.实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，决定下一步的控制过程。3.实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。2.2.2基于虚拟仪器的控制系统的结构计算机控制系统的控制过程可分为三个步骤：实时数据采集、实时决策和实时控制，其系统结构可用下图2.1表示。控制器D/A执行机构被控对象测量变送A/D被测控量y给定量rU—图2.1计算机控制结构图基于虚拟仪器的控制系统实际上就是一种计算机控制系统，它以计算机及软件为中心，结合模块化的数据采集及输出硬件，完成控制过程的三个步骤。其中的自动化软件可以是LabVIEW、Windows、CVI等虚拟仪器开发平台。第三章基于虚拟仪器温湿度监控系统的方案设计本次设计是利用虚拟仪器技术设计了一个适用于农业温室的温湿度测控系统，使用LabVIEW和数据采集卡相互配合采集温湿度信号并输出控制信号。由于LabVIEW本身的图形化编程平台，使得本系统的设计较为简单，实现的结果更形象、直观，操作也方便，并且还可以较容易地实现功能增减。3.1基于虚拟仪器温湿度监控系统.该设计的设计思想是：由温湿度传感器检测信号，信号被DAQ采集卡采集，进入计算机虚拟仪器程序，对采集到的温湿度进行判断，当温度不适于农作物生长时，系统报警，可以通过空调、电风扇等工具降温；当湿度不适于农作物生长时，系统报警，通过灌溉或者增加光照等措施，调节湿度。还需对采集到的实时数据进行显示、存储、报警历史记录等功能。如图1.1所示。温度传感器湿度传感器DAQ采集计算机湿度显示及存储温度显示及存储报警历史记录及清除温湿度上下限报警图不清楚，重画图1.1基于虚拟仪器温湿度监控系统流程框图本系统的组成和其他基于虚拟仪器的系统组成一样，都由系统前面板及与之相对应的程序框图两大部分构成。3.1.1系统前面板前面板由两部分组成：登录界面、实时采集界面。登陆界面可以阻止非操作人员操作系统，只有规定的操作人员可进行相关的操作，这样不仅可以保证系统的安全，同时大大减少由于操作人员的误操作导致的不良后果。登陆界面如图1.2登陆界面所示。图1.2登陆界面在“用户名”一栏输入与设置相同的内容，在“密码”输入与设置相同的密码，点击“确定”，就可以登陆系统，进行下一步的操作。实时采集部分可以实现采集数据的显示、温湿度上下限的报警、报警历史的记录及清除、热电偶类型的选择等功能。如图1.3所示。图1.3实时采集前面板3.1.2程序子模块根据系统预期的目标来分析，可以把系统分成五个模块，如图1.4所示：基于虚拟仪器的温湿度控制登陆口数据采集自动存储越限报警报警历史记录及清除图不清楚，重画图1.4系统组成结构与前面板登陆界面（图1.2）相对应的程序框图（图1.5登陆口程序框图）具体的工作过程是：当操作人员输入用户名与已设定的值相等时，程序向下执行，进入第二个while结构，输入的密码值与设定值再次相等时，点击确认登陆，系统登陆成功，否则，系统不能登陆。而选项卡使登陆界面与实时采集界面有序的组成一个完整的系统，换句话说，不执行登陆界面的程序，将无法执行实时采集的程序，这大大增加了该系统的安全性、保密性。图1.5登陆界面程序框图数据采集部分，如框图1.6，可以实现数据采集、显示、存储等功能。由传感器传来的信号由DAQmx采集卡采集并送到PC机上，通过示波器可以显示波形，拆分信号模块将信号分成两路，即温度与湿度信号。选择其中一支，再进行拆分，将其中一路信号转换成其他VI和函数配合使用的数据，波形等进行存储，另一路送往热电偶读数模块，将采集到的信号转换成摄氏度，在前面板显示，最后一路送到比较器，进行上下限的设置。从DAQms出来的另一路信号（即湿度信号），与温度信号处理的方法相似，唯一不同的是，由于没有转换湿度传感器读数的模块，所以选择比较线性的湿度传感器，在最后转换的时候，将采集到的信号进行简单的数学运算。该部分还有一个重要的功能——数据存储。图1.6数据采集部分实现报警历史记录与删除功能的程序框图，如图