基于LabVIEW的溫度控制系統(tǒng)設計

王雪晴,衛(wèi)亞博

（平頂山學院 電氣信息工程學院，河南 平頂山 467000）

1 引言

虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器不同，傳統(tǒng)儀器是由生產廠家定義制造的，具有固定的外觀和功能[1]；虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機地融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理.

2 系統(tǒng)硬件設計

待測溫度信號經(jīng)傳感器轉為電信號[2]，再由信號調理電路處理成標準信號進入數(shù)據(jù)采集卡，由計算機軟件系統(tǒng)（LabVIEW）采集.整個系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示.可見，采用虛擬儀器技術可以大大簡化硬件部分設計，傳統(tǒng)測試系統(tǒng)的A/D轉換，采樣保持以及數(shù)據(jù)通信等功能集成在通用數(shù)據(jù)采集卡中，由計算機完成數(shù)據(jù)處理功能.用戶可以根據(jù)不同需求采用不同的傳感器和編寫相應的程序即可實現(xiàn)要求的測試功能，大大增強了系統(tǒng)的靈活性.圖1給出系統(tǒng)硬件組成框圖由計算機、數(shù)據(jù)采集卡、測溫電路及溫度控制電路組成.

圖1 系統(tǒng)硬件框圖

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 系統(tǒng)整體功能介紹

系統(tǒng)軟件設計主要完成數(shù)據(jù)采集與顯示、測試結果記錄、數(shù)據(jù)查詢、超限報警、溫度實時控制等，同時為用戶提供一個方便的操作界面.圖2給出上位機的監(jiān)控界面.該系統(tǒng)軟件是基于LabVIEW8.5軟件平臺設計的，圖3溫度檢測部分框圖程序.用戶首先根據(jù)實際需要在“溫度上限”或“溫度下限”中輸入要設定的溫度限定值，當點擊“START”按鈕即可開始溫度的采集；所測溫度超過或低于溫度上限或下限，與之對應的LED燈就會變綠；滑動“溫度歷史顯示”表下方的滑動條即可查看歷史溫度趨勢；當系統(tǒng)處于運行過程中再次單擊“START”按鈕即可使系統(tǒng)停止工作.

圖2 系統(tǒng)總界面

圖3 溫度檢測部分框圖程序

3.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集模塊可分為數(shù)據(jù)采集卡驅動程序的打開、數(shù)據(jù)采集卡的設置、數(shù)據(jù)采集卡的啟動、數(shù)據(jù)采樣控制、數(shù)據(jù)采集卡驅動程序的關閉等子模塊[3].程序運行以后，數(shù)據(jù)采集卡連續(xù)采集數(shù)據(jù)，并把采集到的數(shù)據(jù)不斷的送入到緩存中，并在前面板上顯示采集到的數(shù)據(jù)波形.如圖2系統(tǒng)總界面中的數(shù)據(jù)波形顯示.

3.3 數(shù)據(jù)記錄與存儲

系統(tǒng)提示輸入文件名即確定好存儲路徑后，所采集測量的數(shù)據(jù)將存儲到相應文件中.程序如圖4所示.

圖4 測量數(shù)據(jù)存儲框圖程序

3.4 溫度實時控制

采用LabVIEW中所帶的PID控制器模塊來控制溫度.該模塊采用增量式PID控制器，在Lab-VIEW中主要通過兩種途徑實現(xiàn).一是利用其外部接口調用其他軟件或編程代碼[4]；二是利用Lab-VIEW本身的圖形編程語言編程.由于LabVIEW提供了Matlab Script節(jié)點，可在Matlab script節(jié)點中編輯Matlab程序，并在LabVIEW環(huán)境下運行，而且使用Matlab script節(jié)點實現(xiàn)，這樣既能使程序結構清晰，又能提高運算速度.因此可采用Matlab script節(jié)點實現(xiàn)增量式PID控制程序.其表達式為：

（3-1）式中：k 為采樣序列；u（k）為第 k 次采樣時刻的計算機輸出值；e（k）為第k次采樣時刻輸入的偏差值；e（k-1）為第k-1次采樣時刻輸入的偏差值；Kp為比例系數(shù)；Ki為積分系數(shù)；Kd為微分系數(shù).

4 結論

所設計的溫度測控系統(tǒng)軟件上采用LabVIEW強大的虛擬儀器設計能力，設計了操作簡單、界面良好的溫度測試系統(tǒng)，實現(xiàn)對環(huán)境溫度信號的采集、分析、數(shù)據(jù)顯示與存儲，并對超出設定范圍的故障進行報警等功能.系統(tǒng)在功能和應用可以進一度開放，比如可以實現(xiàn)更多路溫度活或變量的信號的采集和控制，實現(xiàn)對溫、濕度的控制反饋等.

〔1〕袁源.虛擬儀器基礎教程[M].成都：電子科技大學出版社，2002.

〔2〕郁有文.傳感器原理及工程應用[M].西安電子科技大學出版社，2008.

〔3〕李亞.基于LabVIEW的溫濕度檢測系統(tǒng)設計[J].湖南工程學院學報，2012，22（1）：24～26.

〔4〕倪自強.LabVIEW環(huán)境下溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)[J].電子元器件應用，2009，11（2）：32～34.