用于溫濕度傳感器校準(zhǔn)的自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)設(shè)計(jì)

趙艷　趙詠梅　張繼軍

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)溫濕度傳感器校準(zhǔn)過程中，人工讀數(shù)不便、容易引入誤差等問題，以虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW 8.5為平臺(tái)，結(jié)合自行設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集儀及濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置，構(gòu)建了一套自動(dòng)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過界面參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)多個(gè)被校件輸出信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換與顯示，并同時(shí)采集存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)示值與多個(gè)被校件示值。

關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器； 校準(zhǔn)； 自動(dòng)采集； RS 232信號(hào)

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0121?03

0 引 言

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，溫、濕度測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越頻繁，一體化的溫濕度傳感器已成為普遍使用的溫、濕度測(cè)量設(shè)備。為確保傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，需要對(duì)新出廠或使用中的傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。在傳統(tǒng)校準(zhǔn)過程中，傳感器輸出信號(hào)由3位半數(shù)字多用表顯示，標(biāo)準(zhǔn)輸出由精密露點(diǎn)儀面板顯示。一般在量程范圍內(nèi)要求做多個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)每隔固定時(shí)間記錄一組數(shù)據(jù)。針對(duì)多個(gè)傳感器一起校準(zhǔn)時(shí)，要求標(biāo)準(zhǔn)與被校件進(jìn)行同時(shí)讀數(shù)與記錄，由于人工讀數(shù)與操作很難保證同時(shí)性，極易引入誤差，因此設(shè)計(jì)了一套基于LabVIEW的溫濕度傳感器校準(zhǔn)自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及原理

自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集儀、精密露點(diǎn)儀、計(jì)算機(jī)及軟件程序等組成。其中數(shù)據(jù)采集儀的核心為智能模塊ADAM?4017，共有8個(gè)通道，精度達(dá)0.1%，可將前端傳感器的電流模擬量轉(zhuǎn)換為0～20 mA的數(shù)字信號(hào)在RS 485總線上傳輸，由RS 232/485頭轉(zhuǎn)換為RS 232信號(hào)與計(jì)算機(jī)串口通信。數(shù)據(jù)采集儀中智能模塊的數(shù)量可通過總線方式進(jìn)行擴(kuò)展，從而增加通道數(shù)。由于精密露點(diǎn)儀無地址編碼，只有一個(gè)RS 232接口，計(jì)算機(jī)需單獨(dú)利用一個(gè)串口與其相連。針對(duì)一般計(jì)算機(jī)只有一個(gè)串口的問題，可安裝多串口卡。

校準(zhǔn)過程中，計(jì)算機(jī)通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有被校溫濕度傳感器、精密露點(diǎn)儀輸出信號(hào)的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

LabVIEW作為第一個(gè)借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集儀器和儀器控制軟件。本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編寫，大致分為串口通信、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾個(gè)部分。軟件流程示意圖如圖2所示。

2.1 串口通信

本系統(tǒng)采用LabVIEW儀器通信功能模塊中的標(biāo)準(zhǔn)串口通信函數(shù)實(shí)現(xiàn)通信，具體有串口寫節(jié)點(diǎn)、串口讀節(jié)點(diǎn)、串口關(guān)閉節(jié)點(diǎn)、返回串口輸入緩存中存在的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置、串口寫、串口讀、檢測(cè)緩存以及關(guān)閉串口等功能。串口寫函數(shù)為向指定的儀器或接口寫入命令，串口讀函數(shù)為從儀器中讀取與寫入命令相應(yīng)的信息。當(dāng)發(fā)送的是參數(shù)配置命令時(shí)，將新配置的參數(shù)返回；當(dāng)發(fā)送到是讀取數(shù)據(jù)命令時(shí)，將相應(yīng)采集模塊相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)返回。系統(tǒng)所用指令見表1所示。

在此，要注意串口設(shè)置中波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位的一致性，特別是資源名稱類的正確選擇。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要通過使用VISA Write和VISA Read兩個(gè)函數(shù)來完成，一般只需要了解相應(yīng)的命令就可以對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)讀取，不需要理會(huì)底層的東西。

露點(diǎn)儀數(shù)據(jù)采集程序中，向串口寫入命令，串口讀取函數(shù)得到一串?dāng)?shù)字，利用子字符串函數(shù)將各值分離出來，通過數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換后，調(diào)用連接字符串函數(shù)，將各數(shù)據(jù)進(jìn)行組合發(fā)送至存儲(chǔ)文件。數(shù)據(jù)采集儀擁有多個(gè)通道，采用層疊式順序結(jié)構(gòu)，利用8個(gè)連續(xù)幀實(shí)現(xiàn)8個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集功能。

為組合兩部分?jǐn)?shù)據(jù)采集程序，實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)儀和數(shù)采儀的聯(lián)合采集與控制，在順序結(jié)構(gòu)的最前面添加一幀用于執(zhí)行露點(diǎn)儀數(shù)據(jù)采集程序，同時(shí)添加一個(gè)獲取時(shí)間字符串函數(shù)。最后，添加一個(gè)While循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用等待下一個(gè)整數(shù)倍毫秒函數(shù)與循環(huán)條件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)周期循環(huán)采集功能。各數(shù)據(jù)結(jié)果輸出端口連接一數(shù)據(jù)類型控件，采集到的數(shù)據(jù)便可被實(shí)時(shí)顯示在前面板上。

由于儀器響應(yīng)需要一段時(shí)間，在程序調(diào)式過程中，可能出現(xiàn)高亮運(yùn)行正常，非高亮狀態(tài)采不到數(shù)據(jù)的情況，只需在串口字節(jié)數(shù)前添加一個(gè)時(shí)間延遲函數(shù)即可。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

LabVIEW提供的文件I/O函數(shù)是一組功能較強(qiáng)的文件處理工具。文件I/O操作大都包括三個(gè)基本步驟：打開一個(gè)已有文件或者新建一個(gè)文件；對(duì)文件進(jìn)行讀寫；關(guān)閉文件。本系統(tǒng)利用LabVIEW軟件提供的寫文件函數(shù)和讀文件函數(shù)編寫通用的數(shù)據(jù)文本保存功能模塊。

由于寫文本文件操作的對(duì)象是以字符串形式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因而在將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文本文件前要先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，并按需要對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行配置，然后由連接字符串函數(shù)輸出端直接連接至寫函數(shù)的字符串端口。實(shí)現(xiàn)通過文件瀏覽按鈕選擇已有文件或新建文件，需將順序結(jié)構(gòu)第1～8幀中的文件保存路徑用局部變量表示，局部變量選擇第0幀的文件保存路徑，在前面板給文件保存路徑設(shè)一個(gè)默認(rèn)值。文件輸出結(jié)果可直接導(dǎo)入Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果處理。

2.4 參數(shù)設(shè)置

4 結(jié) 語(yǔ)

研制自動(dòng)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，首先是熟悉任務(wù)及其特點(diǎn)；第二步要選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；第三步是選擇合適的軟件開發(fā)平臺(tái)，軟件程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心。

為保證數(shù)據(jù)采集儀中ADAM?4017模塊的準(zhǔn)確度，每隔一定時(shí)間，需對(duì)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行周期測(cè)試與校準(zhǔn)。系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，能良好解決傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法中人工操作帶來的記錄不便，讀數(shù)不同步等問題，從而有效提高校準(zhǔn)工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局.JJG1076?2001濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局，2011.

[2] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 王國(guó)峰，鄒廣平.利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，22（2）：125?128.

[4] 陳樹學(xué)，劉宣.LabVIEW 寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[5] 薛源，劉衛(wèi)東.一種多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011（4）：92?94.

[6] 蔡禮權(quán).水泵開式臺(tái)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件采集模塊的設(shè)計(jì)及裝置選型[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（2）：56?58.

[7] 張麗.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007（4）：135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[9] 蔡暢，戚文軍.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2012，35（1）：89?91.

[10] 喬愛民，胡偉全，張燕，等.高精度傳感器測(cè)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置，2009（1）：96?98.

摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)溫濕度傳感器校準(zhǔn)過程中，人工讀數(shù)不便、容易引入誤差等問題，以虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW 8.5為平臺(tái)，結(jié)合自行設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集儀及濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置，構(gòu)建了一套自動(dòng)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過界面參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)多個(gè)被校件輸出信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換與顯示，并同時(shí)采集存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)示值與多個(gè)被校件示值。

關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器； 校準(zhǔn)； 自動(dòng)采集； RS 232信號(hào)

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0121?03

0 引 言

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，溫、濕度測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越頻繁，一體化的溫濕度傳感器已成為普遍使用的溫、濕度測(cè)量設(shè)備。為確保傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，需要對(duì)新出廠或使用中的傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。在傳統(tǒng)校準(zhǔn)過程中，傳感器輸出信號(hào)由3位半數(shù)字多用表顯示，標(biāo)準(zhǔn)輸出由精密露點(diǎn)儀面板顯示。一般在量程范圍內(nèi)要求做多個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)每隔固定時(shí)間記錄一組數(shù)據(jù)。針對(duì)多個(gè)傳感器一起校準(zhǔn)時(shí)，要求標(biāo)準(zhǔn)與被校件進(jìn)行同時(shí)讀數(shù)與記錄，由于人工讀數(shù)與操作很難保證同時(shí)性，極易引入誤差，因此設(shè)計(jì)了一套基于LabVIEW的溫濕度傳感器校準(zhǔn)自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及原理

自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集儀、精密露點(diǎn)儀、計(jì)算機(jī)及軟件程序等組成。其中數(shù)據(jù)采集儀的核心為智能模塊ADAM?4017，共有8個(gè)通道，精度達(dá)0.1%，可將前端傳感器的電流模擬量轉(zhuǎn)換為0～20 mA的數(shù)字信號(hào)在RS 485總線上傳輸，由RS 232/485頭轉(zhuǎn)換為RS 232信號(hào)與計(jì)算機(jī)串口通信。數(shù)據(jù)采集儀中智能模塊的數(shù)量可通過總線方式進(jìn)行擴(kuò)展，從而增加通道數(shù)。由于精密露點(diǎn)儀無地址編碼，只有一個(gè)RS 232接口，計(jì)算機(jī)需單獨(dú)利用一個(gè)串口與其相連。針對(duì)一般計(jì)算機(jī)只有一個(gè)串口的問題，可安裝多串口卡。

校準(zhǔn)過程中，計(jì)算機(jī)通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有被校溫濕度傳感器、精密露點(diǎn)儀輸出信號(hào)的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

LabVIEW作為第一個(gè)借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集儀器和儀器控制軟件。本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編寫，大致分為串口通信、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾個(gè)部分。軟件流程示意圖如圖2所示。

2.1 串口通信

本系統(tǒng)采用LabVIEW儀器通信功能模塊中的標(biāo)準(zhǔn)串口通信函數(shù)實(shí)現(xiàn)通信，具體有串口寫節(jié)點(diǎn)、串口讀節(jié)點(diǎn)、串口關(guān)閉節(jié)點(diǎn)、返回串口輸入緩存中存在的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置、串口寫、串口讀、檢測(cè)緩存以及關(guān)閉串口等功能。串口寫函數(shù)為向指定的儀器或接口寫入命令，串口讀函數(shù)為從儀器中讀取與寫入命令相應(yīng)的信息。當(dāng)發(fā)送的是參數(shù)配置命令時(shí)，將新配置的參數(shù)返回；當(dāng)發(fā)送到是讀取數(shù)據(jù)命令時(shí)，將相應(yīng)采集模塊相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)返回。系統(tǒng)所用指令見表1所示。

在此，要注意串口設(shè)置中波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位的一致性，特別是資源名稱類的正確選擇。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要通過使用VISA Write和VISA Read兩個(gè)函數(shù)來完成，一般只需要了解相應(yīng)的命令就可以對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)讀取，不需要理會(huì)底層的東西。

露點(diǎn)儀數(shù)據(jù)采集程序中，向串口寫入命令，串口讀取函數(shù)得到一串?dāng)?shù)字，利用子字符串函數(shù)將各值分離出來，通過數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換后，調(diào)用連接字符串函數(shù)，將各數(shù)據(jù)進(jìn)行組合發(fā)送至存儲(chǔ)文件。數(shù)據(jù)采集儀擁有多個(gè)通道，采用層疊式順序結(jié)構(gòu)，利用8個(gè)連續(xù)幀實(shí)現(xiàn)8個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集功能。

為組合兩部分?jǐn)?shù)據(jù)采集程序，實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)儀和數(shù)采儀的聯(lián)合采集與控制，在順序結(jié)構(gòu)的最前面添加一幀用于執(zhí)行露點(diǎn)儀數(shù)據(jù)采集程序，同時(shí)添加一個(gè)獲取時(shí)間字符串函數(shù)。最后，添加一個(gè)While循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用等待下一個(gè)整數(shù)倍毫秒函數(shù)與循環(huán)條件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)周期循環(huán)采集功能。各數(shù)據(jù)結(jié)果輸出端口連接一數(shù)據(jù)類型控件，采集到的數(shù)據(jù)便可被實(shí)時(shí)顯示在前面板上。

由于儀器響應(yīng)需要一段時(shí)間，在程序調(diào)式過程中，可能出現(xiàn)高亮運(yùn)行正常，非高亮狀態(tài)采不到數(shù)據(jù)的情況，只需在串口字節(jié)數(shù)前添加一個(gè)時(shí)間延遲函數(shù)即可。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

LabVIEW提供的文件I/O函數(shù)是一組功能較強(qiáng)的文件處理工具。文件I/O操作大都包括三個(gè)基本步驟：打開一個(gè)已有文件或者新建一個(gè)文件；對(duì)文件進(jìn)行讀寫；關(guān)閉文件。本系統(tǒng)利用LabVIEW軟件提供的寫文件函數(shù)和讀文件函數(shù)編寫通用的數(shù)據(jù)文本保存功能模塊。

由于寫文本文件操作的對(duì)象是以字符串形式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因而在將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文本文件前要先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，并按需要對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行配置，然后由連接字符串函數(shù)輸出端直接連接至寫函數(shù)的字符串端口。實(shí)現(xiàn)通過文件瀏覽按鈕選擇已有文件或新建文件，需將順序結(jié)構(gòu)第1～8幀中的文件保存路徑用局部變量表示，局部變量選擇第0幀的文件保存路徑，在前面板給文件保存路徑設(shè)一個(gè)默認(rèn)值。文件輸出結(jié)果可直接導(dǎo)入Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果處理。

2.4 參數(shù)設(shè)置

4 結(jié) 語(yǔ)

研制自動(dòng)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，首先是熟悉任務(wù)及其特點(diǎn)；第二步要選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；第三步是選擇合適的軟件開發(fā)平臺(tái)，軟件程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心。

為保證數(shù)據(jù)采集儀中ADAM?4017模塊的準(zhǔn)確度，每隔一定時(shí)間，需對(duì)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行周期測(cè)試與校準(zhǔn)。系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，能良好解決傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法中人工操作帶來的記錄不便，讀數(shù)不同步等問題，從而有效提高校準(zhǔn)工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局.JJG1076?2001濕度傳感器校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢疫總局，2011.

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[3] 王國(guó)峰，鄒廣平.利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集與處理[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，22（2）：125?128.

[4] 陳樹學(xué)，劉宣.LabVIEW 寶典[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[5] 薛源，劉衛(wèi)東.一種多通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2011（4）：92?94.

[6] 蔡禮權(quán).水泵開式臺(tái)性能自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件采集模塊的設(shè)計(jì)及裝置選型[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011（2）：56?58.

[7] 張麗.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2007（4）：135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測(cè)控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)[M].北京：人民郵電出版社，2010.

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摘 要： 針對(duì)傳統(tǒng)溫濕度傳感器校準(zhǔn)過程中，人工讀數(shù)不便、容易引入誤差等問題，以虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW 8.5為平臺(tái)，結(jié)合自行設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集儀及濕度標(biāo)準(zhǔn)裝置，構(gòu)建了一套自動(dòng)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)。系統(tǒng)通過界面參數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)多個(gè)被校件輸出信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換與顯示，并同時(shí)采集存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)示值與多個(gè)被校件示值。

關(guān)鍵詞：溫濕度傳感器； 校準(zhǔn)； 自動(dòng)采集； RS 232信號(hào)

中圖分類號(hào)： TN710?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0121?03

0 引 言

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，溫、濕度測(cè)量在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越頻繁，一體化的溫濕度傳感器已成為普遍使用的溫、濕度測(cè)量設(shè)備。為確保傳感器的測(cè)量準(zhǔn)確度，需要對(duì)新出廠或使用中的傳感器進(jìn)行定期校準(zhǔn)。在傳統(tǒng)校準(zhǔn)過程中，傳感器輸出信號(hào)由3位半數(shù)字多用表顯示，標(biāo)準(zhǔn)輸出由精密露點(diǎn)儀面板顯示。一般在量程范圍內(nèi)要求做多個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)每隔固定時(shí)間記錄一組數(shù)據(jù)。針對(duì)多個(gè)傳感器一起校準(zhǔn)時(shí)，要求標(biāo)準(zhǔn)與被校件進(jìn)行同時(shí)讀數(shù)與記錄，由于人工讀數(shù)與操作很難保證同時(shí)性，極易引入誤差，因此設(shè)計(jì)了一套基于LabVIEW的溫濕度傳感器校準(zhǔn)自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成及原理

自動(dòng)采集記錄系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集儀、精密露點(diǎn)儀、計(jì)算機(jī)及軟件程序等組成。其中數(shù)據(jù)采集儀的核心為智能模塊ADAM?4017，共有8個(gè)通道，精度達(dá)0.1%，可將前端傳感器的電流模擬量轉(zhuǎn)換為0～20 mA的數(shù)字信號(hào)在RS 485總線上傳輸，由RS 232/485頭轉(zhuǎn)換為RS 232信號(hào)與計(jì)算機(jī)串口通信。數(shù)據(jù)采集儀中智能模塊的數(shù)量可通過總線方式進(jìn)行擴(kuò)展，從而增加通道數(shù)。由于精密露點(diǎn)儀無地址編碼，只有一個(gè)RS 232接口，計(jì)算機(jī)需單獨(dú)利用一個(gè)串口與其相連。針對(duì)一般計(jì)算機(jī)只有一個(gè)串口的問題，可安裝多串口卡。

校準(zhǔn)過程中，計(jì)算機(jī)通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)所有被校溫濕度傳感器、精密露點(diǎn)儀輸出信號(hào)的自動(dòng)采集與存儲(chǔ)。系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

2 軟件實(shí)現(xiàn)

LabVIEW作為第一個(gè)借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集儀器和儀器控制軟件。本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW開發(fā)平臺(tái)編寫，大致分為串口通信、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)幾個(gè)部分。軟件流程示意圖如圖2所示。

2.1 串口通信

本系統(tǒng)采用LabVIEW儀器通信功能模塊中的標(biāo)準(zhǔn)串口通信函數(shù)實(shí)現(xiàn)通信，具體有串口寫節(jié)點(diǎn)、串口讀節(jié)點(diǎn)、串口關(guān)閉節(jié)點(diǎn)、返回串口輸入緩存中存在的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)等函數(shù)分別實(shí)現(xiàn)串口設(shè)置、串口寫、串口讀、檢測(cè)緩存以及關(guān)閉串口等功能。串口寫函數(shù)為向指定的儀器或接口寫入命令，串口讀函數(shù)為從儀器中讀取與寫入命令相應(yīng)的信息。當(dāng)發(fā)送的是參數(shù)配置命令時(shí)，將新配置的參數(shù)返回；當(dāng)發(fā)送到是讀取數(shù)據(jù)命令時(shí)，將相應(yīng)采集模塊相應(yīng)通道的數(shù)據(jù)返回。系統(tǒng)所用指令見表1所示。

在此，要注意串口設(shè)置中波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位、停止位的一致性，特別是資源名稱類的正確選擇。

2.2 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集主要通過使用VISA Write和VISA Read兩個(gè)函數(shù)來完成，一般只需要了解相應(yīng)的命令就可以對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，數(shù)據(jù)讀取，不需要理會(huì)底層的東西。

露點(diǎn)儀數(shù)據(jù)采集程序中，向串口寫入命令，串口讀取函數(shù)得到一串?dāng)?shù)字，利用子字符串函數(shù)將各值分離出來，通過數(shù)值運(yùn)算和數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換后，調(diào)用連接字符串函數(shù)，將各數(shù)據(jù)進(jìn)行組合發(fā)送至存儲(chǔ)文件。數(shù)據(jù)采集儀擁有多個(gè)通道，采用層疊式順序結(jié)構(gòu)，利用8個(gè)連續(xù)幀實(shí)現(xiàn)8個(gè)通道的數(shù)據(jù)采集功能。

為組合兩部分?jǐn)?shù)據(jù)采集程序，實(shí)現(xiàn)露點(diǎn)儀和數(shù)采儀的聯(lián)合采集與控制，在順序結(jié)構(gòu)的最前面添加一幀用于執(zhí)行露點(diǎn)儀數(shù)據(jù)采集程序，同時(shí)添加一個(gè)獲取時(shí)間字符串函數(shù)。最后，添加一個(gè)While循環(huán)結(jié)構(gòu)，利用等待下一個(gè)整數(shù)倍毫秒函數(shù)與循環(huán)條件，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)周期循環(huán)采集功能。各數(shù)據(jù)結(jié)果輸出端口連接一數(shù)據(jù)類型控件，采集到的數(shù)據(jù)便可被實(shí)時(shí)顯示在前面板上。

由于儀器響應(yīng)需要一段時(shí)間，在程序調(diào)式過程中，可能出現(xiàn)高亮運(yùn)行正常，非高亮狀態(tài)采不到數(shù)據(jù)的情況，只需在串口字節(jié)數(shù)前添加一個(gè)時(shí)間延遲函數(shù)即可。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

LabVIEW提供的文件I/O函數(shù)是一組功能較強(qiáng)的文件處理工具。文件I/O操作大都包括三個(gè)基本步驟：打開一個(gè)已有文件或者新建一個(gè)文件；對(duì)文件進(jìn)行讀寫；關(guān)閉文件。本系統(tǒng)利用LabVIEW軟件提供的寫文件函數(shù)和讀文件函數(shù)編寫通用的數(shù)據(jù)文本保存功能模塊。

由于寫文本文件操作的對(duì)象是以字符串形式存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，因而在將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到文本文件前要先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為字符串，并按需要對(duì)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行配置，然后由連接字符串函數(shù)輸出端直接連接至寫函數(shù)的字符串端口。實(shí)現(xiàn)通過文件瀏覽按鈕選擇已有文件或新建文件，需將順序結(jié)構(gòu)第1～8幀中的文件保存路徑用局部變量表示，局部變量選擇第0幀的文件保存路徑，在前面板給文件保存路徑設(shè)一個(gè)默認(rèn)值。文件輸出結(jié)果可直接導(dǎo)入Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果處理。

2.4 參數(shù)設(shè)置

4 結(jié) 語(yǔ)

研制自動(dòng)采集存儲(chǔ)系統(tǒng)，首先是熟悉任務(wù)及其特點(diǎn)；第二步要選擇合適的數(shù)據(jù)采集設(shè)備；第三步是選擇合適的軟件開發(fā)平臺(tái)，軟件程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心。

為保證數(shù)據(jù)采集儀中ADAM?4017模塊的準(zhǔn)確度，每隔一定時(shí)間，需對(duì)數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行周期測(cè)試與校準(zhǔn)。系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)試，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，能良好解決傳統(tǒng)校準(zhǔn)方法中人工操作帶來的記錄不便，讀數(shù)不同步等問題，從而有效提高校準(zhǔn)工作效率。

參考文獻(xiàn)

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