虛擬儀器技術(shù)在濕度測(cè)控中的應(yīng)用

姜明　高興花　崔傳文

摘 要 以烤煙房中的濕度環(huán)境為測(cè)控對(duì)象，設(shè)計(jì)了一個(gè)濕度測(cè)控系統(tǒng)，包含硬件和軟件兩個(gè)部分，硬件系統(tǒng)包括濕度采集模塊、濕度信號(hào)調(diào)理部分以及濕度控制模塊。軟件系統(tǒng)采用labview8.6進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括濕度信號(hào)的采集和濕度控制兩個(gè)模塊。經(jīng)測(cè)試，有效的解決的烤煙過(guò)程中的濕度的測(cè)量與控制這個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 虛擬儀器 濕度 測(cè)控

中圖分類(lèi)號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

眾所周知，煙葉是一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)提高農(nóng)民收入，增加政府稅收有著重要的作用，因此研制先進(jìn)的烘烤設(shè)備控制煙葉烘烤的溫濕度環(huán)境，讓烤煙的溫濕度環(huán)境與烘烤工藝參數(shù)要求相符合，這對(duì)提高烤煙質(zhì)量有重要作用。本文根據(jù)烤煙對(duì)濕度測(cè)控的需求設(shè)計(jì)了一個(gè)基于虛擬儀器的濕度測(cè)控系統(tǒng)。

1濕度測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)建思路

煙葉在烘烤的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生水分，令烤房?jī)?nèi)的濕度變大，故系統(tǒng)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)這個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)控制排風(fēng)門(mén)的開(kāi)關(guān)方向及開(kāi)度，進(jìn)而控制排出的濕氣量而達(dá)到工藝要求。該設(shè)計(jì)分為硬件與軟件兩大部分，以個(gè)人計(jì)算機(jī)為硬件平臺(tái)，配合數(shù)據(jù)采集卡、傳感器、信號(hào)調(diào)理電路完成硬件配置，采用當(dāng)前最為流行的LabVIEW8.6為軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

該烤煙測(cè)控系統(tǒng)硬件由三部分組成：濕度采集模塊、濕度信號(hào)調(diào)理模塊和濕度控制模塊。

2.1濕度采集模塊

濕度采集模塊即為濕度傳感器，本模塊用包著蘸水紗布的熱敏電阻作為傳感器，來(lái)測(cè)量裝煙室內(nèi)水汽的溫度，根據(jù)干濕球溫度計(jì)原理和干球溫度與濕球溫度關(guān)系，即可采集到環(huán)境的濕度信號(hào)。

干濕球溫度計(jì)是利用水蒸發(fā)時(shí)要吸熱降溫，而蒸發(fā)的快慢（降溫的多少）和當(dāng)時(shí)空氣中的相對(duì)濕度有關(guān)這一原理制造而成的，其構(gòu)造是用兩個(gè)溫度計(jì)，一個(gè)在玻璃球底部用白紗布包好，將紗布的另一端浸在水槽里，毛細(xì)作用使紗布經(jīng)常保持潮濕，此為濕球。另一個(gè)未用紗布包裹裸露在空氣中的溫度計(jì)，謂之干球（干球表示環(huán)境溫度），如果空氣中的水蒸氣沒(méi)有飽和，濕球的表面不斷地蒸發(fā)水汽，并吸收汽化熱。因此濕球所表示的溫度都比干球要低?？諝庠礁稍铮穸仍降停舭l(fā)越快，不斷的吸收汽化熱，使?jié)袂蛩镜臏囟冉档停c干球間的溫差增大。相反，當(dāng)空氣中的水蒸氣呈飽和狀態(tài)時(shí)，水份便不再蒸發(fā)，也不吸汽化熱，濕球和干球所示的溫度，即會(huì)相等。我們可以通過(guò)干濕溫度計(jì)的差值及當(dāng)前溫度，查出現(xiàn)在的濕度。

本系統(tǒng)則是利用這一原理逆向推理，通過(guò)烘烤工藝所要求的濕度參數(shù)來(lái)推出所要求的水的溫度，通過(guò)控制烤房?jī)?nèi)水的溫度（濕溫）進(jìn)而達(dá)到控制烤房中相對(duì)濕度的目的。

2.2濕度信號(hào)調(diào)理模塊

信號(hào)調(diào)理部分由數(shù)據(jù)采集卡和信號(hào)調(diào)理電路組成。

（1）數(shù)據(jù)采集卡：有效地將外部硬件設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連。

采集卡參數(shù)要求為：

①輸出輸入范圍：0～5v模擬輸入輸出

②采樣周期：2秒/次

③4路模擬輸入；

（2）信號(hào)調(diào)理電路：將熱敏電阻輸出的微小電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)采集卡可識(shí)別的0～+5V的信號(hào)。

該電路的特點(diǎn)是：差動(dòng)輸入端分別是兩個(gè)運(yùn)放的同相輸入端，因此有很高的輸入阻抗。

2.3濕度控制模塊

采集到的濕度信號(hào)經(jīng)調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后送到濕度控制程序后，將濕度控制輸出量由采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口輸出給步進(jìn)電機(jī)，從而控制濕度。

濕度控制是通過(guò)控制裝煙房墻壁上的排風(fēng)門(mén)開(kāi)度實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)濕度與設(shè)定值的差值來(lái)設(shè)定排風(fēng)門(mén)開(kāi)度的大小，排風(fēng)門(mén)的控制采用步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)歷來(lái)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，濕溫每超出設(shè)定值0.5癈，排風(fēng)門(mén)的開(kāi)度增大18度，當(dāng)濕溫低于設(shè)定值0.5癈，排風(fēng)門(mén)的開(kāi)度減小18度。排風(fēng)門(mén)最大開(kāi)啟90度，最小為0度。當(dāng)濕溫高于設(shè)定值2.5癈，排風(fēng)門(mén)將保持在90度不變，當(dāng)濕溫低于設(shè)定值的2.5癈時(shí)，則關(guān)閉排風(fēng)門(mén)即0度不變，直到符合設(shè)定濕溫指標(biāo)為止。

系統(tǒng)選用四相四拍，步距角為1.8度的步進(jìn)電機(jī)。正反轉(zhuǎn)控制通過(guò)改變步進(jìn)電機(jī)的通電順序來(lái)改變其轉(zhuǎn)向，當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA-AB時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CD-BC-AB-DA時(shí)為反轉(zhuǎn)。

驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)采用的是恒壓恒流橋式驅(qū)動(dòng)芯片L298N。按照濕度環(huán)境條件，對(duì)采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口輸出口進(jìn)行信號(hào)的輸出控制。

3軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)分為濕度信號(hào)的采集和濕度控制兩個(gè)模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊完成對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動(dòng)以及各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置，如通道設(shè)置、增益、讀寫(xiě)狀態(tài)等。實(shí)現(xiàn)方法是在LabVIEW界面下調(diào)用采集卡提供的AIsimple函數(shù)，通過(guò)采集卡AI0，AI1，AI2，AI3四個(gè)通道同時(shí)對(duì)濕度信號(hào)進(jìn)行采集。之后連接解析簇函數(shù)unbundle函數(shù)解析出一維電壓值數(shù)組，再由索引數(shù)組函數(shù)IndexArray給函數(shù)四個(gè)索引端口連接索引值，element參數(shù)輸出該索引值對(duì)應(yīng)的電壓值。最后經(jīng)過(guò)濕度四路求平均，求出傳感器采集的烤房?jī)?nèi)的濕度電壓值，經(jīng)過(guò)換算得出濕度值。

由于數(shù)據(jù)采集卡輸出的是濕度對(duì)應(yīng)的電壓，因此要把濕度設(shè)定值T在與采集的電壓量比較之前應(yīng)該將其轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的電壓量。經(jīng)過(guò)仿真，該系統(tǒng)克服了控濕的煩瑣操作和夜間觀(guān)察調(diào)節(jié)的諸多不便，大大降低了烘烤勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高上等煙比例，有利于烤煙烘烤質(zhì)量的穩(wěn)定和提高。在煙葉生產(chǎn)中具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

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