基于LabVIEW雙通道濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳勇靈，楊　娜，潘曉慧，王文江

(1. 黔南民族師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)系，貴州 都勻 558000；2. 西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031)

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基于LabVIEW雙通道濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳勇靈1, 2，楊娜1，潘曉慧1，王文江1

(1. 黔南民族師范學(xué)院 物理與電子科學(xué)系，貴州 都勻 558000；2. 西南交通大學(xué) 電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031)

摘要以NI USB-6009數(shù)據(jù)采集卡、AMT2001濕度傳感器模塊、PC機(jī)等為硬件基礎(chǔ), LabVIEW軟件為核心構(gòu)建了雙通道濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)試實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高，并具有濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、聲光超限報(bào)警、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，還具有延遲時(shí)間及濕度閾值參數(shù)設(shè)置靈活的特點(diǎn)，適用于不同領(lǐng)域濕度的實(shí)時(shí)性和精確性監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞LabVIEW; NI USB-6009；濕度傳感器；監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

隨著PC機(jī)的快速發(fā)展和虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)(LabVIEW)功能的不斷完善，測(cè)量?jī)x器由傳統(tǒng)以硬件為中心的測(cè)量?jī)x器向以軟件為中心的測(cè)量?jī)x器系統(tǒng)轉(zhuǎn)變[1]。LabVIEW是一種圖形化的編程語(yǔ)言，是標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件[2]，在進(jìn)行濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，為開(kāi)發(fā)者提供了便捷途徑。以濕度傳感器與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合的濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[3-5]具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及顯示、聲光超限報(bào)警等功能，具有開(kāi)發(fā)周期短、擴(kuò)展性強(qiáng)、性價(jià)比高等特點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)的濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了具有上述功能外，延遲時(shí)間、濕度閾值等參數(shù)設(shè)置靈活，可滿足用戶對(duì)不同領(lǐng)域濕度監(jiān)測(cè)的需求。

1硬件電路的設(shè)計(jì)

硬件電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由AMT2001濕度傳感器模塊、NIUSB-6009數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)構(gòu)成。其中，濕度傳感器模塊采集被測(cè)點(diǎn)的濕度信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡用以讀取濕度傳感器模塊的電量信號(hào)；PC機(jī)是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的主要硬件，完成信號(hào)顯示、信號(hào)運(yùn)算與存儲(chǔ)、聲光報(bào)警等功能。

圖1　系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)

1.1濕度傳感器模塊

濕度傳感器模塊是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)精度的關(guān)鍵。設(shè)計(jì)選用模擬電壓輸出型的AMT2001濕度傳感器模塊，其具有低功耗、體積小、溫度補(bǔ)償、線性輸出、成本低、安全互換、線性輸出、精確校準(zhǔn)等特點(diǎn)。電壓與濕度的關(guān)系如表1所示。

表1　AMT2001標(biāo)準(zhǔn)濕度輸出電壓對(duì)應(yīng)表(條件：25 ℃，Vin=5.0 V)

1.2數(shù)據(jù)采集卡

數(shù)據(jù)采集卡是濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的必備硬件，將濕度傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行采樣、A/D轉(zhuǎn)換等處理，通過(guò)總線將數(shù)據(jù)送到PC機(jī)。NI公司主要有USB、PCI、PXI這3種數(shù)據(jù)采集卡儀器模塊，而USB接口具有成本低、即插即用和熱插拔等優(yōu)點(diǎn)，在數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用[6]。因此，本設(shè)計(jì)選用電壓型的NIUSB-6009數(shù)據(jù)采集卡，具有14bit分辨率、48kSample·s-1采樣率的8通道單端、4通道差分模擬輸入；模擬輸入電壓范圍為-10～+10V，精度7.73mV；USB總線供電；+5V、200mA的電源輸出等特性。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1前面板程序設(shè)計(jì)

用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)的系統(tǒng)前面板程序主要包括顯示控件和輸入控件2個(gè)部分:顯示控件有濕度顯示和報(bào)警顯示，其中濕度顯示控件顯示濕度信息的變化曲線和當(dāng)前值，報(bào)警控件在監(jiān)測(cè)點(diǎn)濕度超過(guò)用戶預(yù)設(shè)的濕度閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)且蜂鳴器響起；輸入控件完成數(shù)據(jù)采集通道號(hào)選擇、延遲時(shí)間與濕度閾值設(shè)定、濕度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)文件名及路徑的輸入、采集任務(wù)開(kāi)始與取消等[7-8]。

2.2框圖程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)框圖程序設(shè)計(jì)是基于圖形化開(kāi)發(fā)軟件LabVIEW編寫(xiě)程序，首先在計(jì)算機(jī)上安裝數(shù)據(jù)采集卡驅(qū)動(dòng)程序，在進(jìn)行具體系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)[9]，主要有用戶登錄、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和聲光超限報(bào)警等模塊。系統(tǒng)程序流程圖如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)程序流程圖

(1)用戶登錄。該模塊用到兩個(gè)條件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)用戶登錄功能，第一個(gè)條件結(jié)構(gòu)用于判斷用戶輸入的密碼是否正確，第二個(gè)條件結(jié)構(gòu)用于判斷用戶是否要進(jìn)行濕度信號(hào)采集；(2)數(shù)據(jù)采集。該模塊主要由While結(jié)構(gòu)、DAQmxCreateVirtualChannel.vi、DAQmxStartTask.vi、DAQmxRead.vi、DAQmxClearTask.vi等函數(shù)節(jié)點(diǎn)及子vi構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)建虛擬物理通道、數(shù)據(jù)讀取等功能；(3)數(shù)據(jù)處理。該模塊主要由除法、乘法、取整、拆分信號(hào)等函數(shù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)采集卡讀取的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成環(huán)境濕度數(shù)據(jù)信息的功能；(4)聲光超限報(bào)警。該模塊主要由大于、小于、條件結(jié)構(gòu)、定時(shí)循環(huán)結(jié)構(gòu)、蜂鳴器等子vi及函數(shù)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)濕度的聲光報(bào)警功能；(5)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。該模塊由寫(xiě)入測(cè)量文件子vi構(gòu)成，在設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)該vi的文件屬性、存儲(chǔ)時(shí)間方式等進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)的功能。

圖3　系統(tǒng)框圖程序

3調(diào)試實(shí)驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果

利用NIUSB-6009數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、AMT2001濕度傳感器等硬件，結(jié)合系統(tǒng)軟件vi，進(jìn)行了多次調(diào)試試驗(yàn)，其中延遲時(shí)間參數(shù)設(shè)置分別為10s、120s、300s等，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2～表4所示。表中濕度差為正值，表示當(dāng)前濕度超過(guò)濕度上限，其值為當(dāng)前濕度與濕度上限之差；濕度差為負(fù)，表示當(dāng)前濕度低于濕度下限，其值為當(dāng)前濕度與濕度下限之差；濕度差為0，表示當(dāng)前濕度位于濕度閾值內(nèi)。如圖4所示為時(shí)間延遲參數(shù)為300s的系統(tǒng)前面板運(yùn)行結(jié)果。

圖4　系統(tǒng)前面板運(yùn)行結(jié)果圖(延遲時(shí)間300 s)

時(shí)間CH1濕度/%RHCH1濕度差/%RHCH2濕度/%RHCH2濕度差/%RH2011-9-2522:41:1278.9081.802011-9-2522:41:2278.9081.502011-9-2522:41:3279081.602011-9-2522:41:4278.8081.802011-9-2522:41:5278.9081.70

注：濕度閾值參數(shù)CH1通道[70%RH，85%RH]，CH2通道[70%RH，85%RH]。

表3　雙通道濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(延遲時(shí)間為120 s)

注：濕度閾值參數(shù)CH1通道[70%RH，77%RH]，CH2通道[85%RH，90%RH]。

表4　雙通道濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(延遲時(shí)間為300 s)

注：濕度閾值參數(shù)CH1通道[80%RH，87%RH]，CH2通道[70%RH，80%RH]。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

該濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可從以上信息了解各通道是否超過(guò)用戶設(shè)置的濕度閾值和各通道監(jiān)測(cè)的濕度變化情況；從數(shù)據(jù)記錄可知，各通道監(jiān)測(cè)的濕度在不同時(shí)刻的值及變化情況、濕度的報(bào)警時(shí)間、濕度差；系統(tǒng)延遲時(shí)間與濕度閾值參數(shù)設(shè)置靈活，可滿足用戶對(duì)不同領(lǐng)域的濕度監(jiān)測(cè)需求。

4結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)以AMT2001濕度傳感器模塊、NIUSB-6009數(shù)據(jù)采集卡、PC機(jī)為硬件基礎(chǔ)，圖形化軟件LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，構(gòu)建了雙通道濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了濕度監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性與精確性。通過(guò)多次調(diào)試實(shí)驗(yàn)表

明：該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高，具有濕度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、聲光超限報(bào)警等功能；同時(shí)該系統(tǒng)延遲時(shí)間、濕度閾值等參數(shù)設(shè)置靈活，可滿足工業(yè)加工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、科學(xué)研究等不同應(yīng)用領(lǐng)域的實(shí)時(shí)、精確濕度監(jiān)測(cè)。

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Design of Dual Channel Humidity Monitoring System Based on LabVIEW

WUYongling1, 2,YANGNa1,PANXiaohui1,WANGWenjiang1

(1.DepartmentofPhysicsandElectronicScience,QiannanNormalCollegeforNationalities,Dujun558000,China;

2.SchoolofElectricalEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

AbstractThis paper establishes a two-channel humidity monitoring system using the hardware of NI USB-6009 data acquisition card, AMT2001 humidity sensor module and PC and the software of LabVIEW. The debugging test shows that this operating system offers ease and stable operation at low cost, real-time display of humidity data, acousto-optic transfinite alarm and data storage. It has the characteristics of flexible parameter setting of delay time and humidity threshold value and is applicable to the real-time and accurate humidity monitoring in different fields.

KeywordsLabVIEW; NI USB-6009; humidity sensor; monitoring system

收稿日期:2015- 11- 09

基金項(xiàng)目:貴州省科技廳聯(lián)合基金資助項(xiàng)目(黔科合J字LKQS[2013]07號(hào))；貴州省教育廳創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)基金資助項(xiàng)目(黔教合人才團(tuán)隊(duì)[2013]29)；貴州省教育廳產(chǎn)學(xué)研基地資助項(xiàng)目(黔教合KY字[2013]136)

作者簡(jiǎn)介:吳勇靈(1976-)，男，副教授。研究方向：應(yīng)用電子技術(shù)及虛擬儀器技術(shù)。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.07.018

中圖分類號(hào)TP277

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1007-7820(2016)07-061-04