一種基于 LabView 的環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李澤安 曲立國(guó)　黃少肅

摘要：本項(xiàng)目是以L(fǎng)abVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)的環(huán)境監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度，煙霧和電壓電流等信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、記錄、存儲(chǔ)和回放等功能程序的模塊化設(shè)計(jì)，從而達(dá)到環(huán)境監(jiān)控的目的。

[關(guān)鍵詞]LabView環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)采集

國(guó)外很早就形成了比較健全的環(huán)境監(jiān)控技術(shù)而國(guó)內(nèi)開(kāi)展環(huán)境監(jiān)控工作相對(duì)較晚，并且由于監(jiān)控環(huán)境因子的多樣性和復(fù)雜性，傳統(tǒng)的固定專(zhuān)一的檢測(cè)儀器不能滿(mǎn)足現(xiàn)今高檢測(cè)速度、高精度等的要求，因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種基于LabView的環(huán)境監(jiān)測(cè)與預(yù)警系統(tǒng)，在對(duì)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)能對(duì)異常情況做出反應(yīng)，從而達(dá)到預(yù)警目的。

1系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)

方案一：采用硬件和軟件兩部分共同完成，PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集并且轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)LabView軟件部分實(shí)現(xiàn)溫度、煙霧等的實(shí)時(shí)采集與處理，從而達(dá)到室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控的目的。該方法使測(cè)量數(shù)據(jù)更加真實(shí)，結(jié)果更加準(zhǔn)確。

方案二：通過(guò)在LabView內(nèi)部安裝NI公司提供的虛擬DAQ，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的模擬采集，該方法更加便捷。

由于方案二采集的數(shù)據(jù)不具有真實(shí)性，綜合考慮采用方案一”。

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1數(shù)據(jù)采集

方案一：PCI-6221NI-PCI6221是一款低價(jià)位多功能M系列數(shù)據(jù)采集板卡，具有單端16路1差分8路模擬輸入，分辨率高達(dá)16bit，采樣速率為250KS/s，輸入最小電壓范圍為+200mV，最大電壓范圍為+10V，板上自帶4095字節(jié)內(nèi)存。

方案二：PCI-6251PCI-6251是一種高精度數(shù)據(jù)采集卡。具有16個(gè)模擬信號(hào)輸入道，采樣頻率1.25Ms/s，最小輸入電壓范圍+0.1V最高為+10V;2個(gè)模擬信號(hào)輸出通道，16位分辨率;24個(gè)數(shù)字IO通道，（8路高速可達(dá)10MHz）;過(guò)載保護(hù)電壓+25V，過(guò)載電流。綜合考慮采用方案二。

3軟件設(shè)計(jì)

該部分主要包含開(kāi)始與登陸界面，主界面（包含數(shù)據(jù)采集與歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)）等界面，系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。

3.1開(kāi)始與登陸界面

該部分通過(guò)編程設(shè)定若干用戶(hù)名與密碼同時(shí)有效，只有正確輸入用戶(hù)名才能進(jìn)入系統(tǒng)，提高了用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全性。

3.2主界面設(shè)計(jì)

當(dāng)?shù)顷懴到y(tǒng)后進(jìn)入主界面，該部分可供用戶(hù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)以及退出三個(gè)功能的選擇。

3.2.1實(shí)時(shí)采集模塊設(shè)計(jì)

該部分是系統(tǒng)的核心模塊，該部分包含DAQ設(shè)置區(qū)（用于設(shè)置數(shù)據(jù)的，上下限以及物理通道的選擇），不同環(huán)境因子的監(jiān)測(cè)選擇，預(yù)警指示，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)波形圖（用不同顏色的曲線(xiàn)代表不同環(huán)境因子的變化趨勢(shì)），采樣速率，以及是否選擇保存當(dāng)前監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)等功能，具體界面設(shè)計(jì)如圖2。

3.2.2歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊設(shè)計(jì)

該部分主要實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)及圖形曲線(xiàn)的查詢(xún)，同時(shí)能返回主界面，方便用戶(hù)使用，具體界面設(shè)計(jì)如圖3。

4軟硬件測(cè)試

4.1實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將系統(tǒng)硬件接上電源，指示燈正常工作后通過(guò)USB與計(jì)算機(jī)連接。

（2）打開(kāi)LabView進(jìn)入軟件監(jiān)控界面。

（3）點(diǎn)擊數(shù)據(jù)采集，設(shè)定好數(shù)據(jù)上下限值，并選擇采集通道進(jìn)行采集數(shù)據(jù)。

（4）軟硬件聯(lián)和進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果由軟件實(shí)時(shí)顯示。

4.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果分為數(shù)據(jù)采集與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)兩部分，分別如圖4和圖5所示。

5結(jié)論

通過(guò)限定采集數(shù)據(jù)的上下限以及各環(huán)境因子安全區(qū)間，并以不同的顏色曲線(xiàn)以圖形的形式顯示數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，當(dāng)某一環(huán)境因子的采集數(shù)據(jù)超出安全范圍時(shí)，相應(yīng)的預(yù)警指示燈以紅色顯示，提醒用戶(hù)。經(jīng)測(cè)試，各項(xiàng)指數(shù)符合要求。.

本設(shè)計(jì)完成后，能通過(guò)做出實(shí)際產(chǎn)品，能通過(guò)對(duì)溫度，煙霧和電壓電流的采集，經(jīng)過(guò)labVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理達(dá)到對(duì)多種環(huán)境因子的同時(shí)監(jiān)測(cè)。在運(yùn)用到宿舍環(huán)境監(jiān)控中去后能將通過(guò)labVIEW處理后的數(shù)據(jù)與設(shè)定的閾值相比較，判斷是否需要告警，從而達(dá)到對(duì)火災(zāi)的預(yù)警，減少損失的目的。

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