基于LabWindows/CVI多点温度检测系统的设计

2012-02-20赵亮

装备制造技术 2012年11期

赵亮

（陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中 723003）

虚拟仪器技术是在计算机技术的基础上发展起来的，是计算机技术和测试技术相结合的产物，其能够充分利用计算机强大的运算处理功能，突破传统测量仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制。在魔芋烘干的过程中，振动流化床内的温度对魔芋烘干的品质影响很大，为了更好地观察魔芋在烘干的过程中流化床内的温度值，本文利用LabWindows/CVI软件，开发了对振动流化床内多点温度进行测量的测试系统，可以实时对温度进行检测和显示，并具有存储的功能。

1 检测系统的整体要求

系统要求对24点的温度进行检测，且每6个检测点为一个检测单元，并能够对采集的温度值在工控设备上进行保存和实时显示温度曲线的功能。温度观测点到到现场温度检测点的距离最大不超过1 km。

2 检测系统的总体设计

由于系统要求能够对采集温度值进行保存，并且能看到温度的变化曲线，所以需要用组态软件开发一个上位机界面，在本系统中使用NI公司的Lab Windows/CVI软件进行上位机界面的开发。

根据要求，每六个温度检测点为一个单元，所以要设计4块检测板以完成对整个系统温度的检测。考虑到现场环境恶劣，在检测电路板和工控设备之间选择CAN总线的通信方式。系统总体工作原理图如图1所示。

图1 系统总体设计

温度检测的过程为：每个温度检测模块实时检测每个单元的温度值，通过CAN总线网络发到工控设备，在工控设备上进行温度值的显示，根据用户的要求进行数据的保存和温度曲线的显示。

3 检测系统的硬件设计

检测系统的硬件设计主要为下位机硬件电路的设计，包括微处理器的选择、温度检测电路和通信电路的设计。

3.1 微处理器的选择

微处理器选用Silicon Lab公司生产的C8051F041单片机，C8051F041处理器是完全集成的混合信号片上系统型MCU，具有高速、流水结构8051兼容的CIP-51内核。12位8通道ADC，并且片内集成了一个CAN2.0控制器，可以方便组建CAN总线网络；MCU内部有JTAG接口和调试电路，可以通过JTAG接口使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。

3.2 测温电路的设计

温度传感器选用热电阻PT100，热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的变化而变化的这一特性来进行温度测量的。PT100是是一种稳定性和线性比较好的铂丝热电阻传感器，可以在-200℃到600℃之间工作，而生产线流化床内的温度是80℃至120℃的范围。在用热电阻PT100进行温度测量时，用温度变送器将温度信号转变成4-20 mA的电流信号，再通过调理电路到处理器C8051F041的A/D转换的输入端，将模拟信号转换成数字信号，以方便计算机的处理。其电路图如图2所示。

图2 温度检测电路

3.3 通信电路的设计

C8051F041微处理器具有CAN控制器，用CAN协议进行串行通信，CAN控制器符合Bosch规范2.0A。CAN控制器包含一个CAN核、消息RAM、消息处理状态机和控制寄存器。CAN是一个协议控制器，不提供物理层驱动器。在本系统选用PCA82C250作为CAN通信的收发器，其电路图如图3所示。

图3 通信电路

4 检测系统的软件设计

按照前面硬件电路的设计，需编写程序完成对温度的采集、处理和显示等功能，所以在软件上可分为上位机程序和下位机程序的设计。上位机程序主要完成温度值的显示、保存和曲线的显示等功能；下位机程序完成对温度的采集的功能。

4.1 上位机程序的设计

选用NI公司的Lab Windows/CVI交互式C语言开发平台，该平台将C语言与用于数据采集分析和显示的测控专业工具有机地结合起来，开发程序效率较高、可靠性好。软件带有丰富的数字信号处理库函数，界面设计方便灵活，能够满足系统的设计要求。对整个系统的软件进行模块化设计，将功能划分为系统的初始化、数据采集、数值的保存和结果的显示等部分。

上位机操作界面可以对采集的24点的温度值进行实时显示，且具有保存功能，保存路径为软件的安装位置，可以定时自动保存和也可以单次保存，方便了操作者观察历史温度值。另外，其还具有对温度值进行实时曲线显示，观察温度的变化情况的功能。