基于LabVIEW的温湿度检测系统设计

2012-07-09李亚

湖南工程学院学报（自然科学版） 2012年1期

李亚

（湖南工程学院电气信息学院，湘潭411101）

在工农业生产中，为了降低成本、提高生产率，常常要对温湿度进行检测和控制.在很多环境比较恶劣的生产场合，不宜采用人工测量.所以设计一种可以对温湿度进行自动监测的系统有着广泛的应用价值.目前的一些温湿度检测系统大都采用传统温湿度测量仪器，传统测量仪器的功能大多都是由硬件或固化的软件来实现，功能比较单一，使得用户无法根据实际生产情况来改变其结构和功能.根据存在的这些局限性，可以利用虚拟仪器代替真实的仪器设备，用软件代替硬件设计具有高性价比的检测系统.本文以实验室的温湿度源为检测对象，设计一种以虚拟仪器为核心的温湿度检测系统.

1 系统的组成及原理

本系统由硬件和软件两大部分组成，其中硬件是基础，软件是核心.系统硬件主要由温湿度传感器、数据采集卡、计算机等各部分构成.结构框图如图1所示.本测试系统硬件采集的信号由实验室温湿度源提供，为可控温湿度电加热装置；温湿度传感器采用DHT11，温湿度传感器采集到的信号数据由NI M系列数据采集卡PCI－6281传至主机.同以往的测试系统相比，无需测试转换电路和仪器、设备，系统得到简化，应用比较灵活.

图1 温度检测系统原理框图

本系统工作过程为温湿度传感器DHT11采集到调节改变的温湿度，通过采集卡PCI－6281将传感器的输出信号采集到PC主机上，再通过Lab－VIEW可视化编程软件开发程序对采集到的信号进行相应处理及波形显示，实现超限报警功能，并通过LabVIEW和网络技术相结合来实现远程温湿度监控.

2 系统硬件设计

2.1 温湿度传感器DHT11

DHT11数字式温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器.它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性.传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接.测量范围为湿度20%～90%RH，温度0～50℃，测量精度为±5%RH，±2℃.

2.2 PCI－6281数据采集卡

本系统采用NI公司生产的基于PCI总线的一种插卡式的PCI－6281数据采集卡来完成信号A／D转换与计算机接口的作用.NI PCI－6281是一款高精度多功能M系列数据采集（DAQ）板卡，它支持DMA方式和双缓冲区模式，保证了实时信号不间断采集与存储.这种数据采集卡支持单极性和双极性模拟信号输入，采样速率可达625kS／s.提供l6路模拟输入通道、2路模拟输出、18位分辩率、24路数字I／O（其中8条为10MHz定时相关DIO线）、2个32位80MHz计数器／定时器等多种功能.同时，模拟输入端的直接输入电压可以在－10～＋l0V的范围内，这样适应了大部分的生产和科研的需求，如果输入电压过大或过小，可以先通过一个调理电路对电压进行缩放后再输入到系统中.数据采集卡通过多路开关、A／D转换芯片和数据缓存的几个部件将多通道的模拟信号转换成数字信号并贮存在其缓存中，而计算机通过LabVIEW中的数据采集VI对数据采集卡中的几个部件的运作进行控制，数据采集卡和计算机通过计算机总线进行通信，交换数据和控制信息.

3 软件设计

虚拟仪器前面板作为人机的交互界面，无论从可操作性还是外观美化都有很高的要求，而且在此基础上也可以帮助我们更好地进行程序设计，从而完成整个软件部分的设计.

3.1 系统登录界面

系统登陆界面及程序框图如图2所示.其中调用了两个子VI，一个实现退出系统（如图3所示），另一个则是系统载入的程序（如图4所示）.

图4 系统载入程序

3.2 温湿度设置程序

温湿度设置程序主要是实现对温湿度的上下限值以及采集时间进行设置，其程序如图5所示.

图5 温湿度设置程序

3.3 数据存储

确定存储路径，即输入文件名后，所采集到的数据将存储到相应文件下，程序如图6所示.

图6 数据存储程序

3.4 系统主界面

当对存储路径和温湿度设置完毕，就会转换到系统的主界面，图7给出系统登录后的监控界面.主要有实时温湿度数据显示及存储、查看历史数据和超限报警等功能.

3.5 远程检测

LabVIEW具有强大的网络通信功能，可以将虚拟仪器技术与网络技术相结合构成网络化虚拟测试系统来实现远程测控.本系统采用在Web上发布VI的方式来实现远程监控.LabVIEW将VI发布到Web上，这样用户就可以通过浏览器来访问VI程序的前面板，甚至还可以控制远程计算机上VI程序的运行.这种技术的思想是用LabVIEW创建一个网站服务器（Web Server），这个Server指向包含VI的目录，远程用户通过访问这个server打开目录下的VI，也可以对其进行操作.