江欢 迟玉伦 黎万波 过聪 卢相林

【摘 要】文章介绍了一种基于LABVIEW和采集卡的遠程自动控温系统。该系统采用温度传感器和继电器检测加热液体的温度变化状况并做出有效控制。通过采集卡和LABVIEW编写的程序，用户可对温度实施远程监控，加热过程中可以在达到目标温度后停止加热。系统操作简便、自动化程度高、扩展方便且具有良好的人机交互功能。该系统经过实验，取得了较为满意的控制效果。

【关键词】采集卡;温度传感器;LABVIEW;远程控制;继电器;TCP

【中图分类号】TP273 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2019）07-0050-03

0 引言

从日常起居到餐饮经营乃至办公环境和工业生产，人们无时无刻不在使用加热工具[1]。在加热工具的使用过程中，常常伴随着危险与不便[2]。随着环境变化，很难确切地掌握加热所需要的时间，当加热时间出现误差，加热的结果不尽如人意，还可能遇到安全问题[3-4]。在日常起居，可能因为暖气温度不够无法安稳入眠;在餐饮行业，可能因为加热过度烤煳失误，甚至加热不足出现食品安全问题;在办公场所，不适宜的温度可能影响办公效率和职员积极性;在工业生产，不适宜的温度可能带来次品和严重的安全问题[5]。一个安全可靠，自动化程度高，解放人们双手离开危险工作场所的自动控温系统便是在这样的背景下被提出的，它在设定好一个可调的目标温度后，可以从远程端控制它的开启，并自动加热到目标温度。

由此设计了远程自动控温系统，该系统主要包括继电器、采集卡、温度传感器、加热装置。usb-600采集卡作为控制单元，选用温度传感器检测温度变化反馈到采集卡，选用继电器响应来自采集卡的控制信号，控制加热的开始与停止，实现了控制系统自动化。除此之外，TCP/IP能让其实现远程控制的要求，使它的应用范围进一步扩大。通过在远处控制端发送的控制信号，由采集卡接受之后传递到继电器，开始加热装置的运作，加热装置开始加热之后温度传感器会实时监测并反馈数据，一旦达到目标温度，通过labview编写的程序就会自动发送信号，一路传输到继电器切断加热装置的电源，从而完成一系列自动控制。

1 系统的组成与原理

该远程自动控温系统由温度采集模块、数据通信模块、输出控制模块、工作模块4个部分组成，其原理图如图1所示。

系统工作原理：温度采集模块采集工作模块的实时温度，通过数据通信模块传输到输出控制模块与设定温度进行比较，当检测温度低于设定温度，输出控制模块向工作模块输出启动信号，工作模块开始加热。当检测温度达到设定温度，输出控制模块向工作模块输出关闭信号，工作模块停止加热。

2 硬件设计

2.1 温度采集模块

由于要将需测量液体的温度转变为所需的电压信号，因此温度采集模块主要由引线式温度传感器和智能温度变送器组成[6]。引线式温度传感器相比于传统的热电偶、热电阻传感器，具有灵敏度高、测温范围广、响应迅速、广泛的测温适用性和满足多种工作环境等优点。采用的是PT-100温度传感器，量程为-50～200 ℃，防护等级为IP68（完全防水）。智能温度变送器采用的是杭州联测自动化技术有限公司生产的型号为SIN-ST500智能温度变送器，其具有精度高、抗干扰性强、偏移小等优点。引线式温度传感器与智能温度变送器采用标准三线式接法，将引线式温度传感器的接线端的3根线（2根红色和1根其他颜色），2根红色线接入智能温度变送器的1号口和2号口，另外1根线接入3号口。智能温度变送器的正极（DC24V）接工作电源的正极，4号口接工作电源负极。智能变送器的OUT口接板卡的输入口，4号口（与工作电源共用）接板卡的接地口[7]。

智能温度变送器连接示意图如图2所示。

2.2 数据通信模块

因为智能温度变送器采集的温度信号会转变为模拟的电压信号，输出控制模块在PC端需要通过USB接口接收模拟的电压信号，所以数据通信模块采用型号为USB-6001数据采集板卡[8]。智能温度变送器的OUT口和电源负极分别接入板卡的AI输入口和接地口。板卡通过数据传输线将数据传入PC给输出控制模块。输出控制模块处理数据后将数据返回板卡通过AO输出口和接地口将电压信号传给工作模块[9]。

2.3 输出控制模块

输出控制模块接收到数据通信模块的模拟电压信号，通过用LABVIEW编写的控制系统处理后，将该信号转化成温度采集模块采集的实时温度值。系统会将该值显示在系统服务端，同时系统会将该温度值与用户的预设温度值进行比较，判断是否向板卡传递控制信号[10]。

2.4 工作模块

工作模块的功能是从板卡接收到控制信号，判断这个信号指令并执行对应的动作。因为板卡传递给工作模块的信号是一个电压信号，所以使用继电器做该电压信号的执行元件。工作模块由继电器、加热电阻丝、加热电路、保护电阻组成[11]。从板卡接收到的电压信号接入继电器的工作电源接口。加热电路的火线接入保护电阻的正极，将保护电阻的负极与继电器的公共端相连，将继电器的常开端与加热电阻丝的正极相连，加热电阻丝的负极与加热电路的零线相连[12]。

3 LabVIEW程序设计

LabVIEW程序由客户端和服务器端2个部分组成，通过LabVIEW的TCP/IP的编程实现对温度的远程显示与控制[13]。

3.1 服务器端程序设计

服务器端程序由接收信息、发送信息及硬件控制三大部分组成。首先接收信息需要将信息强制转换成数组类型，然后通过数组索引依次给加热开关和设定温度赋值，完成信息的接收过程。发送信息则要通过强制类型转换和字符串长度两大组件实现数据和数据长度的输入。硬件控制则需要完成两大功能，一是对温度的感知，通过DAQ助手实现采集卡到labVIEW这一数据传输，然后通过数据运算转换成温度;二是同样通过DAQ助手完成对于电压的输出来控制继电器的通断。将这三大部分整合成两个while循环，对错误信息整合处理就完成了对服务器程序的编写。具体程序如图3、图4所示。

3.2 客户端程序设计

客户端设计与服务器端设计大同小异，主要的不同在于客户端是呈现于使用者的，不需要对硬件进行交互，只需要将数据进行接收和发送。数据发送方面，需要将加热开关和设定温度组合成数组，这需要强制类型转换的帮助。然后通过强制类型转换和字符串长度来获取数据长度及将数组转换成字符串发送出去。将接收数据和发送数据置于2个while循环中，把错误信息整合处理就完成了对客户端程序的编写。具体程序如图5、图6所示。

4 系统工作流程

综上所述，该远程自动控温系统主要分为2个部分，即硬件设计和软件控制。该系统具体工作流程分为4个部分：{1}在PC端打开LabVIEW程序，在客户端界面设定加热温度。{2}温度采集模块中的温度传感器将液体实时温度采集到温度变送器，温度变送器将温度信号转变为电压信号，将之传输到数据通信模块。{3}数据通信模块中的采集卡接收到电压信号后，将之传输到PC端。{4}PC端将实时温度与设定温度进行比较，当实时温度低于设定温度时，PC端输出工作信号到采集卡，进而由采集卡控制工作模块开始加热，当实时温度达到设定温度时，PC端再次发出停止信号，工作模块中的继电器便断开电路，停止加热。工作流程如图7所示。

5 总结

本文介绍了一种基于LabVIEW的远程自动温控系统。系统采用的是PC端的LabVIEW控制，通过电脑上程序的编写，实现了对温度的准确测量与调控。该系统不仅可以将液体温度测量显示在PC端上，同时也可以在PC端上设定所需的温度，从而驱动工作模块，加热到设定温度。该系统通过验证，其工作原理可以得到验证，设计方案亦是合理的，系统结构智能化，温度调控准确，具有一定的实用性。该远程自动温控系统的创新点在于以PC端的LabVIEW作为控制系统，可实时显示温度，实现调控，通用性较强;同时采用了温度变送模块，具有较高的灵敏度、精确性。

参 考 文 献

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[4]杨小凡.TCP/IP相关协议及其应用[J].通訊世界，2019（1）：27-28.

[5]Miroslaw Wcislik.Method of programming of seq-uential control systems using LabVIEW environment[J].Elsevier Journal，2016（3）.

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[9]李郝林.机械工程测试技术基础[M].上海：上海科学技术出版社，2017：59-79.

[10]李郝林.机械控制工程基础[M].北京：清华大学出版社，2014：127-159.

[11]吕金梅，候云杰.保护电阻应置何处[J].物理教师，2004，25（10）.

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[责任编辑：钟声贤]