江泓昱 南京理工大學(xué)紫金學(xué)院

溫濕度測控系統(tǒng)是實驗室所必須配備的較為特殊的測量儀器，最初測試儀器的核心是單片機，濕度值是通過數(shù)碼管呈現(xiàn)出來的，按照濕度的不同要求，根據(jù)硬件對調(diào)節(jié)終態(tài)進行設(shè)定，這樣就能夠把實驗室濕度調(diào)至設(shè)定范圍內(nèi)。在測量技術(shù)和傳感技術(shù)的不斷發(fā)展下，實驗室為了更好的適應(yīng)濕度變化，就需要改變已無法滿足實驗室需要的傳統(tǒng)測試裝置，轉(zhuǎn)而創(chuàng)新測量裝置。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，圍繞著計算機研發(fā)出了虛擬儀器這一最為先進的儀器。虛擬儀器通過對計算機等硬件平臺的利用，并將調(diào)理電路、傳感器等硬件結(jié)合起來，由此進行數(shù)據(jù)采集，然后在利用功能軟件處理數(shù)據(jù)，進而發(fā)揮出傳統(tǒng)儀器功能，另外，只要對專用硬件和軟件進行改變，也能突顯出不同儀器功能。

1 溫室度測控系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)功能劃分

本系統(tǒng)將相應(yīng)硬件與LabVIEW結(jié)合起來，就能控制、顯示和測量溫濕度。對系統(tǒng)功能進行劃分，主要分成以下幾個方面：

1.1.1 溫度測顯

通過對傳感器的利用，使環(huán)境溫度向電壓信號轉(zhuǎn)化，且電壓信號是連續(xù)的，經(jīng)過調(diào)理后，再通過數(shù)據(jù)的采集卡實現(xiàn)對A/D的轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)據(jù)上傳至計算機，相關(guān)功能軟件會對數(shù)據(jù)進行處理，最后呈現(xiàn)出來。

1.1.2 濕度測顯

溫度測顯與系統(tǒng)實現(xiàn)有較大相似性，但調(diào)理電路的過程中，需要通過溫度信號做出相應(yīng)的補償。

1.1.3 數(shù)據(jù)測顯

溫濕度信息數(shù)據(jù)在經(jīng)過功能軟件對其的處理后，會特指一個電子表格，把數(shù)據(jù)儲存進去。

1.1.4 溫濕度控制

在溫濕度被用戶輸入設(shè)定值后，利用儀器的功能軟件將當(dāng)前量與其做比較，然后控制量會得到相應(yīng)的輸出。

2 溫濕度測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由兩部分構(gòu)成，分別是硬件和軟件。首先是硬件部分，使溫濕度的信號向電信號轉(zhuǎn)變，并實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和調(diào)理，把數(shù)據(jù)上傳至計算機，同時根據(jù)功能軟件的相關(guān)指令，加以控制溫濕度，它的組成包括了DAQ卡、加濕器、電吹風(fēng)、風(fēng)扇、控制電路、調(diào)理電路和傳感器。風(fēng)扇的功能是排氣，由此使實驗空間溫濕度降低，而加濕器則是為了實現(xiàn)空間濕度的上升，電吹風(fēng)就被用來增加實驗空間溫度。

而軟件部分就負(fù)責(zé)對輸入到DAQ卡中的數(shù)據(jù)做相應(yīng)的處理，使其想溫濕度值轉(zhuǎn)換，然后通過顯示器將相應(yīng)圖線呈現(xiàn)出來，最后存入硬盤，另外還需要對用戶所輸?shù)脑O(shè)定溫濕度值進行接收，控制信號也由此生成。

3 硬件模塊設(shè)計

3.1 溫濕度信號的捕獲

捕獲溫度信號還是需要用到相應(yīng)電路和硅單晶材質(zhì)的傳感器，使溫度向電壓信號轉(zhuǎn)換。另外，捕獲濕度信號，則需要用到相應(yīng)電路和UD-08型號的傳感器，以實現(xiàn)濕度向電壓信號的轉(zhuǎn)換。

3.2 控制電路設(shè)計

12VDC利用最為常見的繼電器實施對風(fēng)扇工作電壓的控制；加濕器和電吹風(fēng)都在220VAC電壓下運行，分別利用兩個固態(tài)的繼電器對加濕器和電吹風(fēng)實施控制。

系統(tǒng)所采用的DAQ卡是由美國NI公司自主研發(fā)的PCI-6251，這一款DAQ卡是通用的，可以將其直接插入到微型計算機PCI總線的接口。

為了提高數(shù)字IO通道和DAQ卡的安全性，可以利用三級管實施對繼電器的驅(qū)動。Port端口接DAQ采集卡數(shù)字IO通道中的輸出端，R2和R0對Port中流過的電流進行控制，最好不超過3mA，R1電阻為200Ω，這樣常見的繼電器電壓會受到限制，最多不超過5v。

4 軟件設(shè)計

4.1 軟件工作原理描述

系統(tǒng)核心就在于對軟件模塊的設(shè)計，軟件也就是儀器虛擬技術(shù)。儀器的功能軟件創(chuàng)建是通過LabVIEW編程軟件實現(xiàn)的。

設(shè)計系統(tǒng)軟件的核心思想是：通過DAQ采集卡所特指的通道，系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進行讀取，在完成相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后，再將數(shù)據(jù)儲存，并利用前面板呈現(xiàn)出來，控制信號也由此生成，并傳送至輸出通道。這個過程中各個節(jié)點的驅(qū)動執(zhí)行是由數(shù)據(jù)流實現(xiàn)的，由此可知，只有前面的節(jié)點成功傳輸相應(yīng)數(shù)據(jù)后，之后的節(jié)點才可以開始執(zhí)行。

所以，可以按照功能的實現(xiàn)，將系統(tǒng)劃分成若干模塊，然后分別對虛儀器進行創(chuàng)建，再把這些模塊當(dāng)作子VI，從最新建立的VI中把它們調(diào)用出來，由此組成整個系統(tǒng)。

4.2 濾波設(shè)計

在采集溫濕度信號的過程中，由于脈沖會對其有所干擾，因此程序中需要判斷溫濕度原始信號的輸入，一旦發(fā)現(xiàn)干擾過甚，就必須按照一定的算法對脈沖做相應(yīng)的處理，不然輸入信息就會被直接輸入進去。

放電、爆炸是造成脈沖干擾的主要原因。而脈沖干擾產(chǎn)生在本系統(tǒng)中也是電路短路，或者不完善的A/D轉(zhuǎn)換硬件和軟件帶來的壞值采樣造成的。由時域波形帶來的窄脈沖就是其的主要表現(xiàn)。

在對脈沖干擾進行判斷時，本系統(tǒng)可以采取以下方法：先通過實驗對一閾值M進行確定，然后將當(dāng)下信號輸入值X與前面一個值Y（采樣點）相減，取二者差的絕對值，如果發(fā)現(xiàn)絕對值比M值小，就需要直接輸出X，不然便將S定作脈沖干擾。

脈沖干擾的處理方式有很多種，由于本系統(tǒng)中存在著連續(xù)變化的溫濕度，但變化力度偏小，因此也就可以用前面的采樣值來替代干擾值X，通過這種方法能夠降低脈沖的干擾，但實際操作中仍然存在一些問題。

4.3 控制設(shè)計

子VI控制字是當(dāng)下設(shè)定值與溫濕度值相互比較后所生成的，再利用程序開發(fā)軟件LabVIEW中帶有的子儀器推動控制字在數(shù)字I/O通道的輔助下輸出。

溫度的算法思想主要是：如果設(shè)定溫度比當(dāng)下溫度?。ù螅贗/O通道的特定位置寫上“1”，在接通了繼電器后，風(fēng)扇開始啟動，溫度逐漸降低（上升），為了防止繼電器出現(xiàn)反復(fù)動作，在當(dāng)前溫度與設(shè)定溫度相減后的值的絕對值比其中一個設(shè)定值小時。在I/O通道特定位置寫上“0”，這個時候關(guān)閉繼電器，風(fēng)扇停止，而溫度值也就保持在一定范圍內(nèi)。控制濕度的方法與溫度相同。

4.4 數(shù)據(jù)存儲設(shè)計

儲存數(shù)據(jù)利用的是程序開發(fā)軟件LabVIEW所帶有的write characters to file模塊，溫濕度值經(jīng)過處理后，用相應(yīng)的電子表格將其存入進去。

5 結(jié)束語

綜上所述，虛擬儀器技術(shù)通過對性能較高的模塊硬件的利用，再結(jié)合靈活、高效的軟件來實現(xiàn)自動化應(yīng)用以及各種測量和測試等。這樣的軟件所創(chuàng)建的用戶界面是自定義的，同時硬件所提供的系統(tǒng)集成也就全方位的。在研制該系統(tǒng)的過程中，虛擬儀器開發(fā)時間短、性能高的優(yōu)勢被充分突顯了出來，這為之后擴展系統(tǒng)奠定了堅實的基礎(chǔ)。