基于LabVIEW的八路智能溫度巡檢儀

隋秀梅，于 杰，李春玉

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春 130033）

基于LabVIEW的八路智能溫度巡檢儀

隋秀梅，于 杰，李春玉

（長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長春 130033）

0 引言

溫度是一個(gè)非常重要的物理量，直接影響到燃燒、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形、結(jié)晶以及空氣流動(dòng)等物理和化學(xué)過程。溫度控制失誤就可能引起生產(chǎn)安全、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品產(chǎn)量等一系列問題。因此對(duì)溫度的檢測的意義越來越大。溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究和人們的生活領(lǐng)域中，得到了廣泛應(yīng)用。特別是在工業(yè)生產(chǎn)過程中，很多時(shí)候都需要對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)控，以使得生產(chǎn)能夠順利的進(jìn)行，產(chǎn)品的質(zhì)量能夠得到充分的保證。

目前，我國廣泛使用基于單片機(jī)的溫度采集系統(tǒng)。隨著美國國家儀器公司的圖形化編程軟件系統(tǒng)LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡的出現(xiàn)，多路測量與輸出控制得到了廣泛的應(yīng)用，在一定的硬件條件下，優(yōu)化程序進(jìn)一步提高系統(tǒng)測控性能，使溫度巡檢儀更加具有高性能的數(shù)據(jù)采集與控制能力。

1 總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，儀器系統(tǒng)通過前端感溫元件，將被測對(duì)象的溫度轉(zhuǎn)換為電阻信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，再進(jìn)行功率放大、濾波、量程調(diào)節(jié)、零點(diǎn)調(diào)節(jié)等處理后，變換為可被數(shù)據(jù)采集卡利用的0～10V電壓信號(hào)。在數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)總線，在PC機(jī)內(nèi)利用虛擬儀器軟件對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理。

圖1 溫度巡檢儀結(jié)構(gòu)框圖

溫度傳感器選用PT100鉑電阻，數(shù)據(jù)采集卡采用PCI2003，數(shù)據(jù)處理軟件采用LabVIEW。

2 測溫電路

溫度傳感器采用PT100鉑電阻，為了提高采樣精度，采用三線制聯(lián)接，測量電路如圖2所示。

可調(diào)電阻R3起到電路調(diào)零的作用，可調(diào)電阻R6起到調(diào)量程的作用，其輸出電壓后經(jīng)LM324N運(yùn)算放大器兩次放大，調(diào)理成0～10V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，送入PCI2003數(shù)據(jù)采集卡，輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部。

PT100的電阻—溫度關(guān)系的線性度好，在-200～650℃溫度范圍內(nèi)，線性度非常接近直線。鉑電阻的阻值與溫度的關(guān)系可以近似用下式表示：

在0～650℃范圍內(nèi)：

在－190～0℃范圍內(nèi)：

式中A、B、C 為常數(shù)，A＝3.96847×10－3，B＝－5.847×10－7，C＝－4.22×10－12

圖2 測溫電路原理圖

對(duì)溫度與電路的輸出電壓的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，將所測得的溫度與電壓的數(shù)據(jù)，采用MATLAB軟件，進(jìn)行線性擬合，得到如下關(guān)系； t＝10U＋2.149

圖3 溫度與電壓關(guān)系曲線

3 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測試平臺(tái)的測量軟硬件產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集卡采用PCI2003，數(shù)據(jù)處理軟件采用LabVIEW。PCI2003卡是一種基于PCI總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插IBM-PC/AT或與之兼容的計(jì)算機(jī)內(nèi)的任一PCI插槽中，選擇的輸入電壓信號(hào)的范圍0～10V，12位A/D轉(zhuǎn)換器，采樣率可達(dá)100kHz，具有16通道單端模擬輸入或8路雙端模擬輸入。

LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），包括前面板（Front Panel）、流程圖（Block Diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器（Icon/Connector）三部分。LabVIEW應(yīng)用程序通過PCI2003以非空查詢方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的程序流程如圖4所示。

圖4 非空查詢方式AD采集實(shí)現(xiàn)過程

本設(shè)計(jì)為八路巡檢儀，采用八個(gè)通道，即首通道為0，末通道為7，并且將采樣的頻率，硬件增益及觸發(fā)方式一并通過數(shù)組函數(shù)PADA_AD輸入至InitDeviceProAD函數(shù)進(jìn)行AD部件的初始化，用于設(shè)定設(shè)備硬件參數(shù)值。

設(shè)定讀入字節(jié)數(shù)，將其與用戶緩沖區(qū)一并通過初始化數(shù)組函數(shù)讀入至ReadDeviceProAD_NotEmpty函數(shù)中，將此函數(shù)輸出值進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，即將從設(shè)備上讀入的16位AD原碼數(shù)據(jù)變量Lsb的最高4位屏蔽后，再根據(jù)電壓量程范圍為0～10V,進(jìn)行標(biāo)度變換，得到轉(zhuǎn)換電壓毫伏值Volt，對(duì)應(yīng)的變換公式為Volt＝Lsb * （10000/4096）。

八路信號(hào)的循環(huán)采樣程序如圖5所示。

圖5 循環(huán)采集程序

在程序中，還實(shí)現(xiàn)了八路溫度數(shù)據(jù)的存盤和歷史測溫?cái)?shù)據(jù)的查詢等管理功能。

4 實(shí)驗(yàn)

將PT100放入水浴箱中，通過控制器改變溫度，采用設(shè)計(jì)的八路智能溫度巡檢儀進(jìn)行溫度檢測實(shí)驗(yàn)，得到水溫變化的曲線，如圖6所示。

圖6 智能溫度巡檢儀測溫實(shí)驗(yàn)

5 結(jié)論

將虛擬儀器技術(shù)與溫度測量相結(jié)合，設(shè)計(jì)的八路智能溫度巡檢儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫度的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)保存和查詢的功能，軟件運(yùn)行穩(wěn)定，界面友好。

[1]楊剛, 黎冠文. 基于LabVIEW的太陽能電池溫度采集和數(shù)據(jù)保存系統(tǒng)[J].中國科技信息2008, 9.

[2]龔一光, 楊家成. 一種實(shí)用的鉑熱電阻溫度巡檢儀[J], 成都?xì)庀髮W(xué)院學(xué)報(bào), 2002, 2.

[3]孫秋野. LabVIEW8.5快速入門與提高[M].西安交通大學(xué)出版社, 2009.

[4]孫春龍. 基于LabVIEW多通道數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)開發(fā)[D]. 武漢大學(xué), 2004.

[5]張福學(xué). 傳感器應(yīng)用及其電路精選[M]. 電子工業(yè)出版社, 1992.

[6]樂嘉華. 溫度檢測技術(shù)的現(xiàn)狀與未來[M].煉油化工自動(dòng)化, 1995.

[7]林君. 虛擬儀器原理與應(yīng)用[M]. 北京科學(xué)出版社, 2006.

[8]黃河, 李志強(qiáng), 段輝. 鉑熱電阻在測溫電路中的實(shí)際應(yīng)用[J].煤炭技術(shù), 2009, 4.

[9]D. Linzen,LabVIEW-Based Universal Battery Monitoring and Management System[D]. America’s national publishing, 2003.

[10]Pamela M.Franklin,LabView-Based rapid flight control development of autonomous micro air vehicles[J].Chemosphere, 2001, 42: 861-872.

LabVIEW based on an eight-channel temperature measuring instrument

SUI Xiu-mei, YU Jie, LI Chun-yu

本文設(shè)計(jì)了八路智能溫度巡檢儀。選用PT100鉑電阻作為溫度傳感器，采用PCI2003數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。借助于LabVIEW強(qiáng)大的軟件支持，開發(fā)了運(yùn)行穩(wěn)定而且界面友好的測控系統(tǒng)，完成八路智能溫度巡檢、顯示、存儲(chǔ)和檢索，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各測試點(diǎn)溫度的集中管理。

溫度檢測；PT100；溫度傳感器；數(shù)據(jù)采集；LabVIEW

隋秀梅（1965－），女，吉林長春人，副教授，工學(xué)學(xué)士，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)領(lǐng)域教育教學(xué)研究與改革。

TP212

A

1009-0134(2011)4(下)-0065-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).19

2010-12-09