基于LabVIEW的窖池溫度監測系統

(四川理工學院自動化與信息工程學院 四川 自貢 643000)

基于LabVIEW的窖池溫度監測系統

周曉陽姚毅

(四川理工學院自動化與信息工程學院四川自貢643000)

在濃香型白酒的發酵過程是一個厭氧型微生物發酵的過程，因此傳統的發酵方式在溫度測量時其工序復雜，耗費的人力物力極大。本檢測系統基于LabVIEW與數據采集卡設計了一種新型的窖池測量系統，極大地解放了測量人員的勞動強度。

溫度測量；虛擬儀器；DAQ;發酵過程

我國有數千年的白酒釀造歷史，其中濃香型白酒更是數千年歷史中的瑰寶。濃香型白酒目前使用的是固態發酵，在發酵過程中，溫度對于發酵的影響極為關鍵。溫度較高則容易使糟子發糊發燒，溫度過低則發酵緩慢[1]。因此，設計一款能夠實時采集、保存、指示報警窖池溫度數據的系統對于實際生產具有重大意義。

一、系統硬件結構

系統主要由熱敏電阻、差分放大電路、DAQ卡、PC組成，圖1為系統結構圖。

圖1 系統整體結構圖

(一)溫度傳感器的選擇

在發酵的過程中窖池內溫度保持在15～38℃，因此市面上幾乎所有的傳感器都能滿足這個測溫范圍[2]。但由于窖池內的環境復雜性，因此對于傳感器的耐蝕性和防液體能力較高。本設計使用的溫度傳感器為德國賀利氏AA級PT100鉑熱電阻，其精度達到了±0.10+0.0017∣t∣℃。圖2為溫度在0～49℃時該熱敏電阻的溫度-阻值曲線。

圖2 Pt100在0～49℃的阻值曲線

由賀利氏Pt100在0～49℃的阻值分布表和阻值曲線可看出，該傳感器在0～49℃內的阻值變化時極為線性的，滿足我們對熱敏電阻的要求。

(二)測溫電路

由于傳感器采用了熱敏電阻，我們需要將電阻值轉化為0～5V的電壓信號才能供采集卡采集[3]。故設計了該測溫電路，該電路為反向差分放大電路，放大倍數為150倍。該電路一共兩個作用：1、將電阻變化轉為電壓值輸出，2、將電壓放大到可采集的范圍內以提高精度。

測溫電路設計如圖3所示，先調節VR1，使圖中A點的電壓值u恒定為3.800V。當溫度為0℃時，Pt100的阻值為100Ω，此時，運算放大器兩端差分信號為0，因此輸出為0；當溫度為49℃時，輸出為4.870V。經過放大之后，測量的數據可靠性和精確性將大大增加。

圖3 反向差分放大測溫電路

(三)數據采集卡

本設計采用了江蘇恒瑞鋒測控技術有限公司生產的USB_HRF4626基本版數據采集卡。該采集卡是一種基于USB總線的高速高精度同步數據采集卡，采集精度較高的同時成本較低。該采集卡具有8路16位高精度高速同步AD，可實時采集多路模擬量，并能實時將高速采集的數據保存至設定好的文件夾中。

二、上位機

(一)虛擬儀器VI

LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)程序稱為虛擬儀器程序，簡稱VI，VI包括三部分;前面板、程序框圖和圖標/連接器[4]。

LabVIEW采用圖形化的編程。具有直觀而靈活的圖形化編程界面，使得開發人員的編程工作得以簡化[5]。圖4為典型的虛擬儀器結構方框圖

圖4 典型的虛擬儀器結構方塊圖

同時，LabVIEW設計的程序可以最終生成exe程序，這樣大大方便了程序的移植性。

(二)窖池溫度檢測程序

該上位機的程序流程圖如圖5所示

圖5 溫度檢測程序流程圖

由于經過前端電路而得到的采集卡的數據是電壓信號，因此在此處需設計一個程序，將電壓數據轉為溫度數據，其計算公式如下

(1)

ΔR=R-100

(2)

(3)

其中Δu為數據采集卡采集到的電壓值，單位為V，u為通過反向差分放大電路調節VR1得到的恒壓值，其中u=3.8000V，R為Pt100的實時阻值，ΔR為Pt100從0℃之后溫度上升的過程中的實時阻值與0℃時的阻值之差，R與ΔR的單位都為Ω，T為實時溫度，單位為℃。

通過式(1)(2)(3)，聯合求解可以得到最后的式(4)

(4)

按照式(4)設計的數據轉換程序如圖6所示。

圖6 電壓轉溫度程序

(三)窖池溫度檢測系統前面板

前面板由于面向的使用者為技術人員與現場的工作人員，要求面板的設計簡潔、有效、易識別和讀取。基于這幾個原則，設計了如圖7的檢測系統的前面板。

圖7 窖池溫度檢測系統前面板顯示

三、結語

本文基于LabVIEW與數據采集卡設計了一種性價比高，采集數據精確的窖池溫度測量系統。經現場測量，與實際溫度差距的誤差在±0.03℃，在保證了較好的測量精度的同時盡量地降低了設計和生產成本。

[1]吳衍庸等.濃香型曲酒微生物技術[M].1.成都:四川科學技術出版社,1986:17-21.

[2]時曉，周二干，陳力，滕琳.淺談濃香型酒醅發酵溫度[J].釀酒科技,2012(2):67-69.

[3]唐軍，羅德雄，杜秀君.基于PT100的溫度測量系統設計[J].電子測試,2016(18):29-31+130.

[4]張華，鄭賓，吳曉棟.基于LabVIEW的溫度測試系統[J].電子器件,2013,36(2):243-246.

[5]鄭立君，劉桂禮.基于LabVIEW和多傳感器融合技術的數據中心濕溫度監控系統[J].信號與系統,2015,21(1):34-38.

白酒標準化生產過程實現智能控制應用研究；

周曉陽(1992-)，男，在讀研究生，四川理工學院自動化與信息工程學院，研究方向:智能測試與專家系統。

計劃編號：2015JY0208；