基于LabVIEW的可報警溫度計設(shè)計與仿真

蔡新梅

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基于LabVIEW的可報警溫度計設(shè)計與仿真

蔡新梅

（遼寧省葫蘆島市渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島125005）

在工業(yè)環(huán)境中，很多情況下需要對溫度信號進(jìn)行采集，本設(shè)計是基于labview仿真的溫度計，目的是實現(xiàn)使用虛擬儀器及相應(yīng)設(shè)備完成測量現(xiàn)實環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)，達(dá)到溫度顯示、溫度報警的功能。通過數(shù)據(jù)采集卡得到溫度的模擬數(shù)據(jù)，在將此數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸線傳入計算機(jī)，在計算機(jī)中通過設(shè)計的程序完成溫度數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示及記錄。

Labview 溫度計 報警電路 虛擬仿真

0 引言

在一些工業(yè)環(huán)境中，需要對溫度進(jìn)行控制，本文利用labview軟件設(shè)計溫度采集可視化界面，采用NI-ELVIS數(shù)據(jù)采集板采集溫度數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度顯示，及溫度超范圍報警，本設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，可以采取多個數(shù)據(jù)點，在船舶企業(yè)、化工企業(yè)等需要溫度控制的領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。

1 溫度計硬件電路設(shè)計

1.1 電路原理

本電路采用的熱敏電阻103AT，對環(huán)境溫度進(jìn)行采集，并顯示，如果環(huán)境溫度超出預(yù)設(shè)范圍則報警。

1)電源模塊

如圖2所示V1與V2為整個電路提供電能，本電路所用到的集成運算放大器為LM358，芯片采用直流15 V供電，因此直流供電模塊設(shè)計如圖2所示。

2)濾波穩(wěn)壓模塊

濾波穩(wěn)壓模塊主要由TL431BCD為主的穩(wěn)壓電路向電路提供約為2.5 V的直流電壓，此電路中加入電容C1對電源進(jìn)行濾波，經(jīng)過R1分壓后的電壓加到穩(wěn)壓芯片上，穩(wěn)壓芯片輸出電壓為2.5 V。

3)溫度采集及變換電路

如圖4所示電流經(jīng)過濾波穩(wěn)壓模塊分別有R2與R3兩條路徑。

R3路徑：電壓經(jīng)過R3由R4分壓導(dǎo)致流向U1A的電流電壓為1V，經(jīng)過U1A的跟隨特性，使得U1A輸出為1V（如圖5）。然后該1V電壓連接到熱敏電阻R5（103AT熱敏電阻，電阻在不同溫度下存在一定誤差，不過0/50/100攝氏度時較為準(zhǔn)確）由于熱敏電阻的特性，溫度越高阻值越低的原理，使熱敏電阻上的分壓隨溫度產(chǎn)生變化，而傳遞到U2B的電壓是分在R16電阻上的電壓。U2B的作用為使電壓穩(wěn)定，經(jīng)過R2B傳遞與溫度有函數(shù)關(guān)系的電壓到達(dá)U1B的正輸入端。

圖1可報警溫度計整體電路

圖2電源模塊

圖3濾波穩(wěn)壓模塊

R2路徑：電壓經(jīng)過R2，由R7分壓產(chǎn)生一個抵消電壓，（抵消電壓的作用：將熱敏電阻的零溫度時，阻值所產(chǎn)生的電壓抵消，從而使模擬零溫度電壓時最終輸出電壓沒有誤差。當(dāng)然不會影響后續(xù)不同溫度情況下的輸出）流向U1B的負(fù)輸入端。流向U1B的兩路電壓在U1B進(jìn)行減法運算，然后將結(jié)果輸出到下一級在U2A進(jìn)行放大處理，以達(dá)成相應(yīng)的理想電壓值。

圖4溫度采集及變換電路

圖5萬用表2（XMM2）

4)報警電路

在報警電路中使用的是同款的LM358P來完成比較功能，當(dāng)溫度高于報警溫度，就會產(chǎn)生高于報警電壓的電壓，LM358P將正輸入的電壓與5 V比較，如果溫度高于報警溫度，LM358P就會輸出正電壓否則輸出負(fù)電壓，輸出的電壓經(jīng)過D1的作用只能經(jīng)過正電壓從而點亮LED1燈。

圖6報警電路

1.2 利用multisim對電路進(jìn)行仿真

圖7 0℃時各處電壓值

（通道A為 U2B輸入電壓、通道B 為U1B輸出電壓、通道C為 U2A輸出電壓、通道D為U3A輸出電壓）

圖8 50℃時各處電壓

當(dāng)把熱敏電阻調(diào)到0攝氏度對應(yīng)的阻值時，對電路進(jìn)行仿真，輸出電壓為0.002615V可近似為0，LED1燈不亮；

當(dāng)把熱敏電阻調(diào)到大于50攝氏度對應(yīng)的阻值時，對電路進(jìn)行仿真，輸出電壓為5.078V，LED1燈被點亮，電路進(jìn)行報警。

2 利用labview進(jìn)行可視化界面設(shè)計及仿真

本設(shè)計的設(shè)計思想是把硬件電路輸出電壓值為信號，用采集卡將溫度信號利用軟件顯示出對應(yīng)的溫度值，同時有擁有報警指示、最長工作時間設(shè)定與工作時間顯示。可視化界面與程序如圖9、圖10所示。

圖9前面板

搭接好硬件電路后對其進(jìn)行仿真，如圖11所示。

當(dāng)溫度小于50℃時，電路不報警，報警燈為綠色，如圖12所示，當(dāng)溫度大于50℃時，電路發(fā)出報警，報警燈為紅色，如圖13所示。

圖10 后面板

圖11溫度采集仿真波形

圖12溫度小于50℃時的報警燈狀態(tài)

圖13溫度大于50℃的報警燈狀態(tài)

3 結(jié)論

本設(shè)計是基于美國NI公司的數(shù)據(jù)采集卡NI-EVILS設(shè)備，利用Labview軟件進(jìn)行可視化編輯，信號精度高，這個軟硬件結(jié)合的設(shè)計可以完成溫度采集的任務(wù)，并且還可以實現(xiàn)報警預(yù)設(shè)等功能。

[1] 呂井勇, 孫勝春, 董興泰. 基于NI ELVIS的串聯(lián)諧振電路實驗設(shè)計[J].實驗室研究與探索, 2014(02).

[2] 原騰飛, 文偉. 基于Labview數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)誤差校準(zhǔn)的設(shè)計[J].船電技術(shù), 2017(1)

[3] 楊樂平. Lab VIEW程序設(shè)計與應(yīng)用[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2001.

[4] 梁忠仔, 黃丹羽等. 虛擬儀器技術(shù)綜述. 中國計量, 2004: 4-5.

[5] 徐晴，孫杰. 基于LabVIEW的振動測試數(shù)據(jù)采集分析軟件平臺設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 國外電子測量技術(shù), 2017(7).

Design and Simulation of Alarming Thermometer Based on LabVIEW

Cai Xinmei

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao 125005, Liaoning, China)

A

1003-4862（2017）11-0070-04

2017-09-22

蔡新梅（1979-），女，，副教授。研究方向：電子與通信技術(shù)的教學(xué)與研究。