基于LabVIEW的溫度測控系統設計

辛建官 江西工業貿易職業技術學院 王文軍 聶何婷 江西水利職業學院

傳統的溫度測控系統的功能和規格具有固定性，一般都由廠家進行定義和設置，不可隨意更改，難以適應當今時代對溫度測控系統的要求。隨著互聯網和計算機技術的不斷發展，美國相關公司提出了虛擬儀器的概念，使傳統的測控儀器概念得到了改革。虛擬儀器技術能夠打破傳統儀器的諸多限制，非常方便的構建一個測溫系統。本次設計采用LabVIEW為語言開發平臺和設計系統軟件，通過計算機串口和下位機進行串行通訊，達到溫度實時測控的目的。

1 系統硬件設計

1.1 溫度測量電路

溫度測量電路由溫度傳感器、信號調理部分組成，溫度傳感器包括DS18B20及K型熱電偶，DS18B20屬于一款數字式溫度傳感器，其采用1-Wire總接線口，溫度范圍為-65℃～+135℃，精度能夠達到0.067℃，最大轉換時間為210ms。K型熱電偶具有價格便宜、靈敏度高及復現性好的優點，且具有較好的抗氧化性能。因此本次設計采用DS18B20和K型熱電偶，調理電路主要用于濾波、放大信號以滿足A/D轉換器輸入端電氣參數的要求。

1.2 溫度控制電路

圖1為溫度控制電路，其由MOC3402型光電耦合器、BT138-600型雙向晶閘管V12 組成。全周期都能將220V交流電壓加載在熱榜RL上，單片機通過發出脈寬來調制驅動信號，從而經驅動器控制U1狀態。當U1工作后使VU2的控制機處于高電平，且處于導通狀態，使系統保持穩定。

圖1 溫度控制電路

2 系統軟件設計

2.1 上位機軟件設計

（1）數據采集模塊

該模塊實現了電阻爐溫度的測量并將采集到的數據全部存儲到數據表中。數據采集功能是該軟件的重要功能之一，該模塊為其他模塊的數據處理和圖形控制提供了基礎保障。該模塊可以使LabVIEW顯示實際的信號波形。由于該模塊在采集實測信號時會得到一組離散信號值，因此利用圖形采集控件可以在顯示器上進行顯示和連線，從而實現實時顯示被測信號。

（2）數據處理模塊

該模塊主要對數據中的數字濾波，數字濾波是指通過特定的計算機程序處理減低干擾信號，其實際上是一種程序濾波。由于儀器在現場中會受到諸多干擾，因此為了提高儀器性能，減少干擾，就需要在數據處理前進行數字濾波。

（3）數據報警模塊

數據報警模塊主要負責實際溫度超出溫度規定范圍時進行溫度報警，當超溫報警時系統會自動中斷控溫以保證人員設備的安全。超溫報警會以信號燈和報警聲作為報警信號，即當指示燈變紅時報警器開始報警。

（4）數據存取模塊

該模塊主要采用LabVIEW和數據庫接口程序將原始數據放入Access數據庫中進行存儲，后續還可以進行結果查詢和數據分析。要想使LabVIEW對Access數據庫進行訪問需要通過Windows操作系統建立一個數據源，從而才能將采集的原始數據放入里面進行存儲。

（5）PID控制器模塊

該模塊在LabVIEW中主要以兩種方式實現，一是采用其外部接口對其他軟件和編程代碼進行調用；二是利用LabVIEW強大的編程功能進行語言編程。因為LabVIEW提供了MatlabSeript節點，可在MatlabSeript節點中編輯Matlab程序，這種方法既可以使程序結構清洗又可以使系統的運行速度得到提高。可以通過MatlabSeript節點實現增量式PID控制程序。

2.2 下位軟件設計

在此采用AT89S51和C語言編程，AT89S51具有便捷串行通信的功能。通用軟件編程能夠用作異步接收、發送器、移位寄存器等。其幀格式能夠設置各種波特率，并能夠做到靈活使用。在系統初始化時先令AT89S51單片機的定時器工作于定時方式以產生波特率；再令AT89S51單片機串行口工作為定時方式和10位一部通信方式。再令AT89S51單片機的定時器處于定時器模式從而產生制定的控制周期。在中斷程序中將采集的溫度數據傳輸至上位機，上位機通過PID控制算法求出輸出控制量的大小，輸入AT89S51單片機后單片機會輸出控制量，從而實現溫度控制。

3 結束語

采用LabVIEW設計的溫度測控系統能夠在計算機上完成被控溫度的實時信號，同時還能夠在計算機上完成直方圖統計顯示和PID控制，并且能夠將采集的溫度信息進行數據庫式保存，保證信息的安全以備系統的檢閱和分析。經過實驗調試該系統能夠達到相關設計要求，比傳統儀器構建的溫度測控系統更加易于擴展，并具有界面友好和測量精度高的特點。