基于虛擬儀器的多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

郭昊坤，姜雯婧，須小潔

（1.江陰職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 江陰214405；2.江蘇省江陰高級(jí)中學(xué)，江蘇 江陰214400）

1 引言

溫度控制技術(shù)是一種重要的工業(yè)技術(shù)，在各大工業(yè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用，工業(yè)中經(jīng)常需要收集并分析處理一些重要的現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)。因此，如何進(jìn)行溫度的監(jiān)測(cè)處理在工業(yè)中較為重要，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，多路溫度控制系統(tǒng)逐漸成為應(yīng)用趨勢(shì)，有必要對(duì)其進(jìn)行研究，本文將設(shè)計(jì)一種基于虛擬儀器的多路溫度控制系統(tǒng)。

與其他的控溫系統(tǒng)不同，虛擬儀器作為一個(gè)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)平臺(tái)而發(fā)展起來(lái)的儀器測(cè)量技術(shù),將計(jì)算機(jī)作為儀器的硬件平臺(tái),借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,將儀器專業(yè)的功能和操作面板在計(jì)算機(jī)的界面實(shí)現(xiàn)，使用起來(lái)非常方便，能有效的降低人力物力以及開(kāi)發(fā)的時(shí)間。且使用者還可以根據(jù)實(shí)際自身的情況，添加其他的測(cè)試功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)更多的需求[1]。

2 整體方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一種多路溫度控制系統(tǒng)，可采用多種方式，如：采用單片機(jī)構(gòu)成多路溫度控制設(shè)計(jì)、采用DS18B20及PID控制構(gòu)成溫度控制設(shè)計(jì)、采用虛擬儀器構(gòu)成多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。其中，利用虛擬儀器作為主核心的多路溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，溫度控制的人機(jī)界面不僅操作方便，并且在很大程度上能夠有效的減少人力物力，因此在此次的設(shè)計(jì)中，采用虛擬儀器來(lái)做溫度控制系統(tǒng)。

系統(tǒng)控制方案流程圖如圖1所示，開(kāi)始將收集到的溫度信號(hào)由溫度表以及波形圖中顯示出來(lái)，再根據(jù)設(shè)定好的溫度上限值與溫度的下限值進(jìn)行比較，假設(shè)此系統(tǒng)中設(shè)定的溫度上限值為200℃，溫度下限值為50℃，故而當(dāng)收集到的溫度超過(guò)200℃時(shí)，報(bào)警燈就會(huì)亮起來(lái)，同理，當(dāng)溫度低于50℃時(shí)，報(bào)警燈也會(huì)亮起來(lái)，根據(jù)報(bào)警燈的指示，能更有效地觀測(cè)到通道的溫度情況。

圖1 系統(tǒng)方案流程圖

3 面板設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的控制前面板，如圖2、圖3所示，在前面板鼠標(biāo)右擊打開(kāi)選擇控件的面板，在數(shù)值中選擇旋鈕按鍵作為溫度的上限值與下限值，在布爾中選擇垂直搖桿開(kāi)關(guān)作為系統(tǒng)的總開(kāi)關(guān)，再選擇六個(gè)垂直搖桿開(kāi)關(guān)作為單個(gè)通道控制溫度的開(kāi)關(guān)，選擇數(shù)值中的溫度計(jì)來(lái)顯示接收到的溫度，再選擇數(shù)值中的數(shù)值顯示控件能更加精確的讀出溫度計(jì)的度數(shù)，接著選擇布爾中的圓形指示燈來(lái)作為溫度突破上限值或者低于下限值時(shí)的報(bào)警燈，最后選擇圖形中的波形圖來(lái)顯示收集到的溫度值的波形圖。

圖2 系統(tǒng)前面板布局1

圖3 系統(tǒng)前面板布局2

如圖2所示，在此前面板中，包含了溫度上/下限值旋鈕、溫度計(jì)顯示圖、報(bào)警燈及通道等模塊，可以分別實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能，如通過(guò)調(diào)節(jié)溫度上/下限值旋鈕可以自由選擇溫度上/下限等，使用簡(jiǎn)單方便。

4 程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)程序框圖如圖4所示，主要是利用隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的溫度值再根據(jù)相連的溫度值，溫度計(jì)，溫度變化波形圖顯示到溫度計(jì)與波形圖中，利用旋鈕設(shè)置溫度的上限值與下限值，當(dāng)收集到的溫度通過(guò)這個(gè)先前設(shè)定好的上下限值時(shí)，根據(jù)判斷是否超過(guò)上限值或者是否低于下限值，當(dāng)溫度超過(guò)上限值時(shí)，此通道的報(bào)警燈就會(huì)亮起，同樣，當(dāng)溫度低于下限值時(shí)，報(bào)警燈也會(huì)亮起，每個(gè)通道都設(shè)置了一個(gè)通道開(kāi)關(guān)，從而能控制單通道的溫度并了解單通道的溫度狀況每一個(gè)程序都包含while循環(huán)結(jié)構(gòu)，從而能夠達(dá)到反復(fù)收集溫度進(jìn)行顯示與分析處理。總程序由while循環(huán)，條件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)此程序能夠達(dá)到對(duì)溫度不斷地采集并進(jìn)行分析是否超限值。

圖4 系統(tǒng)程序框圖

5 仿真調(diào)試

隨機(jī)模擬多路溫度，按下前面板的連續(xù)運(yùn)行按鈕，按照此系統(tǒng)的設(shè)定來(lái)設(shè)定溫度的上限值為200℃，溫度下限值為50℃，打開(kāi)總開(kāi)關(guān)按鈕，得到如圖5所示的仿真結(jié)果（波形結(jié)果即為圖3）。

圖5 仿真調(diào)試圖

如圖所示，模擬產(chǎn)生的溫度信號(hào)在溫度計(jì)中以及數(shù)值顯示控件有明顯的數(shù)值，在波形圖表中有溫度也有明顯的變化，而此時(shí)系統(tǒng)中通道一中收集到的模擬溫度的溫度值為38.2℃，低于了溫度的下限值50℃，因此通道一中的報(bào)警燈就亮了，而通道三中的溫度值超過(guò)了溫度的上限值，因此通道三的報(bào)警燈也亮起來(lái)了。

6 結(jié)語(yǔ)

與其他的控溫系統(tǒng)不同，虛擬儀器作為一個(gè)基于計(jì)算機(jī)技術(shù)平臺(tái)而發(fā)展起來(lái)的儀器測(cè)量技術(shù),將計(jì)算機(jī)作為儀器的硬件平臺(tái),借助計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力,將儀器專業(yè)的功能和操作面板在計(jì)算機(jī)的界面實(shí)現(xiàn)，使用起來(lái)非常方便，能有效的降低人力物力以及開(kāi)發(fā)的時(shí)間。本文設(shè)計(jì)了一種基于虛擬儀器的多路溫度控制系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)計(jì)了其面板顯示及程序，通過(guò)仿真調(diào)試，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)正確有效。