自記式溫濕度計(jì)中溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
自記式溫濕度計(jì)，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和畜牧業(yè)養(yǎng)殖中應(yīng)用非常的廣泛，該儀器可以非常快速的測(cè)量出來環(huán)境中的溫濕度，并且進(jìn)行及時(shí)的調(diào)整環(huán)境，以至于給農(nóng)作物或者是牲畜創(chuàng)造出最佳的成長(zhǎng)環(huán)境，自記式溫濕度計(jì)為什么可以這么精確的進(jìn)行測(cè)量呢？原因在其內(nèi)部比較完美的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，下面為大家?guī)?STRONG>自記式溫濕度計(jì)中溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介。
1 概述
溫度和濕度是工業(yè)生產(chǎn)中的兩個(gè)重要環(huán)境參數(shù)，直接影響到生產(chǎn)效率，因此有必要對(duì)其進(jìn)行適時(shí)的檢測(cè)以及控制，所以設(shè)計(jì)出一個(gè)簡(jiǎn)單方便的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)具有十分重要的意義。
本文基于LabVIEW軟件設(shè)計(jì)出可以采集1路溫度和1路濕度信號(hào)的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，具有溫濕度數(shù)據(jù)顯示、波形顯示、溫濕度超限報(bào)警以及數(shù)據(jù)保存的功能，并且操作簡(jiǎn)單。
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用溫濕度傳感器，將試驗(yàn)所采集到的溫度和濕度，經(jīng)過變換，轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)送入數(shù)據(jù)采集 卡中，再經(jīng)USB 總線接入計(jì)算機(jī)中，在計(jì)算機(jī)軟件的支持下，完成自動(dòng)采集、自動(dòng)處理等功能。
溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的儀器構(gòu)成主要有傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、采集卡、計(jì)算機(jī)4部分。
傳感器將待測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，然后由采集卡實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)采集、濕度實(shí)時(shí)采集，并將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)采集卡通過USB總線與計(jì)算機(jī)連接，USB通用串行總線是一種新的PC機(jī)互連協(xié)議，具有總線供電、低成本、即插即用、熱插拔、方便快捷等特點(diǎn)。目前在通用計(jì)算機(jī)上普遍配置了USB接口，基于USB總線技術(shù)構(gòu)建虛擬儀器是一種非常理想的方案。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在LabVIEW平臺(tái)上經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度檢測(cè)子程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)在前面板實(shí)時(shí)輸出溫度、濕度控制曲線。監(jiān)測(cè)人員通過在程序框圖中對(duì)溫度、濕度進(jìn)行設(shè)定，當(dāng)出現(xiàn)溫度、濕度超出溫濕度的限定范圍時(shí)，軟件發(fā)出報(bào)警信號(hào)來提示監(jiān)測(cè)人員。
系統(tǒng)軟件流程圖如圖2所示。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
3.1 傳感器的選擇
傳感器選擇的是壁掛型溫濕度變送器。該傳感器性能可靠，使用壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度快。
打開上蓋，可見到標(biāo)有 1，2，3，4 的接線端子，出廠測(cè)試線顏色默認(rèn)為：
端子 4：紅色（電源正或兩線制溫度供電正）
端子3：黃色（溫度輸出）
端子2：藍(lán)色（濕度輸出）
端子1：黑色（地或兩線制濕度供電正）
在圖3的傳感器接線圖中 A，B 為顯示儀表，執(zhí)行器或采集卡，A 路對(duì)應(yīng)濕度輸出，B路對(duì)應(yīng)溫度輸出。
3.2 數(shù)據(jù)采集卡的選擇
數(shù)據(jù)采集卡選擇的是 NI 公司生產(chǎn)的USB6221，NI USB-6221 是一款 USB 高性能M系列多功能 DAQ 模塊，在高采樣率下也能保持高精度。
3.3 穩(wěn)壓電源的選擇
穩(wěn)壓電源選擇的是 HH1735C2 的直流穩(wěn)壓電源，它的電壓調(diào)節(jié)范圍為 0~30V，電流調(diào)節(jié)范圍為 0~5A，雙路數(shù)字顯示，可以選擇恒壓或恒流模式。
3.4 調(diào)理電路設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是調(diào)理電路的設(shè)計(jì)，調(diào)理電路如圖4所示。其中，R1和R2是采樣電阻，把傳感器的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，而R3和R4是濾波電阻，分別與C1 和C2構(gòu)成低通濾波電路。通過式(1)截止頻率的計(jì)算公式，
計(jì)算出該低通濾波器的截止頻率為31.2Hz，可以有效濾掉50Hz的工頻干擾。
兩路信號(hào)經(jīng)過調(diào)理之后，采取差分方式接入數(shù)據(jù)采集卡，可以有效抑制共模干擾。數(shù)據(jù)采集卡就是把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備，其核心是 A/D 芯片，數(shù)據(jù)采集卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5 所示。由兩個(gè)多路程序控制開關(guān)來控制哪兩個(gè)通道接入信號(hào)，兩路信號(hào)采用差分方式接入運(yùn)算放大器，然后經(jīng)由運(yùn)算放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，接著送入計(jì)算機(jī)中。
信號(hào)送入計(jì)算機(jī)后，還必須設(shè)置、配置及調(diào)試硬件。過去，配置及調(diào)試硬件的過程要占據(jù)相當(dāng)長(zhǎng)的開發(fā)時(shí)間。在推出NI-DAQ后，整個(gè)應(yīng)溫濕度測(cè)量面板，采集界面是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，如圖5所示。前面板有一個(gè)選項(xiàng)卡控件，使得操作人員可以在溫度顯示面板與濕度顯示面板之間進(jìn)行自由切換，以便于觀察分析。此外，前面板由傳感器量程以及對(duì)應(yīng)的電壓設(shè)置模塊、溫濕度數(shù)字顯示模塊、溫濕度波形顯示以及溫濕度歷史數(shù)據(jù)顯示模塊組成。當(dāng)操作人員選擇任務(wù)通道后，可以通過上下箭頭手動(dòng)設(shè)置傳感器量程的上下限以及傳感器量程上下限所對(duì)應(yīng)的電壓，或者直接輸入數(shù)字，點(diǎn)擊運(yùn)行，程序會(huì)自動(dòng)給出一條溫度與電壓之間的對(duì)應(yīng)曲線。根據(jù)這條曲線關(guān)系，程序會(huì)把數(shù)據(jù)采集卡輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成溫度信號(hào)，此時(shí)，數(shù)字顯示和圖形顯示就會(huì)顯示出當(dāng)前所檢測(cè)到的溫度數(shù)值。在程序中，操作人員可以設(shè)定相應(yīng)的溫濕度報(bào)警范圍，當(dāng)所測(cè)得溫度或濕度高于設(shè)定的上限值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，高溫或高濕信號(hào)燈會(huì)亮起。
后面板的設(shè)計(jì)如圖6所示，由于本設(shè)計(jì)有1 路溫度輸入1路濕度輸入，總共有2路信號(hào)輸入，所以需要兩個(gè)端口。由于有兩個(gè)端口，兩路信號(hào)的輸入需要經(jīng)過索引數(shù)組，然后分別經(jīng)過兩個(gè)標(biāo)度變換程序，將電壓信號(hào)分別轉(zhuǎn)換為溫濕度信號(hào)。接著再把溫濕度信號(hào)分別送入數(shù)值顯示以及波形顯示控件，以便進(jìn)行溫濕度的實(shí)時(shí)顯示。
顯示溫濕度歷史數(shù)據(jù)的程序框圖如圖7所示，這里利用的是免費(fèi)數(shù)據(jù)庫(kù)工具包 LabSQL實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。這是一種基于ADO技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問方式，通過調(diào)用已封裝好的子VI，可以方便的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問。ADO是Mi－crosoft 提出的應(yīng)用程序接口（API）用以實(shí)現(xiàn)訪問關(guān)系或非關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。ADO 是對(duì)當(dāng)前微軟所支持的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作的最有效和最簡(jiǎn)單直接的方法，它是一種功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問編程模式，從而使得大部分?jǐn)?shù)據(jù)源可編程的屬性得以直接擴(kuò)展到你的Active Server頁(yè)面上。
程序中選用的是微軟公司的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，Microsoft Access 是一種關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)，關(guān)系式數(shù)據(jù)庫(kù)由一系列表組成，表又由一系列行和列組成，每一行是一個(gè)記錄，每一列是一個(gè)字段，每個(gè)字段有一個(gè)字段名，字段名在一個(gè)表中不能重復(fù)。Access數(shù)據(jù)庫(kù)以文件形式保存，文件的擴(kuò)展名是MDB。在程序中，我們?cè)跀?shù)據(jù)庫(kù)“si”中建立了一個(gè)名為“ziliao”的表，將實(shí)時(shí)測(cè)得的時(shí)間、溫度以及濕度的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，這樣以便以后查看。
4 結(jié)論
本文利用數(shù)據(jù)采集卡對(duì)溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并通過LabVIEW進(jìn)行上位機(jī)的編程控制。利用LabVIEW的特點(diǎn)，對(duì)以往的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，從而實(shí)現(xiàn)了溫濕度數(shù)據(jù)顯示、波形顯示以及歷史數(shù)據(jù)的顯示的功能，并且實(shí)現(xiàn)了高溫/濕報(bào)警。有著良好的人機(jī)交互性，并具有操作簡(jiǎn)單，可視性好的特點(diǎn)。
