基于LabVIEW的并行测温系统的设计与实现

摘要：随着计算机技术、微电子技术的不断发展进步，现代测控技术趋于智能化、网络化和虚拟化发展。目前环境监测已经是各个行业必需面临解决的问题之一，该文以LabVIEW软件为开发平成对环境参数温度的多点实时并行监测、分析处理、自动快速报警系统的设计与实现。

关键词：虚拟仪器；LabVIEW；多点温度测量；数据采集；软件设计

中图分类号：TP302文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)13-3214-04

Design and Realization of Parallel Temprature Test System Based on LabVIEW

ZHANG Chen

(The Experiment Management Center of Gansu Institute of Political Science and Law, Lanzhou 730070, China)

Abstract: With the continues development and progress of computer technology,microelectroics technology, modern control technology tend to be developing on intelligence, networking and virtualization. At present, the environmental supervision has become the urgent problem that Various industries must confront with.The paper complete multi-ponit real-time monitoring, analysis and processing, automatic speed alarm for environmental parameters temperature, Which the LabVIEW software as developing platform.

Key words: virtual instrument; LabVIEW; multi-point temprature measuring; data ac-quisition; software design

1概述

现代科技迅速发展，计算机技术的发展也日新月异，目前计算机已经是现代工业生产不可或缺的工具，其应用范围越来越广泛。在工业自动化测试、测量领域，传统的方法有许多重复建设，显然已经不能适应时展的需要了。虚拟仪器技术是基于计算机技术发展起来的，从本质上说是一个集成的软硬件概念，它突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，将日益普及的计算机技术与传统的仪器仪表技术结合起来，使用户利用计算机、一组软件和模块化硬件系统就可以实现传统仪器的各种功能[1]，用户可以自定义仪器功能，易于构建，转换灵活。

由美国国家仪器（NI）公司研制开发的labview是一种程序开发环境，采用图形化编辑语言G语言编写程序，产生的程序是框图形式，人机交互界面直观、友好，没有各种各样的语法规则，功能障碍小，生产效率高[2]。广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣[3]。

2硬件系统设计

温度是一个物理量，要进行物理量的监测和记录，首先必须要把被测对象转换成计算机可以处理的数字信号，即获得数据。然后对相应的数据要进行滤波处理、实时显示、控制等一系列设置。最后进行传输并选择数据的实时保存，整体设计方案如图1所示。

图1整体方案

2.1传感器选择

监测温度数据，选择温度传感器是首要任务，目前常用的温度传感器主要有四种类型，由于热电阻温度传感器相对稳定、测量精确，且其线性也比热电偶要好，综合各种因素该系统选择PT100铂丝热电阻温度传感器进行温度测量。PT100的工作范围在-200℃至650℃，稳定性和线性都比较好,完全能够满足常见环境控制要求。

2.2数据采集卡选择

数据采集(DAQ)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统[4]。该设计选用北京阿尔泰USB2810A数据采集卡，它是一种基于USB总线的数据采集卡，可直接插在计算机的USB接口上，在实验室或现场进行数据采集、波形分析和处理系统。USB2810A数据采集卡具有32个物理通道数，测量范围可以在-5V～+5V之间[5]，完全能够满足设计要求，并且与LabVIEW软件开发平全兼容。

3软件系统设计

应用LabVIEW软件进行多点温度的监测和分析是设计的关键，LabVIEW软件近年推出新的功能，可以采用并行方式进行编程，这样保证了采集速率和用户操作互不影响，也就是说可以并行运行两个循环，一个用来数据采集的实时进行，另一个用来响应用户的各类操作。本系统使用这一技术为多任务运行提供了可靠的保证。

3.1数据采集过程设计

USB2810数据采集卡与电脑是通过USB口连接的，因此编程时首先要调用函数读取USB设备输送的数据。在LabVIEW中调用其它文件或者程序是非常方便的，尤其在数据采集方面性能更加优越。采集数据前先要打开硬件设备，也就是创建使用设备的逻辑ID[2]。程序如图2所示。图2启动设备

若采集卡是计算机上连接的第一块则输入为0（从0算起）。此输出为数据采集卡后面的操作做好准备。温度采集属模拟量采集，所以必须对采集通道数、接受数据的用户缓冲区大小、读取AD数据的长度等先要进行设置，即AD设备初始化，为采集进行内存指定并将内存清空，以防数据产生混乱。然后AD采集直接启动，连续读取指定内存中的数据并输出。程序如图3所示。图3连续采集

采集数据结束后，需要根据采集卡的要求，进行量值转换。这块采集卡在采集-5V～+5V电压时，转换公式为

Volt=()图4采集卡数据处理

数据采集完成后工作并未结束，接下来先关闭AD设备，再关闭采集卡，否则采集卡会一直进行AD采集，下次采集时系统提示启动AD失败。

3.2多通道温度监测系统

为了实现对不同点的温度同时进行监测的愿望，这里选择同时采集3个点的温度且同时进行分析显示，也就是说设计了3个通道的采集控制，控制原理是并行实现的。依据模拟量采集原理，首先进行标准化处理采集到的温度数据。然后依据温度传感器的温度电压转换原则，即在0℃时电压为500mV，温度每变化1摄氏度则电压相应变化10mV的转换计算特性进行温度值的计算[4]。然后显示当前采集中的一个值，如图5所示。

图5温度转换

3.2.1温度分析设计

这里设计了温度分析模块对不同时刻不同场所的3个温度进行综合分析，要获得更准确更稳定的信号必须经过一系列的数据处理，这里采用了贝赛尔滤波器对原始信号先进行了过滤[7]，然后显示综合处理数据，处理程序如图6所示。图6滤波及综合分析

经过以上操作处理后，在前面板就可以显示综合分析实时图，如图7所示。图中用3条不同形状不同颜色的曲线来表示3个温度不同状态时的情况。

图7综合分析效果图

3.2.2报警功能

在很多环境场合一旦温度超标会导致不可挽回的损失，而且往往一些恶劣的工作环境并不能做到实时现场值班，该系统为了解决这一问题，进行了报警模块的设计。首先用户要根据工作环境设置报警上限、下限值，然后设计程序实时判断显示的数据，利用LabVIEW提供的强大的函数功能，这里采用了两个大小比较函数，并且把比较结果作与运算，结果为真则表示满足当前环境参数要求，用绿色指示灯显示正常。否则用红色指示灯表示异常环境并报警。程序如图8所示。

图8报警程序

在程序前面板的主界面上设置“实时监控”按钮，利用该按钮进入温度报警设置界面设置报警上下限，进行修改一些相关报警参数，如图9所示。

4结论

该设计采用虚拟仪器技术，应用LabVIEW软件强大的数据处理优势和最新功能，最终实现了对温度参数的多点监测与分析，并且完成当温度超出控制范围则系统报警的功能，系统的设计思路与最终实现为LabVIEW软件的应用做了新的探索与实践。最终得到如图10所示的测量结果。

参考文献：

[1]陈宵雅.基于虚拟仪器技术的网络化电能质量检测研究[D].杭州:浙江大学,2006.

[2]胡欣宇.基于LabVIEW的工业污水水质在线监测系统[D].太原:太原理工大学,2011.

[3] Gary W.Johnson,Richard Jenning.LabVIEW图形编程[M].武嘉,陆劲昆,译.北京:北京大学出版社,2002:13,425.

[4]祝常红.数据采集与处理技术[M].北京:电子工业出版,2008:6-11.

[5] www.省略:9999/

[6]徐晓东,郑对元.Labview8.5常用功能与编程实例精讲[M].北京:电子工业出版社,2009:279-310.

[7]林俊,黄炜.基于MATLAB的模拟滤波器设计实现[J].电脑知识与技术,2008,10(10):163-166.