儀表在試驗(yàn)室操控體系預(yù)設(shè)餞別中的運(yùn)用
1體系概述
1.1體系功用區(qū)分
本體系LabVIEW以及相應(yīng)的硬件，完成對(duì)溫濕度的丈量、顯現(xiàn)和操控。體系的功用能夠區(qū)分為：
（1）溫度丈量與顯現(xiàn)。經(jīng)過(guò)溫度傳感器將環(huán)境溫度轉(zhuǎn)化為接連的電壓信號(hào)，經(jīng)調(diào)度后由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D變換，并將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)，交由儀器功用軟件處置并顯現(xiàn)。
（2）濕度丈量與顯現(xiàn)。其完成同溫度丈量基本相同，但在調(diào)度電路中要運(yùn)用溫度信號(hào)進(jìn)行抵償。
（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。將經(jīng)過(guò)儀器功用軟件處置的溫濕度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到一個(gè)的電子表格文件中。
（4）溫濕度操控。在用戶輸入溫濕度設(shè)定值后，儀器功用軟件將其與當(dāng)時(shí)量進(jìn)行對(duì)比，然后發(fā)作相應(yīng)的操控量輸出。功用構(gòu)成如1所示。
1.2體系構(gòu)造
本體系的測(cè)驗(yàn)環(huán)境是一個(gè)60cm×50cm×40cm的封閉玻璃箱。體系由軟件和硬件兩大有些構(gòu)成，其構(gòu)造框圖如2所示。
體系的硬件有些將溫濕度信號(hào)變換成電信號(hào)，并進(jìn)行調(diào)度和A/D變換，將數(shù)據(jù)傳入計(jì)算機(jī)，一起按照儀器功用軟件的指令對(duì)溫濕度進(jìn)行操控，它由溫濕度傳感器、調(diào)度電路、DAQ卡（數(shù)據(jù)采集卡）、操控電路、電扇、電吹風(fēng)、加濕器構(gòu)成。其間電扇用來(lái)排氣，能夠下降試驗(yàn)環(huán)境的溫濕度，超聲波加濕器用來(lái)添加試驗(yàn)環(huán)境的濕度，電吹風(fēng)用于進(jìn)步試驗(yàn)環(huán)境的溫度。
軟件有些負(fù)責(zé)將從DAQ卡輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處置，使其變換成相應(yīng)的溫濕度值，然后在顯現(xiàn)器上顯現(xiàn)相應(yīng)的圖線，并存入硬盤，一起接納用戶輸入的溫濕度設(shè)定值，生成操控信號(hào)。
2硬件模塊規(guī)劃
2.1溫濕度信號(hào)的捕獲
溫度信號(hào)捕獲選用硅單晶溫度傳感器和相應(yīng)的電路，將溫度變換成電壓信號(hào)。其構(gòu)成框圖如3所示。
濕度信號(hào)捕獲選用UD208濕度傳感器和相應(yīng)的電路將濕度變換成電壓信號(hào)。其構(gòu)成框圖如4所示。
2.2操控電路規(guī)劃
操控電路的作業(yè)原理是從DAQ卡的數(shù)字輸出端口接納操控信號(hào)，然后操控繼電器的動(dòng)作，使電吹風(fēng)、電扇和加濕器作業(yè)在相應(yīng)的狀況下。
電扇的作業(yè)電壓是12VDC，用一般繼電器對(duì)它進(jìn)行操控；電吹風(fēng)和超聲波加濕器作業(yè)在220VAC電壓下，用兩個(gè)固態(tài)繼電器別離對(duì)它們進(jìn)行操控。
本體系選用的是美國(guó)NI公司生產(chǎn)的PCI26251DAQ卡。它是一款通用的DAQ卡，能夠直接插入微機(jī)的PCI總線接口。
為保證DAQ卡數(shù)字I/O通道的安全，運(yùn)用三級(jí)管來(lái)驅(qū)動(dòng)繼電器，如5所示。
Port接DAQ卡的數(shù)字I/O通道中相應(yīng)的位，R0和R2將流經(jīng)Port的電流限制在3mA以下，R1的巨細(xì)為200Ω，它將一般繼電器的輸入端電壓限制在5V以下。
3軟件規(guī)劃
3.1軟件作業(yè)原理描述
對(duì)于以軟件即儀器的虛擬儀器技能，體系的軟件模塊規(guī)劃是體系的核心。儀器功用軟件是運(yùn)用Lab2VIEW圖形編程軟件創(chuàng)立的。
本體系軟件規(guī)劃思維是：體系從DAQ卡的通道中讀取數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處置后將其存儲(chǔ)并在前面板上顯現(xiàn)，一起生成操控信號(hào)送入輸出通道。
其間各個(gè)節(jié)點(diǎn)的履行由數(shù)據(jù)流驅(qū)動(dòng)的，也即是說(shuō)每個(gè)節(jié)點(diǎn)只要當(dāng)在它之前的所有節(jié)點(diǎn)將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)來(lái)后才能履行。
因而，能夠依據(jù)要完成的功用，將體系分紅幾個(gè)模塊，別離創(chuàng)立虛擬儀器，然后將它們作為子VI，在一個(gè)新建的VI中調(diào)用它們構(gòu)成完好的體系。
3.2濾波規(guī)劃
因?yàn)樵跍貪穸瘸跏夹盘?hào)采集的進(jìn)程中，簡(jiǎn)略受到脈沖攪擾的影響，所以程序中要對(duì)輸入的溫濕度信號(hào)進(jìn)行判別，若為攪擾則將其按必定算法將其濾掉，不然將輸入信號(hào)直接輸出。
脈沖攪擾來(lái)源于爆破、放電等緣由。本體系中發(fā)作脈沖攪擾能夠是因?yàn)殡娐方佑|不良，或是A/D變換進(jìn)程中因?yàn)檐浖蛴布牟煌晟瓢l(fā)作的采樣壞值。其體現(xiàn)為時(shí)域波形中突然呈現(xiàn)的窄脈沖。
本體系選用以下的判別脈沖攪擾的辦法：先依據(jù)試驗(yàn)斷定一閾值M，當(dāng)時(shí)輸入的信號(hào)值X同前一個(gè)采樣點(diǎn)的值Y的差的值小于M，則將X直接輸出，不然便以為X為脈沖攪擾。
處置脈沖攪擾有多種辦法，如依據(jù)本體系中溫濕度是接連改動(dòng)的，并且改動(dòng)率不大，所以能夠?qū)嚁_值X用前一個(gè)采樣點(diǎn)的值替代，這樣能夠很好地消除脈沖攪擾的影響，但這種辦法也有缺乏。如所示，設(shè)閾值為2，假定圖中左起第3點(diǎn)（實(shí)踐值為22）受到起伏為-3的脈沖攪擾，取值變?yōu)?9，因其與前一點(diǎn)值21的差值不大于閾值，將被保存，但第4個(gè)點(diǎn)的值23與第3點(diǎn)的值相差大于閾值，因而會(huì)被當(dāng)作攪擾而被第3點(diǎn)的值19所替代，依此類推會(huì)使成果發(fā)作很大偏差。
對(duì)于上述辦法中的缺陷進(jìn)行改善，可將脈沖攪擾值X與前一點(diǎn)的值Y進(jìn)行加權(quán)均勻后輸出。例如，zui為簡(jiǎn)略的加權(quán)能夠取兩者的均勻，即權(quán)值均為0.5，也能夠依據(jù)實(shí)踐改動(dòng)兩者的份額。改善的辦法能夠有效按捺脈沖攪擾。
3.3操控規(guī)劃
操控子VI是將當(dāng)時(shí)溫濕度值與設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比后生成操控字，再調(diào)用LabVIEW自帶的子儀器WritetoDigitalPort.vi，將操控字經(jīng)過(guò)的數(shù)字I/O通道輸出。
主要算法思維是（以溫度為例）：當(dāng)溫度大于設(shè)定的溫度時(shí)，向數(shù)字I/O通道相應(yīng)位寫(xiě)入‘1’，繼電器接通，電扇啟動(dòng)，使溫度下降，反之亦然。一起，當(dāng)設(shè)定溫度與當(dāng)時(shí)溫度之差的值小于某一設(shè)定值時(shí)，向數(shù)字I/O通道相應(yīng)位寫(xiě)入‘0’，繼電器封閉，電扇（電吹風(fēng)）停止，使溫度值安穩(wěn)在設(shè)定值擺布的必定范圍內(nèi)。
該設(shè)定值的效果，即是防止繼電器重復(fù)作業(yè)，以保證操控體系作業(yè)安穩(wěn)。濕度的操控思維與溫度的相同。
設(shè)x、m別離為溫度和濕度值，y、n別離為溫度和濕度設(shè)定值，Tt、Wt別離表明溫度和濕度調(diào)理的容限。
1顯現(xiàn)了在各種狀況下操控子VI輸出的操控字，其間T代表True，F(xiàn)代表False，操控字完成對(duì)電扇或電吹風(fēng)動(dòng)作的操控。
3.4數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)劃
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)則是調(diào)用LabVIEW中WriteCharactersToFile.vi將經(jīng)過(guò)處置的溫濕度值存入一個(gè)電子表格文件中。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序如7所示，該子程序經(jīng)過(guò).1fs.1fs對(duì)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)格式進(jìn)行了設(shè)置，而測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)或讀取則經(jīng)過(guò)設(shè)置存儲(chǔ)控件類型T或F來(lái)完成。
7中，路徑輸入用于挑選數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的路徑，路徑輸出則是用于挑選數(shù)據(jù)讀取的路徑，經(jīng)過(guò)DBL進(jìn)行溫度值和濕度值的設(shè)定。
4試驗(yàn)成果
本規(guī)劃運(yùn)用LabVIEW和數(shù)據(jù)采集卡完成溫濕度測(cè)控的虛擬儀器體系，替換了老的試驗(yàn)設(shè)備，并進(jìn)行了試驗(yàn)。8、9別離顯現(xiàn)了選用虛擬儀器技能規(guī)劃的體系的輸出狀況。
8顯現(xiàn)了終究的溫濕度曲線。圖中的曲線是在將加濕器封閉后調(diào)理溫度取得的，溫度的設(shè)置值依次為35、45、60、40（℃）。由圖中能夠看出：在濕度不變狀況下，相對(duì)濕度隨溫度的添加而下降。
顯現(xiàn)了未經(jīng)軟件處置的溫濕度電壓曲線。本圖的時(shí)間軸坐標(biāo)區(qū)間比小，這樣能夠更清楚地調(diào)查溫濕度信號(hào)的改動(dòng)狀況，判別溫濕度信號(hào)是不是已達(dá)到平衡狀況，便于校準(zhǔn)和對(duì)比。本圖顯現(xiàn)了溫度從60℃改動(dòng)到40℃時(shí)，溫濕度電壓信號(hào)的改動(dòng)狀況。
T1、H1為體系所測(cè)的溫濕度值，T2、H2為校準(zhǔn)表所示溫濕度值。2顯現(xiàn)了體系所測(cè)的穩(wěn)態(tài)下的溫濕度值與校準(zhǔn)表的示值間的。
由2能夠看出，本體系的溫濕度調(diào)理溫差別離小于2℃和2.2RH.
5結(jié)語(yǔ)
虛擬儀器技能運(yùn)用高性能的模塊化硬件，靈敏的軟件來(lái)完成各種測(cè)驗(yàn)、操控和自動(dòng)化的使用。
靈敏的軟件能創(chuàng)立*自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地供給的體系集成。該體系的研發(fā)進(jìn)程充沛展示了虛擬儀器技能性能高、開(kāi)發(fā)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)，并為今后體系的拓展供給了zui低本錢的路徑。
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