引言

在許多工業(yè)生產(chǎn)和科學實驗過程中，溫度參數(shù)的檢測和控制都非常重要。隨著工業(yè)檢測技術和自動化程度的不斷提高，對溫度檢測的要求也越來越高。但是，測溫時經(jīng)常會受到各種干擾而影響檢測精度，因而需要對檢測量進行濾波等處理。傳統(tǒng)測溫儀表一般都是通過硬件電路實現(xiàn)的,但這種方式存在電路復雜、成本較高、性能不穩(wěn)定等問題，同時，儀表的功能開發(fā)也得受到局限丄，而以虛擬儀器為主的虛擬檢測技術則能夠較好地解決這些問題。為此，本文提出了基于LabVIEW技術為核心，以計算機、數(shù)據(jù)釆集卡等器件為硬件平臺的溫度檢測系統(tǒng)的設計方法。

1  溫度檢測系統(tǒng)組成及LabVIEW簡介

1.1 溫度檢測系統(tǒng)組成

基于LabVIEW技術的溫度檢測系統(tǒng)組成如圖1所示，主要包括硬件和軟件兩部分。系統(tǒng)由計算機、數(shù)據(jù)采集卡、溫度傳感器和信號調(diào)理電路等器件構(gòu)成系統(tǒng)硬件平臺，并以微軟WINXP操作系統(tǒng)和LabVIEW虛擬軟件為操作平臺。利用LabVIEW虛擬軟件進行編程,可將傳統(tǒng)儀器的專業(yè)化功能和面板控件軟件化，使之與計算機結(jié)合構(gòu)成一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)儀器相同，可實現(xiàn)諸如溫度顯示、數(shù)字濾波、統(tǒng)計分析等多種功能，而且只需通過修改虛擬儀器的程序即可改變系統(tǒng)功能和規(guī)模新系統(tǒng)。

圖1說明了該系統(tǒng)的工作過程，其中溫度傳感器可把被測溫度轉(zhuǎn)化為模擬電壓信號，在進行放大濾波后，將模擬電壓信號通過數(shù)據(jù)采集卡轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，輸入到計算機由LabVIEW虛擬軟件進行編程,并對信號進行處理，從而實現(xiàn)系統(tǒng)所需的各項功能。設計中，LabVIEW的編程是整個工作的核心。

1.2 LabVIEW簡介

LabVIEW是NI公司推出的虛擬儀器開發(fā)工具，它采用圖形化編程語言篇。其功能強大而靈活,既可以和采集設備、控制設備等硬件進行通信，也可以和GPIB、PXI、RS232、VXI儀器通信，因而簡化了擬儀器的開發(fā)過程，縮短了系統(tǒng)開發(fā)和調(diào)試時間，可廣泛應用于工業(yè)自動化、試驗測量、數(shù)據(jù)采集及處理等各個領域。LabVIEW提供有完成數(shù)據(jù)采集、分析、顯示存儲數(shù)據(jù)和儀器控制等應用所需要的工具。一般利用LabVIEW開發(fā)的應用程序主要包括前面板和框圖兩部分。

2  硬件設計

基于虛擬技術的溫度檢測系統(tǒng)的硬件部分主要為所開發(fā)的虛擬溫度檢測軟件提供運行平臺，通常由計算機、溫度傳感器、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集卡器件組成。系統(tǒng)中所用的計算機可以選用一般的通用型PC。下面僅就硬件設計中幾個主要集成件的選擇和設計進行介紹。

2.1數(shù)據(jù)采集卡

考慮到LabVIEW軟件所能提供的驅(qū)動支持，數(shù)據(jù)采集卡選用中泰公司(NationalInstrument)生產(chǎn)的PCI-8333可以省去二次開發(fā)驅(qū)動程序的工作量；而且,PCI-8333數(shù)據(jù)卡能為系統(tǒng)提供12位16通道的模擬單端輸入(A/D),采樣速率可達100kHz,能夠滿足多通道檢測的需要。

數(shù)據(jù)采集卡使用時，需要安裝DeviceManager和32bitDLL驅(qū)動，有關安裝可參閱有關文獻及中泰公司提供的相關使用手冊。

2.2 溫度信號的采集

溫度信號采集可根據(jù)檢測環(huán)境的要求選用各種溫度傳感器，如AD59O、MR—58、PT100等，只需將環(huán)境溫度的變化轉(zhuǎn)換成不同的電壓值即可。本設計中主要選用了AD590溫度傳感器和MR-58型正溫度系數(shù)熱敏傳感器。

AD590是美國AD公司生產(chǎn)的單片集成兩端感溫電流源，其主要特性有：流過器件的電流(mA)等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度度數(shù)，測溫范圍為一55?﹢150°C,電源電壓范圍為4?30V。設計時，可將AD59O與一電阻串聯(lián)，接在+5V電源和地中，串聯(lián)電阻的阻值可從1?10k自由選擇，由于AD590是電流輸出器件，流入電阻的電流只與環(huán)境的溫度有關，所以，只需用測量出Vo的電壓值除以電阻的阻值,就可以得到從AD590流出的電流。

MF-58屬突變型PTC熱敏電阻，它的標稱電阻值是50-560,這里取100。，電阻溫度系數(shù)為1%?4%,取其攻=2%,測溫范圍為一50?150笆，熱敏電阻的激勵電源可選擇直流5V的電壓源。

2.3 信號調(diào)理器件

為了簡化設計過程,考慮到各種溫度傳感器不同的輸出特性,本設計選擇了一款宇電公司生產(chǎn)的AI-501智能數(shù)字顯示報警儀表，該表具有可編程模塊化輸入規(guī)格，性價比較好，可支持多種熱電偶、熱電阻、電壓、電流及二線制變送器輸入，因此有較好的通用性四。另外，其測量精度高達0.2級,支持溫度變送輸出功能,可作為0.3級精度的溫度變送器，同時還具備電流變送輸出功能。

3  軟件設計

軟件設計部分是系統(tǒng)設計的核心,它具有對采集信號離線分析或信號在線分析、處理、顯示、保存等功能。程序設計和開發(fā)是基于LabVIEW虛擬軟件平臺進行的，主要包括前面板和程序框圖兩部分，鑒于篇幅,本文對信號轉(zhuǎn)換等編程方式不再贅述。

3.1 前面板設計

PCI-8333支持16個輸入模擬通道，由于利用的是DAQmx函數(shù)模塊采集數(shù)據(jù)，而且是電壓數(shù)據(jù)，這樣就必須用到數(shù)組，而且數(shù)組的類型是顯示型數(shù)組，如果數(shù)組的定義類型發(fā)生錯誤，那么將無法通過編譯，而必須要將其定義成顯示型數(shù)組，其實現(xiàn)方法是:在功能選板上面定義一個數(shù)組控件當數(shù)據(jù)采集運算部分設計完成后，還要設置溫度波形和數(shù)值的顯示功能，這時可從功能選板中定義一個圖表顯示控件、一個溫度顯示控件和一個溫度儀表顯示控件,這樣就完成了如圖2所示的前面板設計。

3.2 程序框圖設計

通過數(shù)據(jù)采集助手DAQAssistant圖形化設置工具可對數(shù)據(jù)采集卡進行設置。數(shù)據(jù)采集卡輸入的是模擬電壓信號,檢測時可將采集的電壓數(shù)據(jù)依次放入數(shù)組中。為提高采集精度，可對數(shù)組中的電壓元素進行任意數(shù)量的索引(本設計取了六個)并放在For循環(huán)框中，再對其求和后取平均值，依次放入一個新的數(shù)組中，對所求得的電壓值與依靠Case選擇框劃分的區(qū)間段電壓值進行比較;然后根據(jù)對應區(qū)間電壓與溫度的比例關系計算出相應的溫度值，并交數(shù)值顯示控件顯示其對應采集轉(zhuǎn)換后的區(qū)間段溫度值，而其他區(qū)間溫度顯示控件則不顯示數(shù)值;最后將這些溫度值求和并顯示，其顯示程序模塊如圖3所示。