基于LabView的温度采集系统.doc

LabView温度采集系统 李向龙摘要：虚拟仪器最为检测技术的一个分支，进入新世界后，在国内得到了快速的发展。它可以利用计算机显示器的强大显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果。目前，常用的温度采集系统绝大部分是由集成温度传感器和单片机构成的，设计过程繁琐、调试期长、修改不方便。随着工业的不断发展，对温度测量的要求越来越高，而且测量范围也越来越广。采用虚拟仪器将会使工作大大简化，本设计用LabView软件在PC机上编程实现多点温度采集、动态图形显示、数据存储、报警、数据分析等功能，并重点对基于LabView的虚拟温度采集系统的设计进行了讨论。关键词： LabVIEW 温度采集1 设计思想该系统的功能框图如图1所示。温度采集系统实时温度显示保存数据报警设定数值计算显示转换图1 系统功能框图本温度采集系统的设计采用软件代替DAQ数据采集卡，使用Demo read voltage子程序来仿真电压测量，然后把所测得的电压值转换成摄氏或华氏温度读数。在数据采集过程中，实时地显示数据。当采集的温度值大于设定的高限报警数值时，就会点亮高报警红色灯，同时触发条件结构里的事件发生，使系统发出蜂呜声。当采集过程结束后，在图表上画出数据波形，并算出最大值、最小值和平均值，并自动产生数据文件的头文件，它包括操作者名字和文件名，将采集的数据附在头文件后面，以供查询。2 子程序设计 2.1 温度计子程序温度计界面程序如图2所示。在框图程序中设定温度计范围为0到100，在前面板窗口中放入竖直开关控制器以选择显示华氏还是摄氏温度。图2 温度计程序图2.2 实现步骤1、点击框图程序窗口的空白处，弹出功能模板，从弹出的菜单中选择所需的对象。本程序用到下面的对象：Multiply（乘法）功能，将读取电压值乘以100.00，以获得华氏温度。Subtract（减法）功能，从华氏温度中减去32.0，以便转换成摄氏温度。Divide（除法）功能，把相减的结果除以1.8以转换成摄氏温度。Select（选择）功能（Comparison子模板）。取决于温标选择开关的值，该功能输出华氏温度（当选择开关为false）或者摄氏温度（选择开关为True）数值。Demo Read Voltage VI程序（Tutorial子模板）。该程序模拟从DAQ卡的0通道读取电压值，并把所测得的电压值转换成华氏或摄氏读数。随机数产生功能（Numeric子模板），用于产生随机温度值。数值常数。用连线工具，点击要连接一个数值常数的对象，并选择Create Constant功能。若要修改常数值，用标签工具双点数值，再写入新的数值。字符串常量。用连线工具，点击要连接字符串常量的对象，再选择Create Constant功能。要输入字符串，用标签工具双击字符串，再输入新的字符串。While循环功能，用于产生连续输入随机温度值。定时采集功能（time&Dialog子模板），以免随机数变化过快。2、使用移位工具（Positioning tool），把图标移至图示的位置，再用连线工具连接起来。3、选择前面板窗口，使之变成当前窗口，并运行VI程序。点击连续运行按钮，便程序运行于连续运行模式。4、再点击连续运行按钮，关闭连续运行模式。5、创建图标Temp：此图标可以将现程序作为子程序在其他程序中调用。创建方法如下：在面板窗口的右上角的图标框中点击鼠标，从弹出菜单中选择Edit Icon功能。双点选择工具，并按下Delete键，消除缺省的图标图案。用画图工具画出温度计的图标。使用文本工具写入文字，双击文本工具把字体换成Small Font。当图标创建完成后，点击OK以关闭图标编辑。生成的图标在面板窗口的右上角。6、创建联接器端口：a.点击右上角的图标面板，从弹出菜单中选择Show Connector功能。LabVIEW将会根据控制和显示的数量选择一种联接器端口模式。在本系统中，只有两个端口，一个是竖直开关，另一个是温度指示。b.把联接器端口定义给开关和温度指示。c.使用连线工具，在左边的联接器端口框内按鼠标键，则端口将会变黑。再点击开关控制件，一个闪烁的虚线框将包围住该开关。d.再点击右边的联接器端口框，使它变黑。再点击温度指示部件，一个闪烁的虚线框将包围住温度指示部件，这即表示着右边的联接器端口对应温度指示部件的数据输入。e.如果再点击空白外，则虚线框将消失，而前面所选择的联接器端口将变暗，表示你已经将对象部件定义到各个联接器端口。7、文件菜单的SAVE功能保存上述文件，并将文件命名为Thermometer.Vi。其前面板如图3所示。图3 温度计界面 该子程序供主程序来调用，在其主程序的框图窗口里，该温度计程序用前面创建的图标来表示。联接器端口的输入端用于选择温度单位，输出端用于输出温度值。3 主程序设计温度采集总程序框图如图4所示。图4 温度采集总程序实现步骤：1、从Structures工具模板选择条件循环结构“While Loop”放入框图程序窗口，调整该条件循环框的大小，把节点放入循环框内。2、调用Thermometer.vi对象，用Select a VI子模板找到文件。3、在前面板内再放置一个趋势图，标注为“温度历史趋势”，该图表将实时地显示温度值。4、按照上图的框图程序连好线。5、创建模式开关。把连线工具放在Thermometer VI的Mode输入端口上，按鼠标右键并选择Creat Control，这样就可以自动创建模式转换开关，并将它与Thermometer VI子程序相连线，再转换到前面板窗口，将模式转换开关的位置重新调整。6、在前面板窗口，使用标注工具，双击模式开关的“OFF”标签，并把它转换成“华氏”，再把“ON”标签转换民“摄氏”。要转换开关状态，使用操作工具（Operating Tool）。7、使用Time & Dialog子模板中的Wait Until Next ms Multiple功能，再加上时间常数Numeric Constant，把它设置为500。8、该程序还使用了如下的功能模块：Case结构，右边的TRUE Case与图中的FALSE Case同属于一个Case结构。根据输入端上的数值，来决定执行哪一个Case程序。如果Thermometer Vi子程序返回的温度值大于High Limit数值，将执行True Case程序，反之则执行False Case程序。Write Characters to File模块（在File I/O子模板）。该功能把一个字符串写入一个新的文件或者附加到一个已存在的文件中。它在写入前打开或者创建一个文件，在完成时关闭该文件。在本系统中，它用来建立头文件格式。Write to Spreadsheet File模块（在File I/O子模块）。该模块把一个二维或者一维单精度数组转换成字符串，并把字符串写入一个新文件或者附回在一个已存在的文件后面。在本系统中，它将由温度采集数据和上限值组成的二维数组附加在一个已创建了头文件的数据文件后面。Transpose 2D Array模块（在Array子模板）。在本系统中，它把二维数组转换成以列为分界的二维数组，这样在写入数据文件时它就会以列的形式显示。Concatenate String模块（在String子模板）。在本系统中，它用于创建头文件字符串。顺序结构程序按指定的顺序执行各个程序步骤。在本系统中，我们首先创建数据文件的头文件，然后再将数据写入文件中，顺序结构中的数据传递通道使用快捷菜单中的“sequence local”创建。9、条件循环框边线上的方块叫作通道（tunnel）。在本系统中，通道是条件循环的数据通道口。若要建立数据索引，点击通道，并选择Enable Indexing选项，表示当条件循环执行时，把数据顺序放入一个数组中。循环结束后，通道输出该数组。否则，通道仅输出最后一次循环放入的数据值。10、返回前面板，在”设定高限”控制栏中输入30，在“操作者名”控制栏中输入名字，再输入数据文件名（例如C:testdata.txt）。运行该程序。当按下“停止并保存数据”开关后，将产生一个ASCII文件。11、将文件命名为Temperature Analysis.vi，并存盘退出。该系统的前面板的图如6所示。图6 温度采集系统界面在报警设置中输入30，写入操作者姓名及存盘路径，运行本VI，当停止后可得界面如图7所示。采集的数据见testdata.txt附件。图7 运行后界面4 总结本设计可进行温度的采集且趋势图“温度历史趋势”显示实时采集的数据。采集过程结束后，可在图表中画出数据曲线，同时在Mean、Max和Min数字显示栏中显示出温度的平均值、最大值和最小值。可见，在LabVIEW图形化语言环境下设计的虚拟温度采集系统简单快捷。用户完全可根据实际环境温度的需要，调用不同功能的软件模块，改变设定的参数，就可在同一台计算机中对采样信号进行非实时的在线和离线分析，便可以准确地判断当前温度是否超出规定的温度范围，从而对温度进行精确地监控。