基于LabVIEW的温度采集报警系统

李文方，李海霞

（黄河科技学院 河南 郑州 450063）

传统的温度采集主要由温度传感器，信号处理电路（放大、滤波），A/D转换电路，显示电路等构成，在微处理器如单片机的控制下，进行温度数据的采集以及显示，同时可以有上下限报警等功能。传统的温度检测设备对设备本身和检测人员的技能要求都较高，且不方便自我检测，增加了设备维修成本和用户购买成本。而虚拟仪器主要采用数据采集卡将数据送入计算机，然后通过LabVIEW中的软件设计和界面设计来完成对应的信息处理和显示功能[1-3]。虚拟仪器能够根据用户不同的要求对其进行修改和扩展，在测量过程中还可以方便地改变控制范围的参数，增加可调节性。

本设计利用数据采集卡和LabVIEW软件，完成了温度数据的采集、显示、分析、报警等，从而实现了一个温度采集器的基本功能。

1 系统构成

所有的LabVIEW应用程序，即虚拟仪器（VI），包括前面板（Front Panel）、流程图（Block Diagram）以及图标/连结器（Icon/Connector）3 部分[4]。

基于LabVIEW的数据采集系统一般构成如图1所示。

图1 基于LabVIEW的数据采集系统基本框架Fig.1 Structure diagram of the data acquisition system based on LabVIEW

本设计提供的理论支持所使用的传感器是光纤温度传感器，光纤温度传感器是利用部分物质吸收的光谱随温度变化而变化的原理，通过分析光纤传输的光谱可以了解实时温度[5]。

本设计提供的理论支持所使用的数据采集卡是NI USB-6009采集卡。NI USB-6009数据采集卡是一款用于USB的14位、48 k/s的多功能数据采集卡，它采用方便而便于携带的总线型设计，拥有8路12位模拟输入通道、14位数字I/0线、2路模拟输出通道和1个计数器[6]。

2 软件设置

2.1 系统整体流程图

本系统由【温度计子VI】提供温度值，与设定的温度上下限进行比较，如果温度值超过设定上限或低于设定下限，则触发相应的报警灯亮，并将越限温度显示出来。采样的整个过程由【统计】控件进行数据统计，并将统计结果显示出来。系统整体流程图如图2所示。

图2 系统整体流程图Fig.2 Flow chart of the system

本系统分为温度计子VI部分、仪表显示框部分、参数设置框部分、报警框部分和统计数值显示框部分5个部分。

系统中温度采集模块调用了已设计好的子VI。子VI采用随机数的随机脉冲（0～1之间），经过一系列的数学运算以后得到采样温度值，最终数据在0～50之间。以此设计来减少控件个数，使板面更加简洁明了。

2.2 仪表显示面板

仪表显示面板如图3所示，分3个部分，分别是【温度显示仪表】、【调频滑动杆】和【实时温度波形图】。【温度显示仪表】将以仪表指针的形式显示实时温度，【调频滑动杆】用以调整温度采集的频率，滑动杆数值越大采样频率越低，反之采样频率越高。【实时温度波形图】以波形图的形式直观反映温度变化趋势，同时可以查看历史温度采样值。

图3 仪表显示面板Fig.3 Instrument display panel

在程序框图中，【温度显示仪表】与【温度计子VI】相连。【滑动调频杆】与【时间延迟】相连以调整延迟时间。【实时温度波形图】将设定温度的上下限与实时温度捆绑后通过波形图形式显现。各部分的连接如图4所示。

2.3 参数设置部分

图4 仪表显示中各部分的连接Fig.4 The connection diagram in instrument display

参数设置框中包含3个控件，即【上限温度设定】和【下限温度设定】两个数值输入控件以及一个【布尔开关】。数值输入控件用于设定上下限温度，布尔开关用于控制整个程序的暂停/继续，【布尔开关】的灯亮/灭分别表示程序的运行/暂停。参数设置部分前面板及程序连接如图5所示。

图5 参数设置部分前面板及程序连接Fig.5 Panel and connection of the parameters setting

2.4 报警框设计

本设计中报警部分的运行是通过两个【条件结构】实现的。将【温度计子VI】数据与【上限温度设定】中的数值进行比较，当【温度计子VI】数据大于【上限温度设定】中的数值时，【上限报警指示灯】被点亮，同时进入 “真分支”，“真分支”中【上限报警次数】数值加1，【温度计子VI】数据传输至【上限报警温度显示】的数值显示控件中，同时【蜂鸣声】被触发，系统发出报警；“假分支”中不做程序设定，【温度计子VI】数据也传输不到【上限报警温度显示】控件中，此时【上限报警温度显示】恢复至默认状态0。

对下限温度的报警指示与上线温度报警指示的原理相同。报警框部分在程序框图中的连接情况如图6所示。

图6 报警框部分的连接情况Fig.6 The connection of the alarm part

2.5 系统软件总体连接

除此之外，还有数据统计部分。能进行累计采样数据中的最大值、最小值、算数平均值、中值、方差和总计采样次数统计显示，方便用户对采集的温度值进行统计计算，十分方便。

系统整体程序框图如图7所示。

图7 系统整体程序框图Fig.7 Overall diagram of the system

3 仿真结果

经程序仿真实验，本系统可以正常运行，所有功能均正常实现。如图8所示。

图8 程序仿真运行效果Fig.8 Simulation result of the program

4 结 论

本设计完成的虚拟温度采集及报警系统，在LabVIEW下进行了面板设计以及各个模块的程序设计，经仿真，达到了预期的效果。利用虚拟仪器技术进行相关的设计，可以方便参数的设置和修改，以及在线调试，具有一定的现实意义。

[1]伍星华，王旭.国内虚拟仪器技术的应用研究现状与展望[J].现代科学仪器，2011（4）:112-116.WU Xing-hua，WANG Xu.Present situation and prospect of application research on domestic virtual instrument technology[J].Modern Scientific Instruments，2011（4）:112-116.

[2]李震，柯旭贵，汪云祥.虚拟仪器的发展历史、研究现状与展望[J].安徽工程科技学院学报，2003，18（4）：1-4..LI Zhen，KE Xu-gui，WANG Yun-xiang.Review of the research on virtual instruments[J].Journal of Anhui University of Technology and Science，2003，18（4）：1-4.

[3]周细凤，曾荣周，李贞.基于LABVIEW的虚拟示波器的研究与应用[J].湖南工程学院学报，2014（3）:1-4.ZHOU Xi-feng，ZENG Rong-zhou，LI Zhen.The research and application of virtual oscilloscope based on LABVIEW[J].Journal of Hunan Institute of Engineering，2014（3）:1-4.

[4]余成波，冯丽辉，潘盛辉，等.虚拟仪器技术与设计[M].重庆：重庆大学出版社，2006.

[5]李克，吴伟力.智能化温度检测及控温系统[J].厦门水产学院学报，1994，6（1）：37-44.LI Ke，WU Wei-li.Computerize temperature detecting and controlling system[J].Journal of Xiamen Fisheries College，1994，6（1）：37-44.

[6]王淑敏，张家栋，霍凯.粮库温、湿度微机监控系统的研制[J].北方交通大学学报，1995（9）:120-122.WANG Shu-min，ZHANG Jia-dong，HUO Kai.Design of the grain depot temperature&humidity，microcomputer monitoring system[J].Journal of Northern Jiao Tong Universty，1995（9）:120-122.