基于LabVIEW的单通道温度监测系统设计

吴勇灵，陈秀霞，潘晓慧，王文江

(黔南民族师范学院 物理与电子科学系，贵州 都匀 558000)

基于LabVIEW的单通道温度监测系统设计

吴勇灵，陈秀霞，潘晓慧，王文江

(黔南民族师范学院 物理与电子科学系，贵州 都匀 558000)

摘要为实现温度的适时监测和超限报警，文中利用LabVIEW图像化软件对单通道温度监测系统进行了设计开发。通过软件设计和硬件实验，该系统具有温度数据实时显示及自动存储、超限报警等功能。实验结果表明，所设计的温度监测系统具有采集时间短、温度阈值设置灵活等特点，可广泛应用于不同领域。

关键词温度监测；LabVIEW；温度报警；AMT2001；NI USB6009

对温度的监测早期采用温度计测量法，是将温度计放入特制的插杆中，通过人工进行读数记录来监测温度变化情况。随着计算机技术、电子技术的发展，出现了基于SOPC与PC机的温度自动监测技术[1-3]，CAN总线温度监测技术，ZigBee温度监测技术[4-5]。

随着虚拟仪器技术的发展，温度监测研究领域的一个重要分支是将代表仪器最新技术的虚拟仪器技术引入温度监测系统，提出了各种基于虚拟仪器的温度监测系统[6-10]。如基于LabVIEW的温湿度测控仿真[7]，LabVIEW环境下温湿度监控系统实现[8]，基于LabVIEW 的挤塑成型过程温度控制系统[9]，基于LabVIEW的发射筒瞬态温度测试系统设计[10]等。但是这些系统存在无法实现温度的超限报警功能，同时采集延迟时间不能由用户自行确定，在温度变化缓慢的场合造成资源浪费现象。

针对以上问题，本文提出了一种基于LabVIEW的单通道温度监测系统的设计与实现。该系统主要由温度检测(温度传感器、NI USB6009数据采集卡)和PC机(基于LabVIEW的上位机程序模块)构成，具有自动检测某一被测对象的温度数据，并将采集的数据自动存储在PC机上，用户可以查阅温度监测的历史数据；温度采集延迟时间、采集个数、温度上下限由用户根据实际情况自行设定，当采集的温度数据个数达到用户设定采集个数时，温度监测系统停止采集；当检测到温度超过用户设定的温度上下限时，高温报警或低温报警指示灯亮。同时该系统采用USB数据采集卡，降低了温度监测系统的成本。

1系统框图及功能

基于LabVIEW的单通道温度监测系统的设计与实现系统框图如图1 所示。该系统由温度检测和上位机两部分组成。

图1　单通道温度监测系统系统框图

在该系统中，温度检测主要实现温度采集和通信等功能；PC机主要实现温度显示、温度超限报警、报警温度设置、采集延迟时间设定、采集个数设定等功能，其中，温度采集和通信功能的实现是关键。对温度采集功能，需要选择合适的传感器并根据传感器的输出信号特点选择合适的数据采集卡端口；对通信功能，需要根据温度传感器输出信号的类型选择合理的数据采集类型才能实现通信功能，从而才能在上位机实现温度显示与记录、超限报警等功能。

2温度监测系统

2.1温度检测电路设计

温度检测电路主要由AMT2001温湿度传感器模块[11]和NI USB6009数据采集卡[12]构成。AMT2001传感器模块采集温度信号并将温度信号转换为电信号传递给NI USB6009数据采集卡，NI USB6009进行信号调理，将调理的电信号送给PC机进行相应的数据处理。

2.2上位机程序设计

2.2.1温度监测系统软件流程图

温度监测系统主程序流程如图2所示，主要包括和用户名与密码输入等条件判断、数据存储、超限报警等模块，由前面板和框图程序两部分构成。

2.2.2前面板设计

根据单通道温度监测系统的功能及软件程序流程图，该温度监测系统的前面板主要由显示控件和输入控件两部分组成。显示控件用波形图标实现温度变化曲线显示，数值显示控件实现当前温度显示、温度最大值最小值显示，布尔指示灯控件实现超限报警信号；输入控件用数值输入控件实现用户温度上下限、延迟时间、采样个数、采样率等的设置输入，字符串输入控件实现用户名、密码输入。

图2　温度监测系统主程序流程图

2.2.3框图程序设计

利用LabVIEW编程的框图程序如图3所示，主要由条件结构、while循环结构、DAQmx虚拟通道创建、DAQmx定时、DAQ开始任务等子VI及函数节点组成。3个条件结构实现判断用户输入的用户名、密码是否正确、是否确定采集等；DAQmx虚拟通道创建、DAQmx定时、DAQ开始任务等子VI实现设置采样信号模型、数据采集卡通道选择、采样数、采样率的设置等；while循环结构中放入DAQmx写入、时间延迟、写入测量文件、数组最大值最小值(逐点)、数值乘、数值除、数值转换等子VI及函数节点，实现信号采集模型设置与采集时间延迟、数据存入、超限报警、温度数据最大值和最小值统计等。

图3　单通道温度监测系统后有面板程序

3系统实验及分析

3.1系统实验

在系统调试试验中，通过设置延迟时间、温度阈值等参数，进行了多次硬件调试试验。其中采样延迟时间为60 s，采样个数为1 000，采样率为1 000，温度上限为29 ℃，温度下限为0 ℃的硬调调试实验前面板运行结果如图4所示,温度数据如表1所示。

图4　前面板运行结果

序号时间温度/℃序号时间温度/℃12014-07-2902:58:56PM29.122014-07-2902:59:56PM28.932014-07-2903:00:56PM28.942014-07-2903:01:56PM29.152014-07-2903:02:56PM28.962014-07-2903:03:56PM29.072014-07-2903:04:56PM29.182014-07-2903:05:56PM29.192014-07-2903:06:56PM28.7102014-07-2903:07:56PM29.1112014-07-2903:08:56PM28.9122014-07-2903:09:56PM29.0132014-07-2903:10:56PM28.9142014-07-2903:11:56PM29.1152014-07-2903:12:56PM28.9162014-07-2903:13:56PM29.1172014-07-2903:14:56PM29.0182014-07-2903:15:56PM31.7192014-07-2903:16:56PM28.9202014-07-2903:17:56PM28.7212014-07-2903:18:56PM29.5222014-07-2903:19:56PM29.5232014-07-2903:20:56PM28.9242014-07-2903:21:56PM28.9252014-07-2903:22:56PM29.1262014-07-2903:23:56PM28.9272014-07-2903:24:56PM29.1282014-07-2903:25:56PM29.1292014-07-2903:26:56PM29.2302014-07-2903:27:56PM29.2312014-07-2903:28:56PM29.1322014-07-2903:29:56PM28.9332014-07-2903:30:56PM29.0342014-07-2903:31:56PM29.1352014-07-2903:32:57PM28.9362014-07-2903:33:57PM29.1372014-07-2903:34:57PM28.9382014-07-2903:35:57PM28.8

3.2分析

从前面板运行结果可以看出：(1)监测点的温度变化曲线、当前刻温度数据，监测时间内温度的最大值和最小值；(2)当前刻温度位于用户设置的温度阈值内。从表1可以看出：(1)不同时刻对应的监测点温度；(2)温度数据的时间间隔与用户设置的延迟时间一致。

对实验结果进行分析表明：该温度监测系统运行稳定、性价比高；实现了温度的实时监测、自动存储与超限报警；采集时间、温度阈值等参数设置灵活，满足不同领域的温度实时监测需求。

4结束语

本文提出一种基于LabVIEW的单通道温度监测系统。该系统主要由温度检测和PC机构成，可以用于农业、环境、科学研究、大棚种植、牲畜养殖等的温度监测，实现温度的智能化监测报警等。该系统具有自动检测某一被测对象的温度数据，并将采集的数据自动存储在PC机上，用户可以查阅温度监测的历史数据；温度采集延迟时间、采集个数、温度阈值等由用户根据实际情况设定，当采集的温度数据个数达到用户设定的采集个数时，温度监测系统停止采集；当检测到温度超过用户设定的温度上下限时，高温报警或低温报警指示灯亮。同时该系统采用USB数据采集卡，降低了温度监测系统的成本。

参考文献：

[1]李兆光.基于SPOC的温湿度自动控制系统[J].山西电子技术，2009(3)：10-11.

[9]Xu J J, Keller S, Perish G, et al. A 3-10 GHz LCR-matched power amplifier using flip-chip mounted AlGaN/GaN HEMTs[J].IEEE MTT-S International Microwave Symposium digest, 2000(2):959 -962.

[10]Xu J J, Wu Y F, Keller S, et al. 1～8 GHz GaN-based power amplifier using flip-chip bonding[J].IEEE Microwave & Guided Wave Letters, 1999, 9(7):277-279.

[11]Gassmann J, Watson P, Kehias L, et al. Wideband, high-efficiency GaN power amplifiers utilizing a non-uniform distributed topology[J]. IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, 2007(3):615-618.

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[13]Reese E, Allen D, Lee T, et al. Wideband power amplifier MMICs utilizing GaN on SiC[J]. IEEE MTT-S International Microwave Symposium, 2010,29(16):1230-1233.

[14]朱轩昂,林金庭,陈效建.2～6 GHz单片功率放大器[J].固体电子学研究与进展,2001,21(2):119-125.

[15]李文钊.6～18 GHz宽带功率放大模块[J].半导体情报,1996,33(1):1-8.

Single-channel Temperature Monitoring System Design Based on LabVIEW

WU Yongling，CHEN Xiuxia，PAN Xiaohui，WANG Wenjiang

(Department of Physical and Electronic Science, Qiannan Normal College for Nationalities, Duyun 558000，China)

AbstractIn order to realize timely monitoring and over-limit alarm, this paper uses LabVIEW visualizing software to design and develop single-channel temperature monitoring system. Through software design and hardware experiment, this paper has such functions of temperature data real-time display and automatic storage, over-time alarm, and so on. The experimental results show that the designed temperature monitoring system has such features as short gathering time, and flexible temperature threshold setup, which can be widely used in different fields.

Keywordstemperature monitoring; LabVIEW; temperature alarm; AMT2001; NI USB6009

收稿日期:2015-11-07

基金项目:贵州省科技厅联合基金资助项目(黔科合J字LKQS[2013]07号)；贵州省教育厅应用电子技术产学研基地基金资助项目(黔教合KY字[2013]136)；贵州省普通高等学校创新人才团队建设基金资助项目(黔教合人才团队[2013]29)

作者简介:吴勇灵(1976-)，男，副教授。研究方向：应用电子技术及虚拟仪器技术。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.06.045

中图分类号TP274

文献标识码A

文章编号1007-7820(2016)06-157-04