基于LabVIEW的远程温湿度监控系统设计

徐 伟，俞春飞，艾伟清

（常熟理工学院 电气与自动化工程学院，江苏 常熟 215500）

基于LabVIEW的远程温湿度监控系统设计

徐 伟，俞春飞，艾伟清

（常熟理工学院 电气与自动化工程学院，江苏 常熟 215500）

针对温湿度监控在工农业生产领域的广泛应用，提出一套基于LabVIEW的远程温湿度监控系统设计方案. 该系统硬件部分由温湿度传感器、PCI6221数据采集卡及相关信号调理电路组成. 采用LabVIEW虚拟仪器技术软件结合TCP/IP网络通信技术和数据库技术开发系统监控软件，实现对温湿度的远程采集、控制与保存.

LabVIEW；温湿度；远程监控

工农业生产以及人们的平时生活都与温湿度密切相关，因此对于温湿度的监控具有重要意义. 传统的温度和湿度监控，往往都是通过人工读取温湿度计数据，不仅精确度低，执行效率也低，控制效果差. 近年来，随着先进测控技术的迅速发展，企业和个人对温度湿度监控的精确度和快速性提出了更高的要求，而且有些特殊场合如温度高、湿度大的工业现场不适合人长期停留现场进行操作，因此对于温湿度的远程监控提出了迫切需求. 本文基于LabVIEW 虚拟仪器技术，结合数据采集、TCP/IP通信和数据库等多种技术，开发一套温湿度远程监控系统，能够实现温湿度数据的远程采集、控制与保存.

1 系统总体结构

基于LabVIEW的远程温湿度监控系统总体由服务端和客户端两部分组成. 服务端能够实现温湿度的实时采集和显示，主要由温湿度传感器、数据采集设备和相关信号调理电路组成. 客户端主要实现温湿度数据的远程查询、显示、控制和保存. 服务端和客户端之间通过TCP/IP协议实现数据交换. 其系统总体结构如图1所示.

图1 系统总体结构图

2 系统硬件设计与选型

2.1 数据采集卡选型

为了实现对温湿度信号的采集，需要选择合适的数据采集设备，本系统选用NI公司的PCI-6221数据采集卡. 它是一款低价位的M系列多功能数据采集卡，拥有16路采样速率可达250 kS/s的模拟量输入通道，2路采样率可达833 kS/s的十六位模拟输出通道，24路数字量输入输出端口，能够满足温湿度监控系统信号采集和系统控制要求. 其输入输出端口分配如表1所示.

2.2 温度传感器选型

温度测量在日常生活中具有广泛的应用，现有的温度传感器产品也有很多，按照特性主要分为电压变化型、电阻变化型、电流变化型、体积变化型等. 为了便于数据采集，本系统选用电压变化型的测温范围为0~100 ℃的LM35D温度传感器. LM35D具有线性好、灵敏、便宜等特点，其灵敏度是10 mV/℃. 要注意的是LM35D理论能测出的最低温度是0 ℃，但实际最低只能测出2 ℃左右，校准时要注意这点. LM35D有3个引脚分别为电源端、接地端和电压输出端. 正常工作时电源端和接地端之间可以输入4~30 V直流电压. 为了确保测量的精度，应先将电压输出端信号进行放大后连接至数据采集卡的模拟量输入端.

2.3 湿度传感器选型

目前典型的集成式湿度传感器大致分线性电压输出、线性频率输出和频率/温度输出式3大类. 传感器信号强弱会随着间隔的增加而减小，当传输距离大于200 m时一般都使用频率输出的传感器，而本设计传输距离并没有要求那么大，因此选用线性输出式传感器—HTG3515CH. 它是一款Humirel生产的湿度传感器，湿度为线性电压输出，在直流5 V电压输入情况下输出在1~.6 V之间，能测量的相对湿度在0~100%RH之间，但是在相对湿度10%~95%内的精度最好. 在5 V直流电源作用下工作时，模拟电压输出与相对湿度的线性方程如下：

表1 PCI6221输入输出端口分配表

通过采集得到电压可以换算出当前的湿度值.

3 监控系统软件设计

3.1 监控系统软件结构

远程温湿度监控系统的软件部分由LabVIEW虚拟仪器技术软件编制，主要实现监控系统的温湿度采集、处理、存储，并基于TCP/IP协议实现远程监控. 为了提高监控系统软件的灵活性，采用模块化结构，其软件结构图如图2所示. 温湿度远程监控系统的软件主要由温湿度数据采集模块、温湿度数据处理模块、数据库管理模块、TCP/IP通信模块和系统控制模块组成. 温湿度数据采集模块主要实现温湿度传感器输出信号采集；温湿度数据处理模块完成对采集的信号进行计算处理，得出实际温湿度值；数据库管理模块主要实现温湿度数据的实时保存，以供后续查阅；TCP/IP通信模块通过编制通信程序实现远程监控功能；系统控制模块主要实现系统初始化和系统管理功能.

3.2 监控系统软件工作流程

首先由服务器对温湿度传感器的输出信号进行采集、分析和计算，得出实时温湿度值，并通过TCP/IP协议上传至网络；客户端通过访问特定的网址就可以进行温湿度数据的实时远程读取和设置. 服务器端程序工作流程如图3所示.

图2 监控系统软件结构图

3.3 温湿度数据的采集与计算

本设计使用NI PCI-6221采集卡，因为6221采集卡支持LabVIEW的DAQmx驱动，所以可以利用DAQmx驱动完成. 在数据采集模块，最重要的就是采集参数的设置. 本设计总共用了4个模拟输入通道，所以采用了多通道单采样，这样DAQmx读取会把所有模拟通道的数据读取出来并合并成一个一维数组，在数组中，索引为0的元素就是模拟输入通道0的采集的数据. 因为温度传感器是线性输出，所以通道0、1数据相加除以2乘100就是温度值，湿度同理. 温度数据采集程序框图如图4所示.

3.4 温湿度数据保存程序设计

图3 服务器端程序流程图

为了方便用户存储和管理数据，本设计利用LabSQL和Access数据库编了一个数据库子程序，该模块首先选择和建立数据库，之后利用LabSQL把 采集到的数据存储到数据库中. LabSQL是一款很实用的LabVIEW数据库工具，它几乎可以访问所有类型的数据库，并且使用起来比较方便，也比较简单.温湿度数据保存程序框图如图5所示.

3.5 TCP/IP通信程序设计

基于LabVIEW的远程温湿度监控系统最重要的就是两机之间的通讯，TCP/ IP协议是网络通信最常用的网络协议，因此本次设计的网络通讯也是基于TCP/IP编写实现. 因为LabVIEW对TCP/IP进行了高度集成，所以用户只需要进行简单的编程就能够在LabVIEW实现通信. 只有String格式的数据才能在LabVIEW的

TCP/IP通讯中进行传输，所以采集的数据在传输前都必须转化成String格式，这时就要用到强制类型转换（Type Cast）函数. 图6是两机TCP/IP通信的流程图.

图4 温度数据采集程序框图

图5 温湿度数据报表程序框图

4 系统调试

软件设计和硬件配置完成后就可以进行调试. 在实际运行中，把NI PCI-6221的模拟通道0~3用作两个LM32D和两个HTG3515CH的输入，数字通道Port0、1用作加热通道和降温通道继电器的输入. 硬件和计算机连接完毕后，设置好参数，运行程序，程序结果会在前面板中显示出来，图7是系统运行结果，其中（a）图为服务端运行结果，（b）图是客户端运行结果前面板.

图6 TCP/IP通信流程图

5 总结

本文基于LabVIEW 虚拟仪器技术，结合PCI-6221数据采集和温湿度传感器等硬件，采用TCP/IP通信和数据库等技术，开发了一套温湿度远程监控系统. 实验表明该系统不仅能够实现温湿度数据的远程采集、控制与保存，而且具有精度高、稳定性好等优点.

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图7 系统运行结果

Abstract:In view of the widespread application of temperature and humidity monitoring in the field of industry and agriculture, a design of remote temperature and humidity monitoring system based on LabVIEW is proposed. The hardware of the system is composed of temperature and humidity sensors, PCI6221 data acquisition card and related signal conditioning circuit. The monitoring software of the system is developed by LabVIEW virtual instrument technology, TCP/IP network communication technology and database technology, which can realize remote collection, control and storage of temperature and humidity.

Key words:LabVIEW; temperature and humidity; remote monitoring

The Design of Remote Temperature and Humidity Monitoring System Based on LabVIEW

XU Wei, YU Chunfei, AI Weiqing
(School of Electrical and Automation Engineering, Changshu Institute of Technology, Changshu 215500, China)

TP23

A

1008-2794（2017）04-0071-04

2017-05-21

徐伟，实验师，硕士，研究方向：计算机先进控制技术， E-mail：xu_wei985@163.com.