基于虚拟仪器的温度检测技术研究*

2017-12-06张光华

化工自动化及仪表 2017年10期

关键词：虚拟仪器仪表计算机

赵玲张光华牟仪

(东北石油大学a. 计算机与信息技术学院；b. 电气信息工程学院)

基于虚拟仪器的温度检测技术研究*

赵玲a张光华b牟仪a

(东北石油大学a. 计算机与信息技术学院；b. 电气信息工程学院)

引入了虚拟仪器的概念，介绍了虚拟仪器的工作原理，分析了温度检测系统的总体构成，描述了温度参数采集的图示与串口接收数据的方式，构建了基于LabVIEW软件的温度自动检测系统。结合LabVIEW技术，对温度检测系统的上位机、下位机进行了硬件结构设计和软件程序设计。该系统可实现多检测点不间断检测和对电信号的采集。

温度检测系统虚拟仪器 LabVIEW

温度是工业生产和科学研究试验中一个重要的参数[1]。温度直接影响着研究的结果、测量的精度、反应的效果及设备的性能等，而温度控制的基础是温度测量[2]。生产生活与科学研究对温度测量精度的要求越来越高，测量仪表也从最早根据空气受热膨胀制作出的温度仪、带有水银的温度计、铂电阻温度计发展到热电偶，并且随着21世纪计算机和电子技术的飞速发展，发现传统的测温仪表已不适于保存温度数据以便进行后续统计和分析[3]。如今的温度测量仪表已不单单靠物理知识进行设计与研发，而是将计算机与电子技术、物理知识相结合。笔者介绍了一种基于虚拟仪器LabVIEW的温度测量装置的开发。

1 虚拟仪器和LabVIEW简介

1.1虚拟仪器

虚拟仪器是检测与计算机技术、通信技术有机结合的产物。虚拟仪器是基于计算机的仪器[4]，它的出现为测控技术的发展开启了新的方向。在虚拟仪器系统中，以强大而便捷的计算机软件系统代替传统仪器中某些复杂的硬件，可以在系统中应用计算机直接对测试信号的产生与测量特征进行解析，由计算机的软硬件资源来部分甚至整体地代替仪器完成它们的功能[5]。计算机和仪器的结合是仪器发展的一个重要目标, 驱动程序是应用程序与I/O软件的纽带。

1.2LabVIEW介绍

LabVIEW是由美国国家仪器(NI)公司研制并开发的一种程序开发环境，类似于 C 和 BASIC 开发环境[6]，但LabVIEW和其他计算机语言所不同的地方是其他计算机语言是基于文本语言所产生的代码，而LabVIEW是通过图形化编辑语言来编写的，产生框图形式的程序。由于该软件编程灵活，能整合成为专门测量、测试的内置装置，因此可用于编写各种程序，如压力、温度、测控及各种繁复的仿真系统[7]。当前虚拟仪器LabVIEW是世界上最通用的开发环境之一，它不但可以进行图形化的编程，更是包括了数据采集、数据分析、信号生成、信号处理及输入输出控制等在内的大量功能。

2 LabVIEW的应用

首先通过控制器收集实时的温度参数，然后把收集到的参数经过一系列处理后传输给上位机。由 LabVIEW虚拟系统自动生成温度信号，使用虚拟仪器LabVIEW进行控件读取，从而使得温度参数通过串口取出，在进行格式转换的同时，使它显示在前面板上，并且还可以进一步转换成华氏温度。通过对采集卡接收的信号进行数据处理并进行图形显示，同时采集处理后的数据与检验检测综合信息系统实现共享，从而通过温度采集监控实现对温度数据的采集、预处理、分析、储存和显示，实现仪表检验检测的自动出证。温度检测系统装置总体方案如图1所示。

图1 温度检测系统装置总体方案

由图1可知，温度检测系统主要由待测仪表、标准器、机电辅助、供电系统和数据采集系统组成。首先，将待测仪表安放到卡盘上，通过信号线快速连接头完成仪表与接线背板的连接，然后在机电辅助系统的控制下，待测仪表依次进入恒温箱中进行温度测定，在测定时，要注意对待测仪表的温度、电流、电阻和标准器的温度进行数据收集，通过模拟/数字转换后，变成数据采集卡需要收集的信号，之后交给软件系统进行最终的处理。温度检测系统的原理如图2所示。

图2 温度检测系统原理

3 系统结构

3.1硬件结构

温度检测系统的硬件结构如图3所示。

硬件系统实现对待测仪表温度、电流、电阻以及标准器电阻、温度等信号的采集，实际上对于温度变送器来说，温度的测量过程就是电流信号的测量，测量中将测得的温度信号转化为电流信号之后，电流信号送入放大滤波电路进行处理，将处理后的信号送入采集卡的模拟输入端，然后由A/D采集卡把接收到的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号，然后经过输入输出通道送入计算机进行后续的处理。因此，在硬件的设计上，主要采用NI公司的高精度数字万用表模块，实现各种参数的测量与采集。所使用的硬件设备见表1。

图3 温度检测系统的硬件结构

表1 所需硬件列表

3.2软件部分

温度检测系统是对温度仪表进行参数采集，并与标准的铂电阻温度计进行温度对比，从而对被检的温度仪表进行检测，系统软件的总体设计如图4所示。

图4 系统软件总体设计

其中，数据的收集、显示和处理是系统软件功能的重要构成部分。

首先，数据采集是该装置实施的关键和保证，若要正确地完成温度仪表的检测，就必须准确地采集被检仪表的电阻、电流、温度和标准器的温度值，并将它们做详细的对比。收集温度参数的同时还需要对它们进行储存，在储存时可以改变其储存路径。然后，系统收集到的温度参数传进温度显示系统开始进行处理。数据显示模块主要完成被检仪表和标准器参数的即时显示以及曲线对比显示等功能，它将采集的数据实时显示，并且绘制出每个被检温度仪表和标准器之间的实时曲线对比图，从而可以直观地看出每个被检温度仪表的实时状态。

上位机发送温控数据代码如下：

if(f){//f==1表示上位机要求发送温度数据

ES=0;//关闭串口中断

getTemperature(&H,&L);

serial_t(H);//发送温度高8位

serial_t(L);//发送温度低8位

f=0;

ES=1;//开串口中断

}

上位机接收温控数据代码如下：

void serial(void) interrupt 4 {

static unsigned char flag=0;//接收状态标志

if(RI==1){//接收中断标志位为1时

RI=0;//清除中断标志

if(SBUF==0xAA){//上位机要求发送温度数据

f=1;

}

4 结束语

笔者设计的基于虚拟仪器LabVIEW的温度检测系统能够准确地测量温度参数，并且系统下位机的构成简单，上位机对数据的检测一目了然，可以很好地满足多点温度检测的目的，具有较强的实用性。同时这套温度检测系统为了更准确地进行实验数据的收集，搭建了基于虚拟仪器LabVIEW的实验平台，这为实验结果的准确性提供了保障，避免了不必要的资源浪费，为最终提高相关产业效率打下了坚实的基础。

[1] 王敏. 基于LABVIEW的虚拟仪器系统的设计与实现[J].通讯世界，2016，(22):270.

[2] 孙毅刚，何进. 基于LabVIEW的高精度多通道温度测量系统[J].仪表技术与传感器,2017,(1):97～100.

[3] 孙毅刚，何进，李岐. 基于LabVIEW的多通道温度监测系统设计[J].现代电子技术,2017,40(8):183～186.

[4] 于洋，于文波，徐立波，等.虚拟仪器的发展现状及其应用[J].洛阳师范学院学报,2015,34(2):48～51.

[5] 林辉基，郭艳珠.基于LabVIEW的测温系统设计[J].电子设计工程,2010,18(8):79～81.

[6] 李世红. 基于LabVIEW 和单片机的温度监测系统设计[J].湖北农业科学,2014,54(19):4836～4839.

[7] 陈华豪. LabVIEW设计的虚拟仪器在化工过程中对压力和温度控制的应用[J].化工管理,2016,(2):12～13.

2017-07-09，

2017-07-14)

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TechnicalResearchonTemperatureDetectionBasedonLabVIEW

ZHAO Linga, ZHANG Guang-huab, MU Yia