基于LabVIEW的热舒服测试系统

0 引 言
　　在暖通空调范围，随着测试技艺的生长及测试要求的不时提高，一些具有与计算机直接通讯功用的高精度温湿度测试仪表曾经在科研和工程中被普遍运用。但是关于整个测试系统而言，单个仪器本身存在一些限定：仪器本身只好显示某一时间点的数据，无法看到参数的及时改变趋向；仪器本身缺乏数据处置才干，而某些测试场所须要不一样测量仪表所测参数举行计算而得出有使用价值的分析目标，比如PMV(预测平均评价)、PPD(预测不满意百分比)；受仪器本身记忆卡内存的限定，仪器只好存储有限量个数据。与此同时，各个品牌的仪表与计算机通讯的方式不完全类似，有RS 232串行通讯、GPIB总线通讯等。因而，如何把这些仪表整合到同一个平台上，开发一个功用强悍的综合测试系统已成为一个新的工程使用方向。
　　1 室内温湿度测量仪表
　　本设计采用一款多功用的室内气流测量仪表，议决挑选不一样的探头，测量温度、湿度、风速、风压、风量、二氧化碳浓度、湿球温度、露点温度及水蒸气含量等参数。仪表本身带有信号输出功用，议决USB或许RS 232接口可以直接与计算机举行通讯。但是在整个测试系统中，还须要与其他测量仪器所测试参数结合在一同举行分析，系统软件LabVIEW就能满足这个要求。
　　2 LabVIEW的优点与运用
　　LabVIEW是美国国度仪器公司推出的创新软件产品，是现在使用最广、生长最快、功用最强的图形化软件开发集成环境，被视为一个规范的数据采集和仪器控制软件。它既可以议决波形图像静态及时地显示仪器测得的数据，又可以及时分析处置波形，显示数据，得到用户最后须要得到的各种参数，从而防止等到采集完毕后须要议决其他的软件来举行数据处置的疑问。
LabVIEW软件最大的特征是，可以把不一样通讯协议与通讯方式的仪器综合地开发到同一平台上，其包括了各种仪器通讯总线规范的功用函数，不只提供数百种不一样接口测试仪器的驱动顺序，还支持VISA，SCPI和IVI等最新的顺序软件规范，为用户设计开发不一样的先进测试系统，提供软件支持。本设计议决使用Lab-VIEW的 VISA节点，设计一种USB串口通讯顺序。
　　3 热温馨测试系统
　　本设计的目的是议决温湿度、风速等测试仪表采集及时数据，议决对数据的分析计算，得出热温馨的PMV和PPD，设计原理如图1所示。要完成该功用，最先必需处理数据采集疑问，即仪器与LabVIEW之间的通讯顺序；其次是要编写计算PMV与PPD的顺序。

　　3.1 测量仪器与LabVIEW的通讯
　　LabVIEW中的VISA节点用于串口通讯。议决LabVIEW中VISA函数完成串口原始化、串口写、读、检测并清空缓存、关闭去完成仪器与LabVIEW通讯。在顺序运转时，测量仪器配置为USB衔接。顺序运转时可以议决循环距离时间配置采集时间距离。
　　3.2 数据的记载
　　议决文件I／O函数举行采集数据的记载与保管。议决翻开、格式化、写入、关闭文原本完成采集数据的记载。
　　3.3 数据的在线显示
　　议决生成表格和波形图来显示在线数据。由于电子表格和波形图输进必需是数值，而读取缓冲区的数据是字符串，在顺序设计时必需对字符串与数值举行转换，才干在波形图中显示。
　　3.4 PMV与PPD顺序设计
　　议决反响人体对热平衡的偏离水平的人体热负荷得出PMV目标，计算公式如下：

式中：M为人体能量代谢率(单位：W／m2)；W为人体所做机械功(单位：W／m2)；Pa为人体四周水蒸气分压力(单位：Pa)；ta为人体四周空气温度 (单位：℃)；fcl为服装面积系数；tcl为衣服外表面温度(单位：℃)；tr为平均辐射温度(单位：℃)；hc为对流换热系数(单位：W／(m2·K))；Icl为服装热阻(单位：m2·℃／W)；var为平均风速(单位：m／s)。
　　针对以上五个公式，运用LabVIEW编写PMV，PPD计算顺序。由式(2)可知，tcl的计算是一个迭代流程，它议决LabVIEW中While循环构造完成；hc，fcl议决条件构造举行判别，开头将式(2)～式(4)代入式(1)求出PMV。详细顺序如图2所示。

　　为了验证顺序的正确性，运用Matlab编写类似的计算顺序，与LabVIEW计算后果比拟。议决一天测试的后果，比拟曲线如图3所示。由图可看出，不论是改变趋向，照旧各个测试时辰的数据点都完全吻合。由此得出，LabVIEW的数据后期处置功用强悍且固定。

　　4 后果与分析
　　4.1 系统运转后果
　　图4显示了数据采集以及PMV，PPD计算的在线显示后果。由采集到的4个参数rh，ta，v，tr与输进参数m，CLO一同议决顺序运算，得到PMV，PPD后果。

　　4.2 系统功用测试后果与分析
　　4.2.1 采样频率关于测试系统的影响
　　某些测试系统在工程运用中会出现随着系统延续运转时间的延伸，而采样速度越来越慢的情况，直到系统崩溃。这里检验采样频率对测试系统的影响。本设计中仪器的最高出样频率为10 Hz。实验中，辨别采用10 Hz，8 Hz，4 Hz的采样频率对测试系统举行延续测试，测试后果如图5所示。由图可看出，采样频率随着测试时间的延伸，不时的衰减。采样频率越高，衰减的越快，越快速。当以10 Hz采样时，系统运转不到5 min就开端崩溃；当以4 Hz采样时，系统也只好平均运转30 min。不论是采用高的采样频率，照旧低的采样频率，只需是系统延续运转，系统早晚都会出现崩溃。因而，可以得出，采样频率不是招致测试系统崩溃的原由。
4.2.2 数据记载关于测试系统的影响
　　测试系统议决创立文件记载数据，波形显示记载数据，表格显示记载数据三种方式来记载数据。鉴于上面提到的计算机运转崩溃的疑问，在10 Hz的采样频率下，辨别测试在三种记载数据的情况下计算机的运转情况。图6表示了以10 Hz的采样频率测试时计算机CPU和内存的运用情况。从图中看出，创立文件和波形显示记载数据时，计算机的运转固定，CPU运用率在7％左右，内存占用 75 000 KB左右；当采用表格记载数据时，系一致开端运转，计算机的CPU运用率和内存占用空间都在不时长高，直到系统运转到4 min时，CPU的运用率到达100％，系统崩溃。
 
　　在 4.2.1节中系统以10 Hz采样时，采样频率也是在第4 min的时辰开端衰退，两者出现的时间点吻合。鉴于上述情况，实验觉察，当LabVIEW系统采用内置表格记载数据时，记载的数据不时占用系统内存，直至计算机崩溃，最后招致测试系统的崩溃，使得出现采样频率继续衰减的现象。

　　4.3 测试系统改进与分析
　　鉴于上述疑问的所在，在举行系统改进时，照旧采用三种方式记载数据，只是在表格记载数据时，限定表格记载数据的内存大小。阅历改进后的顺序以10 Hz的采样频率测试，测试后果如图7所示。从图中看出，改进后的测试系统在延续运转5 h，采样频率仍然固定，计算机内存只是在开端的3 min内添加，之后抵达一个固定值。CPU的运用率一样是在开端的3 min内有所添加，之后快速回到7％并坚持固定。

　　5 结语
　　该系统阅历长时间的测试，运转固定。实验后果标明，通讯安全、牢靠；计算机得到了及时精确的测量数据；顺序对测量数据的后期处置功用强悍，界面友善美观，能满足非少数场所下的热温馨性测试。缺乏之处在于传输速度不高，传输距离不远，这是遭到串口通讯的限定。另外，由于系统内存大小的限定，及时看到的数据量有限，一切测试数据必需等测试完毕后翻开文本检查。本设计为10通道串口通讯热温馨测试系统，至于不是串口通讯的测量仪器，只需能提供输出信号，采样一样的方法也可以接入到本测试系统中。现在，该系统曾经运用于小空间热温馨的测试。但是，如今的实践测试中须要测试几百，甚至几千几万个点，最后得出整个测试区域的温度场、湿度场、浓度场等，进而可以与计算机模拟场举行比拟，因而，议决上述揣摩的方法完成测试点扩张成为后续须要处理的疑问。