基于LabVIEW技术的温度检测系统

引言

在许多工业生产和科学实验过程中，温度参数的检测和控制都非常重要。随着工业检测技术和自动化程度的不断提高，对温度检测的要求也越来越高。但是，测温时经常会受到各种干扰而影响检测精度，因而需要对检测量进行滤波等处理。传统测温仪表一般都是通过硬件电路实现的,但这种方式存在电路复杂、成本较高、性能不稳定等问题，同时，仪表的功能开发也得受到局限丄，而以虚拟仪器为主的虚拟检测技术则能够较好地解决这些问题。为此，本文提出了基于LabVIEW技术为核心，以计算机、数据釆集卡等器件为硬件平台的温度检测系统的设计方法。

1  温度检测系统组成及LabVIEW简介

1.1 温度检测系统组成

基于LabVIEW技术的温度检测系统组成如图1所示，主要包括硬件和软件两部分。系统由计算机、数据采集卡、温度传感器和信号调理电路等器件构成系统硬件平台，并以微软WINXP操作系统和LabVIEW虚拟软件为操作平台。利用LabVIEW虚拟软件进行编程,可将传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合构成一台从外观到功能都完全与传统仪器相同，可实现诸如温度显示、数字滤波、统计分析等多种功能，而且只需通过修改虚拟仪器的程序即可改变系统功能和规模新系统。

图1说明了该系统的工作过程，其中温度传感器可把被测温度转化为模拟电压信号，在进行放大滤波后，将模拟电压信号通过数据采集卡转化为数字信号，输入到计算机由LabVIEW虚拟软件进行编程,并对信号进行处理，从而实现系统所需的各项功能。设计中，LabVIEW的编程是整个工作的核心。

1.2 LabVIEW简介

LabVIEW是NI公司推出的虚拟仪器开发工具，它采用图形化编程语言篇。其功能强大而灵活,既可以和采集设备、控制设备等硬件进行通信，也可以和GPIB、PXI、RS232、VXI仪器通信，因而简化了拟仪器的开发过程，缩短了系统开发和调试时间，可广泛应用于工业自动化、试验测量、数据采集及处理等各个领域。LabVIEW提供有完成数据采集、分析、显示存储数据和仪器控制等应用所需要的工具。一般利用LabVIEW开发的应用程序主要包括前面板和框图两部分。

2  硬件设计

基于虚拟技术的温度检测系统的硬件部分主要为所开发的虚拟温度检测软件提供运行平台，通常由计算机、温度传感器、信号调理电路和数据采集卡器件组成。系统中所用的计算机可以选用一般的通用型PC。下面仅就硬件设计中几个主要集成件的选择和设计进行介绍。

2.1数据采集卡

考虑到LabVIEW软件所能提供的驱动支持，数据采集卡选用中泰公司(NationalInstrument)生产的PCI-8333可以省去二次开发驱动程序的工作量；而且,PCI-8333数据卡能为系统提供12位16通道的模拟单端输入(A/D),采样速率可达100kHz,能够满足多通道检测的需要。

数据采集卡使用时，需要安装DeviceManager和32bitDLL驱动，有关安装可参阅有关文献及中泰公司提供的相关使用手册。

2.2 温度信号的采集

温度信号采集可根据检测环境的要求选用各种温度传感器，如AD59O、MR—58、PT100等，只需将环境温度的变化转换成不同的电压值即可。本设计中主要选用了AD590温度传感器和MR-58型正温度系数热敏传感器。

AD590是美国AD公司生产的单片集成两端感温电流源，其主要特性有：流过器件的电流(mA)等于器件所处环境的热力学温度度数，测温范围为一55〜﹢150°C,电源电压范围为4〜30V。设计时，可将AD59O与一电阻串联，接在+5V电源和地中，串联电阻的阻值可从1〜10k自由选择，由于AD590是电流输出器件，流入电阻的电流只与环境的温度有关，所以，只需用测量出Vo的电压值除以电阻的阻值,就可以得到从AD590流出的电流。

MF-58属突变型PTC热敏电阻，它的标称电阻值是50-560,这里取100。，电阻温度系数为1%〜4%,取其攻=2%,测温范围为一50〜150笆，热敏电阻的激励电源可选择直流5V的电压源。

2.3 信号调理器件

为了简化设计过程,考虑到各种温度传感器不同的输出特性,本设计选择了一款宇电公司生产的AI-501智能数字显示报警仪表，该表具有可编程模块化输入规格，性价比较好，可支持多种热电偶、热电阻、电压、电流及二线制变送器输入，因此有较好的通用性四。另外，其测量精度高达0.2级,支持温度变送输出功能,可作为0.3级精度的温度变送器，同时还具备电流变送输出功能。

3  软件设计

软件设计部分是系统设计的核心,它具有对采集信号离线分析或信号在线分析、处理、显示、保存等功能。程序设计和开发是基于LabVIEW虚拟软件平台进行的，主要包括前面板和程序框图两部分，鉴于篇幅,本文对信号转换等编程方式不再赘述。

3.1 前面板设计

PCI-8333支持16个输入模拟通道，由于利用的是DAQmx函数模块采集数据，而且是电压数据，这样就必须用到数组，而且数组的类型是显示型数组，如果数组的定义类型发生错误，那么将无法通过编译，而必须要将其定义成显示型数组，其实现方法是:在功能选板上面定义一个数组控件当数据采集运算部分设计完成后，还要设置温度波形和数值的显示功能，这时可从功能选板中定义一个图表显示控件、一个温度显示控件和一个温度仪表显示控件,这样就完成了如图2所示的前面板设计。

3.2 程序框图设计

通过数据采集助手DAQAssistant图形化设置工具可对数据采集卡进行设置。数据采集卡输入的是模拟电压信号,检测时可将采集的电压数据依次放入数组中。为提高采集精度，可对数组中的电压元素进行任意数量的索引(本设计取了六个)并放在For循环框中，再对其求和后取平均值，依次放入一个新的数组中，对所求得的电压值与依靠Case选择框划分的区间段电压值进行比较;然后根据对应区间电压与温度的比例关系计算出相应的温度值，并交数值显示控件显示其对应采集转换后的区间段温度值，而其他区间温度显示控件则不显示数值;最后将这些温度值求和并显示，其显示程序模块如图3所示。