虚拟仪器和PIC单片机在储水式电热水器测温中的应用

黄智

摘 要：针对在储水式电热水器测温中基于普通单片机和C语言的测试方法存在编程复杂、采集速度慢、精度偏低和无法在计算机中同步显示等问题，提出了基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的多路温度测量方法。该方法与其他测试方法相比，具有可靠性高、操作简单、精度高等优点，非常适合应用于储水式电热水器多路温度数据的采集和处理中。

关键词：电热水器测温；多路温度信号；PIC单片机；LabVIEW虚拟仪器软件

中图分类号：TP274+.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0043-02

电热水器作为直接使用电能加热提供热水的家用电器，因其具有便于安装、使用方便、安全等特点，在国内已被广泛应用。电热水器性能的提高和改善也受到了各家电企业的关注。

本文以储水式电热水器为重点研究对象。在电热水器的性能测试中，对其各部分温度信号的测量是尤为关键和重要的。所以，本文介绍的技术主要是应用于电热水器性能测试中对温度信号的采集和测量的，并通过采集的温度数据来有效控制出水温度，提高沐浴的舒适度。

在国内，许多家电企业都开发了基于低速单片机与计算机编程软件（比如VC++）的数据采集测试系统，并逐渐将其应用于电热水器温度信号采集测试中。在早期，该测试方法有成本较低、实现简单等特点，但是随着科技的进步，该测试方法也暴露出采集速度慢、编程复杂、精度低、上位机显示差等缺点，不能完全满足现在对电热水器多路温度数据采集处理的要求。

针对电热水器温度测量中基于低速单片机和VC++的温度信号检测方法存在编程复杂、采集速度慢、精度低和显示效果差等问题，提出了基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的电热水器温度信号的测量方法。

1 虚拟仪器软件LabVIEW和PIC单片机

1.1 虚拟仪器软件LabVIEW

虚拟仪器技术是当今计算机辅助测试领域一项重要的技术，它是随着军用测量技术的发展而衍生出来的。虚拟仪器的核心思想就是利用计算机丰富的系统资源和高速处理能力，将硬件设备完成的测试功能用软件方法实现。

LabVIEW 软件已经从最初简单的数据采集和仪器控制的工具发展成科技人员用来设计、发布虚拟仪器软件的图形化平台，成为了测试、测量和控制行业的标准软件平台。

1.2 PIC单片机

PIC系列产品具有指令集精简、代码压缩率高、功耗低、驱动能力强、运行速度快等特点。基于这些优势，使PIC系列单片机在多路数据采集测试中被广泛应用。

在PIC系列单片机中，8位单片机凭借其功能完善、性价比高、兼容性好的优势，被广泛应用于汽车、家电等领域。本文主要介绍的就是PIC16F883型号的8位单片机。该单片机有4 K的程序存储器，512字节的数据存储器，10位A/D的转换精度，同时，有多达11路的模拟信号输入通道，高达20 MHz的时钟频率，非常适合对多路模拟信号的采集和处理。

2 基于LabVIEW和PIC的信号采集与处理

基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的温度信号测量原理框图，如图1所示。从图1中可以看出，通过布置在电热水器对应位置的温度传感器（热敏电阻）获得了初始数据后，依靠LabVIEW编写的采集显示程序加上配套的PIC高速数据采集模块，对初始数据进行高速采集并加以保存。

2.1 多路温度信号的LabVIEW采集

温度信号属于快速连续变化的信号，在传统的电热水器温度测试中，常常利用低速微芯片（单片机）系统来实现多路变化温度信号的采集。但由于该类型的芯片响应速度慢、多线程处理能力不足，可能会出现信号漏采、误采等问题。

图2为利用LabVIEW软件与PIC16F883单片机配合实现多路温度信号采集原理图。

从图2中可以看出，当设置在电热水器内胆上的多个温度传感器探测到温度变化时，通过信号线把温度信号1、温度信号2直到温度信号n传输到PIC芯片中进行信号的采集和初步处理，并把转换后的数据存入数据缓冲区中，等待上位机的读取。

2.2 多路温度信号的LabVIEW处理

利用新型的LabVIEW虚拟仪器软件可以最大程度地发挥虚拟仪器的优势，在编程处理上完全脱离了烧写微芯片程序过程烦琐、程序编写复杂的问题，同时，配合PIC高速单片机芯片可以很精确地取得多路温度信号数据，以此来提高测量的精度。

本文介绍的测试处理方法是基于G语言的LabVIEW来编写的。该软件不仅编程简单、人机界面友好，还易于实时修改，非常适合应用于当前多路温度测试系统中。

2.3 LabVIEW软件处理

LabVIEW软件程序主要是读取采集到的多路温度信号，并在相应窗口中显示，按实际需求对信号进行比较处理。这样就实现了对电热水器内胆上各点温度信号的采集显示和处理。

3 温度采集处理

当把LabVIEW虚拟仪器技术应用于多路温度信号测量系统中时，完全可以构建出新型的电热水器多路温度信号测量系统。在能效测试实验中，使用构建的新系统对电热水器内胆上的各点进行温度测试，并通过LabVIEW编写的软件采集和处理数据，得到多路温度数据曲线，并通过各个曲线得到相应的最高和最低温度点。

由此可以看出，基于LabVIEW虚拟仪器软件技术构建的新系统，实现了对多路温度信号的采集和处理，获得了相应的实验数据，用PIC单片机内置的10位高精度A/D精确采集出多路温度信号，并通过串口通讯显示和保存了采集到的温度信号。很明显，在同时满足采样率快、精度高和编程简易的基础上，新方法构建的系统具有很大的优势。

4 结论

实验表明，基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机的测量方法与其他测试方法相比，具有可靠性高、操作简单，精度高等优点，非常适合应用于电热水器测温系统中，充分体现了LabVIEW虚拟仪器技术和PIC高速单片机处理技术在多路温度信号测量中的优越性。将这些技术应用于电热水器内胆上多路温度信号的测试中，对提高家电测试的效率、精确度和操作性发挥重要的作用。随着虚拟仪器技术和PIC单片机处理技术的进一步发展，该方法将会不断得到完善和扩充，进而被应用于更多的测试系统中，发挥出巨大的作用。

参考文献

[1]高聪杰，李松岩，徐赫.基于LabVIEW的信号输出与数据采集系统[J].微计算机信息，2008（19），135-136.

[2]陈锡辉.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

〔编辑：白洁〕

摘 要：针对在储水式电热水器测温中基于普通单片机和C语言的测试方法存在编程复杂、采集速度慢、精度偏低和无法在计算机中同步显示等问题，提出了基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的多路温度测量方法。该方法与其他测试方法相比，具有可靠性高、操作简单、精度高等优点，非常适合应用于储水式电热水器多路温度数据的采集和处理中。

关键词：电热水器测温；多路温度信号；PIC单片机；LabVIEW虚拟仪器软件

中图分类号：TP274+.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0043-02

电热水器作为直接使用电能加热提供热水的家用电器，因其具有便于安装、使用方便、安全等特点，在国内已被广泛应用。电热水器性能的提高和改善也受到了各家电企业的关注。

本文以储水式电热水器为重点研究对象。在电热水器的性能测试中，对其各部分温度信号的测量是尤为关键和重要的。所以，本文介绍的技术主要是应用于电热水器性能测试中对温度信号的采集和测量的，并通过采集的温度数据来有效控制出水温度，提高沐浴的舒适度。

在国内，许多家电企业都开发了基于低速单片机与计算机编程软件（比如VC++）的数据采集测试系统，并逐渐将其应用于电热水器温度信号采集测试中。在早期，该测试方法有成本较低、实现简单等特点，但是随着科技的进步，该测试方法也暴露出采集速度慢、编程复杂、精度低、上位机显示差等缺点，不能完全满足现在对电热水器多路温度数据采集处理的要求。

针对电热水器温度测量中基于低速单片机和VC++的温度信号检测方法存在编程复杂、采集速度慢、精度低和显示效果差等问题，提出了基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的电热水器温度信号的测量方法。

1 虚拟仪器软件LabVIEW和PIC单片机

1.1 虚拟仪器软件LabVIEW

虚拟仪器技术是当今计算机辅助测试领域一项重要的技术，它是随着军用测量技术的发展而衍生出来的。虚拟仪器的核心思想就是利用计算机丰富的系统资源和高速处理能力，将硬件设备完成的测试功能用软件方法实现。

LabVIEW 软件已经从最初简单的数据采集和仪器控制的工具发展成科技人员用来设计、发布虚拟仪器软件的图形化平台，成为了测试、测量和控制行业的标准软件平台。

1.2 PIC单片机

PIC系列产品具有指令集精简、代码压缩率高、功耗低、驱动能力强、运行速度快等特点。基于这些优势，使PIC系列单片机在多路数据采集测试中被广泛应用。

在PIC系列单片机中，8位单片机凭借其功能完善、性价比高、兼容性好的优势，被广泛应用于汽车、家电等领域。本文主要介绍的就是PIC16F883型号的8位单片机。该单片机有4 K的程序存储器，512字节的数据存储器，10位A/D的转换精度，同时，有多达11路的模拟信号输入通道，高达20 MHz的时钟频率，非常适合对多路模拟信号的采集和处理。

2 基于LabVIEW和PIC的信号采集与处理

基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的温度信号测量原理框图，如图1所示。从图1中可以看出，通过布置在电热水器对应位置的温度传感器（热敏电阻）获得了初始数据后，依靠LabVIEW编写的采集显示程序加上配套的PIC高速数据采集模块，对初始数据进行高速采集并加以保存。

2.1 多路温度信号的LabVIEW采集

温度信号属于快速连续变化的信号，在传统的电热水器温度测试中，常常利用低速微芯片（单片机）系统来实现多路变化温度信号的采集。但由于该类型的芯片响应速度慢、多线程处理能力不足，可能会出现信号漏采、误采等问题。

图2为利用LabVIEW软件与PIC16F883单片机配合实现多路温度信号采集原理图。

从图2中可以看出，当设置在电热水器内胆上的多个温度传感器探测到温度变化时，通过信号线把温度信号1、温度信号2直到温度信号n传输到PIC芯片中进行信号的采集和初步处理，并把转换后的数据存入数据缓冲区中，等待上位机的读取。

2.2 多路温度信号的LabVIEW处理

利用新型的LabVIEW虚拟仪器软件可以最大程度地发挥虚拟仪器的优势，在编程处理上完全脱离了烧写微芯片程序过程烦琐、程序编写复杂的问题，同时，配合PIC高速单片机芯片可以很精确地取得多路温度信号数据，以此来提高测量的精度。

本文介绍的测试处理方法是基于G语言的LabVIEW来编写的。该软件不仅编程简单、人机界面友好，还易于实时修改，非常适合应用于当前多路温度测试系统中。

2.3 LabVIEW软件处理

LabVIEW软件程序主要是读取采集到的多路温度信号，并在相应窗口中显示，按实际需求对信号进行比较处理。这样就实现了对电热水器内胆上各点温度信号的采集显示和处理。

3 温度采集处理

当把LabVIEW虚拟仪器技术应用于多路温度信号测量系统中时，完全可以构建出新型的电热水器多路温度信号测量系统。在能效测试实验中，使用构建的新系统对电热水器内胆上的各点进行温度测试，并通过LabVIEW编写的软件采集和处理数据，得到多路温度数据曲线，并通过各个曲线得到相应的最高和最低温度点。

由此可以看出，基于LabVIEW虚拟仪器软件技术构建的新系统，实现了对多路温度信号的采集和处理，获得了相应的实验数据，用PIC单片机内置的10位高精度A/D精确采集出多路温度信号，并通过串口通讯显示和保存了采集到的温度信号。很明显，在同时满足采样率快、精度高和编程简易的基础上，新方法构建的系统具有很大的优势。

4 结论

实验表明，基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机的测量方法与其他测试方法相比，具有可靠性高、操作简单，精度高等优点，非常适合应用于电热水器测温系统中，充分体现了LabVIEW虚拟仪器技术和PIC高速单片机处理技术在多路温度信号测量中的优越性。将这些技术应用于电热水器内胆上多路温度信号的测试中，对提高家电测试的效率、精确度和操作性发挥重要的作用。随着虚拟仪器技术和PIC单片机处理技术的进一步发展，该方法将会不断得到完善和扩充，进而被应用于更多的测试系统中，发挥出巨大的作用。

参考文献

[1]高聪杰，李松岩，徐赫.基于LabVIEW的信号输出与数据采集系统[J].微计算机信息，2008（19），135-136.

[2]陈锡辉.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

〔编辑：白洁〕

摘 要：针对在储水式电热水器测温中基于普通单片机和C语言的测试方法存在编程复杂、采集速度慢、精度偏低和无法在计算机中同步显示等问题，提出了基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的多路温度测量方法。该方法与其他测试方法相比，具有可靠性高、操作简单、精度高等优点，非常适合应用于储水式电热水器多路温度数据的采集和处理中。

关键词：电热水器测温；多路温度信号；PIC单片机；LabVIEW虚拟仪器软件

中图分类号：TP274+.2 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）07-0043-02

电热水器作为直接使用电能加热提供热水的家用电器，因其具有便于安装、使用方便、安全等特点，在国内已被广泛应用。电热水器性能的提高和改善也受到了各家电企业的关注。

本文以储水式电热水器为重点研究对象。在电热水器的性能测试中，对其各部分温度信号的测量是尤为关键和重要的。所以，本文介绍的技术主要是应用于电热水器性能测试中对温度信号的采集和测量的，并通过采集的温度数据来有效控制出水温度，提高沐浴的舒适度。

在国内，许多家电企业都开发了基于低速单片机与计算机编程软件（比如VC++）的数据采集测试系统，并逐渐将其应用于电热水器温度信号采集测试中。在早期，该测试方法有成本较低、实现简单等特点，但是随着科技的进步，该测试方法也暴露出采集速度慢、编程复杂、精度低、上位机显示差等缺点，不能完全满足现在对电热水器多路温度数据采集处理的要求。

针对电热水器温度测量中基于低速单片机和VC++的温度信号检测方法存在编程复杂、采集速度慢、精度低和显示效果差等问题，提出了基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的电热水器温度信号的测量方法。

1 虚拟仪器软件LabVIEW和PIC单片机

1.1 虚拟仪器软件LabVIEW

虚拟仪器技术是当今计算机辅助测试领域一项重要的技术，它是随着军用测量技术的发展而衍生出来的。虚拟仪器的核心思想就是利用计算机丰富的系统资源和高速处理能力，将硬件设备完成的测试功能用软件方法实现。

LabVIEW 软件已经从最初简单的数据采集和仪器控制的工具发展成科技人员用来设计、发布虚拟仪器软件的图形化平台，成为了测试、测量和控制行业的标准软件平台。

1.2 PIC单片机

PIC系列产品具有指令集精简、代码压缩率高、功耗低、驱动能力强、运行速度快等特点。基于这些优势，使PIC系列单片机在多路数据采集测试中被广泛应用。

在PIC系列单片机中，8位单片机凭借其功能完善、性价比高、兼容性好的优势，被广泛应用于汽车、家电等领域。本文主要介绍的就是PIC16F883型号的8位单片机。该单片机有4 K的程序存储器，512字节的数据存储器，10位A/D的转换精度，同时，有多达11路的模拟信号输入通道，高达20 MHz的时钟频率，非常适合对多路模拟信号的采集和处理。

2 基于LabVIEW和PIC的信号采集与处理

基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机技术的温度信号测量原理框图，如图1所示。从图1中可以看出，通过布置在电热水器对应位置的温度传感器（热敏电阻）获得了初始数据后，依靠LabVIEW编写的采集显示程序加上配套的PIC高速数据采集模块，对初始数据进行高速采集并加以保存。

2.1 多路温度信号的LabVIEW采集

温度信号属于快速连续变化的信号，在传统的电热水器温度测试中，常常利用低速微芯片（单片机）系统来实现多路变化温度信号的采集。但由于该类型的芯片响应速度慢、多线程处理能力不足，可能会出现信号漏采、误采等问题。

图2为利用LabVIEW软件与PIC16F883单片机配合实现多路温度信号采集原理图。

从图2中可以看出，当设置在电热水器内胆上的多个温度传感器探测到温度变化时，通过信号线把温度信号1、温度信号2直到温度信号n传输到PIC芯片中进行信号的采集和初步处理，并把转换后的数据存入数据缓冲区中，等待上位机的读取。

2.2 多路温度信号的LabVIEW处理

利用新型的LabVIEW虚拟仪器软件可以最大程度地发挥虚拟仪器的优势，在编程处理上完全脱离了烧写微芯片程序过程烦琐、程序编写复杂的问题，同时，配合PIC高速单片机芯片可以很精确地取得多路温度信号数据，以此来提高测量的精度。

本文介绍的测试处理方法是基于G语言的LabVIEW来编写的。该软件不仅编程简单、人机界面友好，还易于实时修改，非常适合应用于当前多路温度测试系统中。

2.3 LabVIEW软件处理

LabVIEW软件程序主要是读取采集到的多路温度信号，并在相应窗口中显示，按实际需求对信号进行比较处理。这样就实现了对电热水器内胆上各点温度信号的采集显示和处理。

3 温度采集处理

当把LabVIEW虚拟仪器技术应用于多路温度信号测量系统中时，完全可以构建出新型的电热水器多路温度信号测量系统。在能效测试实验中，使用构建的新系统对电热水器内胆上的各点进行温度测试，并通过LabVIEW编写的软件采集和处理数据，得到多路温度数据曲线，并通过各个曲线得到相应的最高和最低温度点。

由此可以看出，基于LabVIEW虚拟仪器软件技术构建的新系统，实现了对多路温度信号的采集和处理，获得了相应的实验数据，用PIC单片机内置的10位高精度A/D精确采集出多路温度信号，并通过串口通讯显示和保存了采集到的温度信号。很明显，在同时满足采样率快、精度高和编程简易的基础上，新方法构建的系统具有很大的优势。

4 结论

实验表明，基于LabVIEW虚拟仪器软件和PIC高速单片机的测量方法与其他测试方法相比，具有可靠性高、操作简单，精度高等优点，非常适合应用于电热水器测温系统中，充分体现了LabVIEW虚拟仪器技术和PIC高速单片机处理技术在多路温度信号测量中的优越性。将这些技术应用于电热水器内胆上多路温度信号的测试中，对提高家电测试的效率、精确度和操作性发挥重要的作用。随着虚拟仪器技术和PIC单片机处理技术的进一步发展，该方法将会不断得到完善和扩充，进而被应用于更多的测试系统中，发挥出巨大的作用。

参考文献

[1]高聪杰，李松岩，徐赫.基于LabVIEW的信号输出与数据采集系统[J].微计算机信息，2008（19），135-136.

[2]陈锡辉.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

〔编辑：白洁〕