基于LabVIEW双通道湿度监测系统的设计

吴勇灵，杨　娜，潘晓慧，王文江

(1. 黔南民族师范学院 物理与电子科学系，贵州 都匀 558000；2. 西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031)



基于LabVIEW双通道湿度监测系统的设计

吴勇灵1, 2，杨娜1，潘晓慧1，王文江1

(1. 黔南民族师范学院 物理与电子科学系，贵州 都匀 558000；2. 西南交通大学 电气工程学院，四川 成都 610031)

摘要以NI USB-6009数据采集卡、AMT2001湿度传感器模块、PC机等为硬件基础, LabVIEW软件为核心构建了双通道湿度监测系统。通过调试实验表明，该系统操作简单、运行稳定、性价比高，并具有湿度数据实时显示、声光超限报警、数据存储等功能，还具有延迟时间及湿度阈值参数设置灵活的特点，适用于不同领域湿度的实时性和精确性监测。

关键词LabVIEW; NI USB-6009；湿度传感器；监测系统

随着PC机的快速发展和虚拟仪器技术开发平台(LabVIEW)功能的不断完善，测量仪器由传统以硬件为中心的测量仪器向以软件为中心的测量仪器系统转变[1]。LabVIEW是一种图形化的编程语言，是标准的数据采集和仪器控制软件[2]，在进行湿度监测系统的设计中，为开发者提供了便捷途径。以湿度传感器与虚拟仪器技术相结合的湿度监测系统[3-5]具有数据存储及显示、声光超限报警等功能，具有开发周期短、扩展性强、性价比高等特点。本文设计的湿度监测系统除了具有上述功能外，延迟时间、湿度阈值等参数设置灵活，可满足用户对不同领域湿度监测的需求。

1硬件电路的设计

硬件电路结构如图1所示，主要由AMT2001湿度传感器模块、NIUSB-6009数据采集卡、PC机构成。其中，湿度传感器模块采集被测点的湿度信号；数据采集卡用以读取湿度传感器模块的电量信号；PC机是监测系统软件设计的主要硬件，完成信号显示、信号运算与存储、声光报警等功能。

图1　系统硬件电路结构

1.1湿度传感器模块

湿度传感器模块是监测系统测量数据精度的关键。设计选用模拟电压输出型的AMT2001湿度传感器模块，其具有低功耗、体积小、温度补偿、线性输出、成本低、安全互换、线性输出、精确校准等特点。电压与湿度的关系如表1所示。

表1　AMT2001标准湿度输出电压对应表(条件：25 ℃，Vin=5.0 V)

1.2数据采集卡

数据采集卡是湿度监测系统中的必备硬件，将湿度传感器输出的信号进行采样、A/D转换等处理，通过总线将数据送到PC机。NI公司主要有USB、PCI、PXI这3种数据采集卡仪器模块，而USB接口具有成本低、即插即用和热插拔等优点，在数据采集和控制系统中得到广泛的应用[6]。因此，本设计选用电压型的NIUSB-6009数据采集卡，具有14bit分辨率、48kSample·s-1采样率的8通道单端、4通道差分模拟输入；模拟输入电压范围为-10～+10V，精度7.73mV；USB总线供电；+5V、200mA的电源输出等特性。

2系统软件设计

2.1前面板程序设计

用LabVIEW软件设计的系统前面板程序主要包括显示控件和输入控件2个部分:显示控件有湿度显示和报警显示，其中湿度显示控件显示湿度信息的变化曲线和当前值，报警控件在监测点湿度超过用户预设的湿度阈值时发出报警信号且蜂鸣器响起；输入控件完成数据采集通道号选择、延迟时间与湿度阈值设定、湿度数据存储文件名及路径的输入、采集任务开始与取消等[7-8]。

2.2框图程序设计

系统框图程序设计是基于图形化开发软件LabVIEW编写程序，首先在计算机上安装数据采集卡驱动程序，在进行具体系统模块设计[9]，主要有用户登录、数据采集、数据处理、数据存储和声光超限报警等模块。系统程序流程图如图2所示。

图2　系统程序流程图

(1)用户登录。该模块用到两个条件结构实现用户登录功能，第一个条件结构用于判断用户输入的密码是否正确，第二个条件结构用于判断用户是否要进行湿度信号采集；(2)数据采集。该模块主要由While结构、DAQmxCreateVirtualChannel.vi、DAQmxStartTask.vi、DAQmxRead.vi、DAQmxClearTask.vi等函数节点及子vi构成，实现创建虚拟物理通道、数据读取等功能；(3)数据处理。该模块主要由除法、乘法、取整、拆分信号等函数节点构成，实现将数据采集卡读取的电压信号转换成环境湿度数据信息的功能；(4)声光超限报警。该模块主要由大于、小于、条件结构、定时循环结构、蜂鸣器等子vi及函数节点构成，实现监测点湿度的声光报警功能；(5)数据存储。该模块由写入测量文件子vi构成，在设计中通过对该vi的文件属性、存储时间方式等进行设置，实现数据自动存储的功能。

图3　系统框图程序

3调试实验

3.1实验结果

利用NIUSB-6009数据采集卡、计算机、AMT2001湿度传感器等硬件，结合系统软件vi，进行了多次调试试验，其中延迟时间参数设置分别为10s、120s、300s等，实验数据如表2～表4所示。表中湿度差为正值，表示当前湿度超过湿度上限，其值为当前湿度与湿度上限之差；湿度差为负，表示当前湿度低于湿度下限，其值为当前湿度与湿度下限之差；湿度差为0，表示当前湿度位于湿度阈值内。如图4所示为时间延迟参数为300s的系统前面板运行结果。

图4　系统前面板运行结果图(延迟时间300 s)

时间CH1湿度/%RHCH1湿度差/%RHCH2湿度/%RHCH2湿度差/%RH2011-9-2522:41:1278.9081.802011-9-2522:41:2278.9081.502011-9-2522:41:3279081.602011-9-2522:41:4278.8081.802011-9-2522:41:5278.9081.70

注：湿度阈值参数CH1通道[70%RH，85%RH]，CH2通道[70%RH，85%RH]。

表3　双通道湿度监测系统实验数据(延迟时间为120 s)

注：湿度阈值参数CH1通道[70%RH，77%RH]，CH2通道[85%RH，90%RH]。

表4　双通道湿度监测系统实验数据(延迟时间为300 s)

注：湿度阈值参数CH1通道[80%RH，87%RH]，CH2通道[70%RH，80%RH]。

3.2实验结果分析

该湿度监测系统可从以上信息了解各通道是否超过用户设置的湿度阈值和各通道监测的湿度变化情况；从数据记录可知，各通道监测的湿度在不同时刻的值及变化情况、湿度的报警时间、湿度差；系统延迟时间与湿度阈值参数设置灵活，可满足用户对不同领域的湿度监测需求。

4结束语

该系统以AMT2001湿度传感器模块、NIUSB-6009数据采集卡、PC机为硬件基础，图形化软件LabVIEW为开发平台，构建了双通道湿度监测系统，实现了湿度监测的实时性与精确性。通过多次调试实验表

明：该系统操作简单、运行稳定、性价比高，具有湿度数据实时显示、数据存储、声光超限报警等功能；同时该系统延迟时间、湿度阈值等参数设置灵活，可满足工业加工、农业生产、医疗卫生、科学研究等不同应用领域的实时、精确湿度监测。

参考文献

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[2]张筱,陈梅,张燕.基于LabVIEW的挤塑成型过程温度控制系统[J].仪表技术与传感器,2013(1):50-51,101.

[3]LiJianwei,ZhouHong,LiHuiqin,etal.Designofhumiditymonitoringsystembasedonvirtualinstrument[C].Guangzhou:2011InternationalConferenceonAdvancesinEngineering,ProcediaEngineering,2011.

[4]MalikShahid,IslamTarikul,KhanAnwarUlla,etal.Developmentofvirtualhumiditysensorsystem[C].Xi’an:2015InternationalConferenceonIndustrialInstrumentationandControl(ICIC),InstituteofElectricalandElectronicsEngineersInc,2015.

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[8]丁硕.基于LabVIEW的远程数据通信技术的实现[J].电子科技,2008(5):42-44,48.

[9]宗荣芳,田锦民.基于LabVIEW的海洋环境弱信号检测系统[J].仪表技术与传感器,2013(11):35-37,77.

Design of Dual Channel Humidity Monitoring System Based on LabVIEW

WUYongling1, 2,YANGNa1,PANXiaohui1,WANGWenjiang1

(1.DepartmentofPhysicsandElectronicScience,QiannanNormalCollegeforNationalities,Dujun558000,China;

2.SchoolofElectricalEngineering,SouthwestJiaotongUniversity,Chengdu610031,China)

AbstractThis paper establishes a two-channel humidity monitoring system using the hardware of NI USB-6009 data acquisition card, AMT2001 humidity sensor module and PC and the software of LabVIEW. The debugging test shows that this operating system offers ease and stable operation at low cost, real-time display of humidity data, acousto-optic transfinite alarm and data storage. It has the characteristics of flexible parameter setting of delay time and humidity threshold value and is applicable to the real-time and accurate humidity monitoring in different fields.

KeywordsLabVIEW; NI USB-6009; humidity sensor; monitoring system

收稿日期:2015- 11- 09

基金项目:贵州省科技厅联合基金资助项目(黔科合J字LKQS[2013]07号)；贵州省教育厅创新人才团队建设基金资助项目(黔教合人才团队[2013]29)；贵州省教育厅产学研基地资助项目(黔教合KY字[2013]136)

作者简介:吴勇灵(1976-)，男，副教授。研究方向：应用电子技术及虚拟仪器技术。

doi:10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.07.018

中图分类号TP277

文献标识码A

文章编号1007-7820(2016)07-061-04