基于LabVIEW的温度测控系统设计

辛建官 江西工业贸易职业技术学院 王文军 聂何婷 江西水利职业学院

传统的温度测控系统的功能和规格具有固定性，一般都由厂家进行定义和设置，不可随意更改，难以适应当今时代对温度测控系统的要求。随着互联网和计算机技术的不断发展，美国相关公司提出了虚拟仪器的概念，使传统的测控仪器概念得到了改革。虚拟仪器技术能够打破传统仪器的诸多限制，非常方便的构建一个测温系统。本次设计采用LabVIEW为语言开发平台和设计系统软件，通过计算机串口和下位机进行串行通讯，达到温度实时测控的目的。

1 系统硬件设计

1.1 温度测量电路

温度测量电路由温度传感器、信号调理部分组成，温度传感器包括DS18B20及K型热电偶，DS18B20属于一款数字式温度传感器，其采用1-Wire总接线口，温度范围为-65℃～+135℃，精度能够达到0.067℃，最大转换时间为210ms。K型热电偶具有价格便宜、灵敏度高及复现性好的优点，且具有较好的抗氧化性能。因此本次设计采用DS18B20和K型热电偶，调理电路主要用于滤波、放大信号以满足A/D转换器输入端电气参数的要求。

1.2 温度控制电路

图1为温度控制电路，其由MOC3402型光电耦合器、BT138-600型双向晶闸管V12 组成。全周期都能将220V交流电压加载在热榜RL上，单片机通过发出脉宽来调制驱动信号，从而经驱动器控制U1状态。当U1工作后使VU2的控制机处于高电平，且处于导通状态，使系统保持稳定。

图1 温度控制电路

2 系统软件设计

2.1 上位机软件设计

（1）数据采集模块

该模块实现了电阻炉温度的测量并将采集到的数据全部存储到数据表中。数据采集功能是该软件的重要功能之一，该模块为其他模块的数据处理和图形控制提供了基础保障。该模块可以使LabVIEW显示实际的信号波形。由于该模块在采集实测信号时会得到一组离散信号值，因此利用图形采集控件可以在显示器上进行显示和连线，从而实现实时显示被测信号。

（2）数据处理模块

该模块主要对数据中的数字滤波，数字滤波是指通过特定的计算机程序处理减低干扰信号，其实际上是一种程序滤波。由于仪器在现场中会受到诸多干扰，因此为了提高仪器性能，减少干扰，就需要在数据处理前进行数字滤波。

（3）数据报警模块

数据报警模块主要负责实际温度超出温度规定范围时进行温度报警，当超温报警时系统会自动中断控温以保证人员设备的安全。超温报警会以信号灯和报警声作为报警信号，即当指示灯变红时报警器开始报警。

（4）数据存取模块

该模块主要采用LabVIEW和数据库接口程序将原始数据放入Access数据库中进行存储，后续还可以进行结果查询和数据分析。要想使LabVIEW对Access数据库进行访问需要通过Windows操作系统建立一个数据源，从而才能将采集的原始数据放入里面进行存储。

（5）PID控制器模块

该模块在LabVIEW中主要以两种方式实现，一是采用其外部接口对其他软件和编程代码进行调用；二是利用LabVIEW强大的编程功能进行语言编程。因为LabVIEW提供了MatlabSeript节点，可在MatlabSeript节点中编辑Matlab程序，这种方法既可以使程序结构清洗又可以使系统的运行速度得到提高。可以通过MatlabSeript节点实现增量式PID控制程序。

2.2 下位软件设计

在此采用AT89S51和C语言编程，AT89S51具有便捷串行通信的功能。通用软件编程能够用作异步接收、发送器、移位寄存器等。其帧格式能够设置各种波特率，并能够做到灵活使用。在系统初始化时先令AT89S51单片机的定时器工作于定时方式以产生波特率；再令AT89S51单片机串行口工作为定时方式和10位一部通信方式。再令AT89S51单片机的定时器处于定时器模式从而产生制定的控制周期。在中断程序中将采集的温度数据传输至上位机，上位机通过PID控制算法求出输出控制量的大小，输入AT89S51单片机后单片机会输出控制量，从而实现温度控制。

3 结束语

采用LabVIEW设计的温度测控系统能够在计算机上完成被控温度的实时信号，同时还能够在计算机上完成直方图统计显示和PID控制，并且能够将采集的温度信息进行数据库式保存，保证信息的安全以备系统的检阅和分析。经过实验调试该系统能够达到相关设计要求，比传统仪器构建的温度测控系统更加易于扩展，并具有界面友好和测量精度高的特点。