【正文】 發(fā)展成為功能豐富多彩的數(shù)字家園。 對(duì) 庫房 溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了應(yīng)用于 庫房 還可以應(yīng)用于其他行業(yè)。例如像紡織工藝對(duì)溫濕度有嚴(yán)格要求，紡織廠空調(diào)系統(tǒng)的可靠性和安全性直接影響正常生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。目前紡織廠大部分空調(diào)系統(tǒng)控制方式落后、操作不方便。而且空調(diào)系統(tǒng)能耗大、機(jī)器受損嚴(yán)重、運(yùn)行成本較高。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)操作方便、功能完善、工作可靠的溫濕度 監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)，對(duì)提高設(shè)備的工作效率、降低事故率有積極作用。 本設(shè)計(jì)即以上述問題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了溫度 、 濕度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能實(shí)時(shí)的采集各抽樣點(diǎn)的溫度值與濕度值，而且能迅 速處理，友好的將數(shù)據(jù)結(jié)果 顯示給用戶。 傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)方法 最早的庫房溫濕度監(jiān)測(cè)采用人工的方式，每天讀取庫房的溫度計(jì)和濕度計(jì)，這種方式不僅效率低，勞動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，而且會(huì)由于抽樣的不具代表性使得監(jiān)測(cè)結(jié)果失去意義。 隨著傳感器技術(shù)和測(cè)量測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，為了更好地了解特殊要求庫房的溫濕度變化規(guī)律，傳統(tǒng)的測(cè)試裝置已經(jīng)不能適應(yīng)高標(biāo)準(zhǔn)的需要，需要研發(fā)新的監(jiān)測(cè)裝置， 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為核心的新一代 儀器 — 虛擬儀器。 由美國 NI 公司推出的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)軟件 LabVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境的簡(jiǎn)稱，具有簡(jiǎn)潔 圖形化編程環(huán)境和強(qiáng)大的功能。它廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與控制、信號(hào)處理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。采用虛擬儀器技術(shù)，有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、存儲(chǔ)等方面的限制；（ 2）利用計(jì)算機(jī)豐富的軟件資源，增加了系統(tǒng)靈活性；（ 3）通過軟件技術(shù)和相應(yīng)數(shù)值算法，實(shí)時(shí)、直接地對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析和處理，通過圖形用戶界面（ GUI）技術(shù)，真正做到界面友好，人機(jī)交互。 虛擬儀器利用通用的硬件平臺(tái)（計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡等）結(jié)合專用的硬件（如傳感器、調(diào)理電路）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，再用相應(yīng)的儀器功能軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)傳 統(tǒng)儀器的功能，而且只要改變軟件中的參數(shù)就能實(shí)現(xiàn)不同儀器的功能。同時(shí)界面友好，可視化軟件 LabVIEW 工具，更是向著效率高、功能強(qiáng)大的方向努力。 課題的來源及研究?jī)?nèi)容 本文利用 LabVIEW 軟件設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫濕度監(jiān) 控 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)溫濕度的測(cè)量和顯示 和控制 。 在虛擬儀器的思想為工業(yè)界逐漸接受的今天，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到“軟件就是儀器”的先進(jìn)思想的含義。本課題的研究?jī)?nèi)容就是利用虛擬儀器軟件 LabVIEW實(shí)現(xiàn)庫房溫濕度監(jiān)測(cè)。采用 LabVIEW 作為監(jiān)測(cè)軟件，采用數(shù)字溫度傳感器DS18B濕度傳感器 HS1101 測(cè)量 溫濕度 [1]， 利用單線檢測(cè)信號(hào)將溫濕度的值送到單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過串口通信，將溫濕度的檢測(cè)值經(jīng)過 RS232送到計(jì)算機(jī)上，然后經(jīng)過 DAQ 數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)送到 LabVIEW，進(jìn)行數(shù)據(jù)在 LabVIEW將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后將數(shù)據(jù)送到報(bào)警程序與設(shè)定值進(jìn) 行比較，在設(shè)定值之間將在 LabVIEW 前面顯示工作正常。如果工作不再設(shè)定值之內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，在前面板將會(huì)有報(bào)警信號(hào)提示，同時(shí)在下位機(jī)將會(huì)有報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路控制風(fēng)扇和加濕器工作，使庫房的溫濕度能夠工作在我們?cè)O(shè)定的理想狀態(tài)。 第 二 章 LabVIEW 軟件及其監(jiān)控功能的介紹 虛擬儀器技術(shù) 測(cè)量?jī)x器發(fā)展至今，大 體 經(jīng)歷了四代發(fā)展歷程 [2]，即模擬儀器、分立元件式儀器、數(shù)字化儀器和智能儀器。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用，新的測(cè)量理論、新的測(cè)量方法、新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)。其中計(jì)算機(jī)處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)量系統(tǒng)更緊密地結(jié)合，導(dǎo)致儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等也發(fā)生突破性的變化，在這一背景下，出現(xiàn)了新的儀器概念 虛擬儀器。 虛擬儀器的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 所謂虛擬儀器， 就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，其測(cè)量功能由測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出監(jiān)測(cè)結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算、分析和處理。利用 I/O 接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng) 。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較如下 表 21。 表 21 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對(duì)比 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 功能由儀器廠商定義 功能由用戶自己定義 與其他儀器連接有限 可 方便的與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)及多種儀器連接 圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)信息量小 界面圖形化，計(jì)算機(jī)直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理 數(shù)據(jù)無法編輯 數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印 硬件是關(guān)鍵部分 軟件是關(guān)鍵部分 價(jià)格昂貴 價(jià)格低廉 系統(tǒng)封閉、功能固定，可擴(kuò)展性差 基于計(jì)算機(jī)技術(shù)開發(fā)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器 技術(shù)更新慢 技術(shù)更新快 LabVIEW 軟件介紹 LabVIEW 是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成開發(fā)平臺(tái)的簡(jiǎn)稱，它是目前國際上應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境之一，它是主要用于開發(fā)數(shù)據(jù)檢測(cè)、數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)控制系 統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等領(lǐng)域的專用軟件開發(fā)平臺(tái)。 LabVIEW 概述 LabVIEW 的最大特色是采用編譯型圖形化編程語言 —— G 語言，它與 C、pascal、 Basic 等傳統(tǒng)語言有著相似之處，如：相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制系統(tǒng)、程序調(diào)試工具，以及模塊化的編程特點(diǎn)。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程，程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令；而 LabVIEW 使用圖形語言以框圖的形式編寫程序。用 LabVIEW 編程無需具備太多編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW 使用的都是測(cè)試工程師熟悉的術(shù)語和圖標(biāo)，如各種按鈕、開 關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象。 LabVIEW 語言具有豐富的擴(kuò)展函數(shù)庫，集成了大量的生成圖形界面的模板，如各種表頭、旋鈕、開關(guān)、 LED指示燈、圖表等，界面直觀、形象，相對(duì)于傳統(tǒng)的編程方式而言，它簡(jiǎn)單易學(xué)而且執(zhí)行效率高，與傳統(tǒng)的編程方式比，使用LabVIEW 設(shè)計(jì)的虛擬儀器，可以提高效率 410 倍。 LabVIEW 的核心是 VI。 VI 有一個(gè)人機(jī)對(duì)話的用戶界面 — 前面板和類似于源代碼功能的方框圖。前面板接收來自方框圖的指令。在 VI 的前面板中，空間模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給 VI 的框圖；而指示器則模擬了儀器的輸 出裝置并顯示由方框圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 用 LabVIEW 編制出的圖形化 VI 是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一個(gè) VI 用在其他 VI 中，稱為subVI， subVI 在調(diào)用它的程序中同樣是以一個(gè)圖標(biāo)的形式出現(xiàn)的。 LabVIEW 軟件的組成 一個(gè)完整的 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境包括基本模塊和擴(kuò)展模塊兩部分，引擎部分是整個(gè)圖形化開發(fā)環(huán)境的核心，包括編輯模塊、運(yùn)行模塊和調(diào)試模塊。 LabVIEW 環(huán)境下開發(fā)的程序稱為虛擬儀器 VI[1]。 程序 VI 由一個(gè)前面板，程序流程圖和 一個(gè)接口板組成。接口板用于上層的 VI調(diào)用該 VI。 LabVIEW 軟件的優(yōu)勢(shì)及實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的可行性 簡(jiǎn)單的方案使得可以很方便的使用 LabVIEW，因?yàn)樗褂每梢暬夹g(shù)建立人機(jī)界面，提供了大量?jī)x器面板中的控制對(duì)象。 LabVIEW 提供了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 先進(jìn)的 ActiveX 技術(shù)融合了簡(jiǎn)單的拖放編程方法，儀器控制和數(shù)據(jù)采集免得非常簡(jiǎn)單。 靈活的儀器將 LabVIEW 與一般的數(shù)據(jù)采集加以組合，可以設(shè)計(jì)出更靈活的虛擬儀器。 LabVIEW 擁有大量 NI公司或第三方公司提 供的支持軟件。 第 三 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案的選擇 庫房溫濕度控制在國內(nèi)外設(shè)計(jì)比較多，很多都是直接采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的，所有的數(shù)據(jù)處理都是有單片機(jī)來處理，這樣就會(huì)增加單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。本次的設(shè)計(jì)是基于 LabVIEW 來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送到上位機(jī) LabVIEW 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣就會(huì)減少單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)，而且在 LabVIEW 的圖形界面可以看的很清楚，數(shù)據(jù)的變化過程，比較方便。而且設(shè)計(jì)起來比較方便，因?yàn)?LabVIEW都是圖形化的程序，設(shè)計(jì)程序的時(shí)候比較直觀，而且易懂，設(shè)計(jì)起來比較容易 ，在它的前面板上就直接可以看到數(shù)據(jù)的變化過程。 設(shè)計(jì)方案 該系統(tǒng)整體上分為三大部分：一部分為基本的硬件電路；二是檢測(cè)部分電路；三是上位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和管理 ． 在 庫房 的關(guān)鍵部分設(shè)置溫度 傳感器 （ DSl8B20）濕度傳感器 （ HSll01） ， 利用 Dsllas 公司的單總線協(xié)議 和 單線檢測(cè)信號(hào)將溫濕度的值送到單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過串口通信，將溫濕度的檢測(cè)值經(jīng)過RS232 送到計(jì)算機(jī)上，然后經(jīng)過 DAQ 數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)送到 LabVIEW， LabVIEW 將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理程序進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后將數(shù)據(jù)送到報(bào)警程序與 設(shè)定值進(jìn)行比較，在設(shè)定值之間將在 LabVIEW 前面顯示工作正常。如果工作不再設(shè)定值之內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，在前面板將會(huì)有報(bào)警信號(hào)提示，同時(shí)在下位機(jī)將會(huì)有報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路控制風(fēng)扇和加 熱 器工作，使 庫房 的溫濕度能夠工作在我們?cè)O(shè)定的理想狀態(tài)。 設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)的任務(wù)與目標(biāo) 設(shè)計(jì)的任務(wù)主要實(shí)現(xiàn)庫房溫濕度的測(cè)量與控制。數(shù)據(jù)采集模塊利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度實(shí)時(shí)采集、濕度實(shí)時(shí)采集、電路狀態(tài)信號(hào)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī) ； 計(jì)算機(jī) I/O 接口為計(jì)算機(jī)與外部數(shù)據(jù)連接的硬件支持。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在 LabVIEW 平臺(tái)上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度控制子程序輸出系統(tǒng)控制信號(hào)，并通過計(jì)算機(jī) I/O 接口輸出 ； 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，分別控制加熱電路及風(fēng)扇電路，實(shí)現(xiàn)對(duì) 庫房 溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制 。 程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài) 。同時(shí)在前面板 實(shí)時(shí) 顯示 輸出溫度、濕度控制曲線。 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是上位機(jī)的監(jiān) 測(cè) 程序需利用 LabVIEW 設(shè)計(jì)，包括溫濕度測(cè)量數(shù)據(jù)、曲線實(shí)時(shí)顯示，報(bào)警指示，上下限設(shè)定、數(shù)據(jù)分析判斷和下位機(jī)通信，同時(shí)，系統(tǒng)提供歷史數(shù)據(jù)回讀、歷史數(shù)據(jù)打印功能，以便用戶查看系統(tǒng)的歷史狀態(tài)；單片機(jī)部分需要編制測(cè)量、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、濾波、標(biāo) 度變換、通信、顯示、報(bào)警、控制等程序。 第 四 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)原理 下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)主要是依據(jù)單片機(jī) [8]，所以要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，溫度的采集用 DS18B20 進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集，濕度的數(shù)據(jù)采集用 HS1101 元件，將采集的數(shù)據(jù)送到單片機(jī) STC89C52 進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，處理后經(jīng)數(shù)據(jù)送到 1602A 顯示出當(dāng)前的溫濕度，和溫濕度的報(bào)警的上下限，并將溫濕度的數(shù)據(jù)送到上位機(jī) LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)超過溫濕度的上限或者低于溫濕度的下限時(shí)，上位機(jī)發(fā)出信號(hào)控制下位機(jī)的風(fēng)扇或者加熱器進(jìn)行工作，保持 庫房 的 溫濕度達(dá)到我們需要的范圍。工作框圖如圖 41 所示。 圖 41工作框圖 D S 1 8 B 2 0 檢測(cè) 數(shù) 據(jù)H S 1 1 0 1 檢 測(cè)數(shù) 據(jù)R S 2 3 2單 片 機(jī)1 6 0 2 A上 位 機(jī)M A X 2 3 2 主要器件介紹 STC89C52 介紹 STC89C52 是美國 ATMEL 公司 生產(chǎn) 的低 電壓 [9]，高性能 CMOS 的 8位單片機(jī)，片內(nèi)含有 8K bytes 的可反復(fù)檫寫的只讀程序存儲(chǔ)器 和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， 器件采用 ATMEL公司的高密度，非意識(shí)性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 8052 系列殘品引腳兼容，片內(nèi)置通用的 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC89C52 單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。其主要的性能參數(shù)： （ 1）與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 （ 2） 8K字節(jié)可重復(fù)擦寫。 系統(tǒng)溫度傳感器 DS18B20 溫度傳感器很多，可分為模擬溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器 [8]。 DS18B20 是世界上第一片支持單總線接口的溫度傳感器 [