【文章內(nèi)容簡介】 算機：數(shù)據(jù)操作和顯示部分在 LabVIEW平臺進行，首先設計虛擬儀器前面板，形成具有不同儀器功能的應用程序，然后調(diào)用信號處理子模板，按照一定的功能控制算法實現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)融合等處理，并通過圖形化的編程方式編寫程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)報警、系統(tǒng)自檢以及歷史數(shù)據(jù)回讀等功能，從而達到監(jiān)測庫房溫濕度的目的。 第二章 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分主要由 PC機、數(shù)據(jù)采集電路、信號調(diào)理電路和溫濕度傳感器等組成，用于實現(xiàn) 環(huán)境溫濕度信息的采集并轉(zhuǎn)化為計算機能處理的電信號；軟件部分以 LabVIEW為開發(fā)平臺，通過編程實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、顯示、記錄等主要功能。 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖 。 圖 1） 外圍電路： 外圍電路主要由傳感器電路、信號調(diào)理電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成，用于完成外界溫濕度信息的采集和轉(zhuǎn)化為 PC機能接受的電信號。 2）計算機 I/O接口： 計算機 I/O接口為計算機與外部電路的連接提供硬件支持。外圍電路采集到的環(huán)境信號經(jīng) I/O接口送入計算機中進行數(shù)據(jù)處理，在 LabVIEW平臺上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序處理的信號以及溫濕度控制子程序產(chǎn)生的控制信號也通過計算機 I/O接口送至外圍電路中。 3）系統(tǒng)控制： 第二章 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計 系統(tǒng)控制部分主要實現(xiàn)在 LabVIEW軟件平臺上，進行數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)的處理，以及數(shù)據(jù)的記錄、越限報警和歷史數(shù)據(jù)回讀等功能。數(shù)據(jù)處理子程序采用了數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)融合的方法來達到剔除錯誤數(shù)據(jù)，減小測量誤差的目的。數(shù)據(jù)記錄通過調(diào)用數(shù)據(jù)記錄子程序?qū)崿F(xiàn)測得數(shù)據(jù)的自動記錄，并將其保存于 Excel表格中。在本模塊中，設計了系統(tǒng)報警功能，包括溫濕度的上下限報警，可以根據(jù)需要人工設定溫濕度的上下限，在超越 限制后，報警燈點亮。歷史數(shù)據(jù)回讀子程序?qū)崿F(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的回讀顯示，將記錄的數(shù)據(jù)以波形的形式在歷史數(shù)據(jù)回讀窗口顯示出來，便于用戶更直觀的觀察環(huán)境的溫濕度變化。 4）系統(tǒng)自檢： 系統(tǒng)自檢部分包括系統(tǒng)硬件自檢和系統(tǒng)軟件自檢。因為本設計采用多傳感器多點測量的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，難免有的傳感器會產(chǎn)生故障而得到壞值。系統(tǒng)硬件自檢主要實現(xiàn)對這些壞值的檢測，當發(fā)現(xiàn)傳感器故障時，相應的故障報警指示燈將會點亮。系統(tǒng)軟件自檢則主要用于對軟件程序的檢查，啟動軟件自檢后，將由系統(tǒng)產(chǎn)生一些信號值作為外界采集獲得的溫濕度信號，通過與理想的數(shù) 據(jù)處理結(jié)果的比照來達到系統(tǒng)軟件自檢的目的。當產(chǎn)生處理錯誤時，相應的故障指示燈也將點亮。 5）系統(tǒng)前面板： 系統(tǒng)操作前面板是用戶對系統(tǒng)進行觀察和使用的主要窗口，因此設計必須直觀簡便。設計采用了數(shù)值顯示、圖表顯示、溫度計顯示等多種顯示方式，直觀快捷地將環(huán)境溫濕度狀況展示了出來，而且界面布局人性化，溫濕度設定、系統(tǒng)自檢、數(shù)據(jù)記錄等操作按鈕便于使用，充分滿足了用戶的應用要求。 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù) 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)設定極其重要，設計根據(jù)《檔案館溫濕度系統(tǒng)管理規(guī)定》確定了監(jiān)測系統(tǒng)的一些重要參數(shù) 。 1）溫度測量范圍及準確度： 10℃ ～ 60℃ 準確度 177。 ℃ 25℃ ～ 10℃ 準確度 177。 ℃ 2）濕度測量范圍及準確度： 第二章 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計 范圍： 0%RH～ 100%RH 準確度：177。 5%RH 3）使用環(huán)境溫度濕度范圍： 25℃ ～ 60℃ ； 0%RH～ 100%RH 4）顯示方式： 溫度：四位數(shù)值顯示、波形顯示濕度：四位數(shù)值顯示、波形顯示 5）報警方式： 指示燈報警 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)功能特點 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)可實現(xiàn)自動監(jiān)測、自動記錄、自動保存、自動報警、對監(jiān)測的數(shù)據(jù)實現(xiàn)了自動上傳、多形式查詢、數(shù)據(jù)回放等功 能。 1）自動監(jiān)測功能：系統(tǒng)設計有自動監(jiān)測功能。按下系統(tǒng)運行按鈕，系統(tǒng)將自動進行環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測。相比于傳統(tǒng)的人工監(jiān)測溫濕度方式，本設計的自動監(jiān)測功能大大節(jié)省了人力，提高了監(jiān)測的準確度。 2）自動記錄功能：系統(tǒng)設計有自動數(shù)據(jù)記錄的功能。按下系統(tǒng)操作主面板的數(shù)據(jù)記錄按鈕，可以啟動數(shù)據(jù)記錄子程序。系統(tǒng)將自動的將實時監(jiān)測到的溫濕度信息記錄在名為“溫濕度測量數(shù)據(jù)表”的 Excel 表格中，便于用戶調(diào)用查看。 3）自動報警功能：系統(tǒng)允許用戶在主面板對館藏室溫濕度的上下限進行相應的設置。當實際測得的溫濕度值超越相應 的上限或者下限時，系統(tǒng)自動啟動報警裝置，相應的報警指示燈將會點亮。 4）多形式顯示功能：系統(tǒng)設計采用的多形式顯示功能。對測得的溫濕度信息，采用四位數(shù)值顯示和圖標波形顯示的方式來展現(xiàn)給用戶，直觀便捷，讓用戶能更好的了解環(huán)境狀況。 5）數(shù)據(jù)回放功能：為了用戶能對記錄的數(shù)據(jù)有一個更好地了解，系統(tǒng)設計了數(shù)據(jù)回放功能。按下系統(tǒng)操作主面板的歷史數(shù)據(jù)回讀按鈕，即可啟動數(shù)據(jù)回放功能。系統(tǒng)將把記錄在“溫濕度測量數(shù)據(jù)表”中的歷史溫濕度數(shù)據(jù)以波形的形式進行回放，便于用戶對館藏室溫濕度狀況進行分析。 除了以上各大功能，系統(tǒng)還具有控 制可靠；界面更加人性化，便于使用；所有 第二章 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的總體設計 操作均通過鍵盤和鼠標實現(xiàn)；溫濕度測控曲線實時顯示；高精確度、高穩(wěn)定性；節(jié)約成本，提高效率等特點。 第三章 系統(tǒng)硬件的設計 第三章 系統(tǒng)硬件的設計 館藏室溫濕度要求 系統(tǒng)根據(jù)《檔案館溫濕度管理暫行規(guī)定》的要求，進行館藏室溫濕度要求的設定。 一、溫濕度參數(shù)制定原則： 1）有利于檔案制成材料的保存。 2）盡可能限制檔案霉腐菌的生長繁殖。 3）參考設備和專用房間的特殊要求。 4）考慮國民經(jīng)濟條件的可行性。 5）根據(jù)我國地理位置和氣候條件。 二、參考依據(jù)： 1）現(xiàn)行測定紙張物理強度的標準溫度為 20177。 2℃ ；相對濕度為 50%～ 60%。 2）參考了有關(guān)檔案制成材料測定的標準溫度。如：雙面復寫紙標準 (GB 2801— 81)中規(guī)定復寫次數(shù)，正反色差測定的打印溫度為 25177。 1℃ ；又如：藍黑墨水標準 (QB 551— 81)中貯存溫度為 2～ 37℃ 。 三、館藏室要求： 館藏室參考 面積： 2 000 m2；參考高度： 6 m；溫度要求： t30℃ ；濕度要求：RH65％。晝夜溫濕度波動幅度：溫度177。 5℃ ，濕度177。 5%。 為了達到以上溫濕度參數(shù)的控制要求，需選擇相應的硬件。 硬件電路設計 硬件電路設計主要考慮溫濕度傳感器的 選擇，數(shù)據(jù)采集電路的設計，信號調(diào)理電路的設計，數(shù)據(jù)傳輸電路的設計以及系統(tǒng)的抗干擾設計。 第三章 系統(tǒng)硬件的設計 溫度監(jiān)測電路的設計 考慮到館藏室空間較大，為了保證測得數(shù)據(jù)的準確性，系統(tǒng)采用多點測量的方法對館藏室溫度進行監(jiān)測。本設計采用 Dallas公司 1Wire系列數(shù)字傳感器 DSl8B20測溫。采用數(shù)字溫度傳感器的好處是與 CPU接口方便，可不必過多考慮前向通道中諸如信號放大、零點漂移、傳感器供電和干擾等因素，可以在滿足系統(tǒng)要求的前提下最大限度的減少系統(tǒng)開發(fā)成本和技術(shù)難度。 數(shù)字式溫度傳感器簡介 DSl8B20 的總體特點 DSl8B20 具有節(jié)省 I／ 0 口線資源，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，便于總線擴展和維護等諸多優(yōu)點。其提供 9~12 位精度的溫度測量；電源供電范圍是 ~；溫度測量范圍 55℃ ~+125℃ ，在 10℃ ~+85℃ 范圍內(nèi)，溫度遲滯177?！妫辉隽恐底钚】蔀?0． 0625℃。將測量溫度轉(zhuǎn)換為 12bit 的數(shù)字量最長需750ms； DSl8B20 可采用信號線寄生供電，無需外部供電；每個 DSl8820 有唯一的64bit 序列碼，即多個 DSl8820 可在一條單總線上工作。 硬件配置 DSl8B20 的單總線 端口為漏極開路，其內(nèi)部等效電路如圖所示。 單總線需接一個 的外部上拉電阻，因此 DSl8B20 的閑置狀態(tài)為高電平。如果總線保持低電平的時間超過 480 以上的，總線上所有的器件將復位。 命令序列 步驟一、初始化；步驟二、 ROM 命令跟隨著需要交換的數(shù)據(jù)；步驟三、功能命令跟隨著需要交換的數(shù)據(jù)。訪問 DSl8820 必須嚴格遵守這一命令序列。 初始化： DSl8B20 所有的數(shù)據(jù)交換都由一個初始化序列開始，由主機發(fā)出的復 第三章 系統(tǒng)硬件的設計 位脈沖和 DSl8B20 發(fā)出的應答脈沖構(gòu)成。當 DSl8B20 發(fā)出應答脈沖時 ，即已處在總線上并且準備工作。 ROM 命令： ROM 命令通過器件的 64bit ROM 碼使主機指定某一特定器件 (如有多個器件掛在總線上 )與之進行通信。 DSl8B20 的 ROM 如表所示，每個 ROM 命令都是 8 bit 長。 功能命令：主機通過功能命令對 DSl8820 進行讀／寫 Scratchpad 存儲器，或者啟動溫度轉(zhuǎn)換。 DSl8B20 的功能命令如表所示。 DSl8B20 的信號方式 DSl8820 采用嚴格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。該協(xié)議定義了幾種信號類型：復位脈沖、應答脈沖、寫 0、寫 讀 0 和讀 1。除 應答脈沖外，所有這些信號都由主機發(fā)出同步信號?？偩€上傳輸?shù)乃袛?shù)據(jù)和命令都是以字節(jié)的低位在前。 初始化波形如圖所示。 第三章 系統(tǒng)硬件的設計 在寫時隙期間，主機向 DSl8B20 寫入數(shù)據(jù)；而