【導(dǎo)讀】隨著科技的飛速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)溫濕度測(cè)試與控制的要求也越來越高。測(cè)量和記錄環(huán)境信息。在這種模式下，不僅效率低下，而且還會(huì)造成人力資源的。系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20和濕度傳感器。錄、數(shù)據(jù)回讀及越限報(bào)警等功能。從而實(shí)現(xiàn)了基于虛擬儀器技術(shù)的環(huán)境度監(jiān)測(cè)報(bào)。測(cè)試表明，設(shè)計(jì)開發(fā)的館藏室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)精確地溫。濕度監(jiān)測(cè)與報(bào)警，且智能化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了節(jié)省人力和提高效率的目的。

　　

【正文】 將所得值與理論值的對(duì)比實(shí)現(xiàn)軟件自檢功能。 溫度監(jiān)測(cè)軟件 的實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng) 溫度監(jiān)測(cè)軟件部分包括 系統(tǒng)溫度 數(shù)據(jù)的采集、 溫度 數(shù)據(jù) 的 處理和 溫度 數(shù)據(jù)的 顯示三個(gè)主要部分。 下面分別進(jìn)行介紹。 溫度數(shù)據(jù)的處理 首先，因?yàn)闇y(cè)量過程是利用熱敏電阻的電阻隨溫度變化而變化的原理，將環(huán)境溫度信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)工作的。故而必須先根據(jù) MF52 溫度 電阻擬合公式，將電壓值還原為溫度值，再進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算處理。又 因 設(shè)計(jì) 為多點(diǎn) 溫度 測(cè)量，故需使用多個(gè)溫度傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè) 。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，防止個(gè)別傳感器硬件故障的影響，設(shè)計(jì)采用了數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)處理方式。 （ 1） 溫度 數(shù)據(jù)還原 根據(jù)硬件電路部分電阻分壓原理知 溫度傳感器電阻值與輸出電壓值關(guān)系式為 第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) CCURR o溫ref溫 UR ?? （ 41） 其中， ??溫 為傳感器當(dāng)前電阻值， ??ref為與傳感器分壓的參考電阻值， ????為當(dāng) （ 2） 數(shù)字濾波 [13] 為確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，對(duì)輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)序列剔除其最大值和最小值后，采用遞推平均濾波法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。 遞推平均濾波法：把 N個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)看成一個(gè)隊(duì)列，隊(duì)列的長(zhǎng)度為 N，每進(jìn)行一次新的測(cè)量，就把測(cè)量結(jié)果放入隊(duì)尾，而扔掉原來隊(duì)首的一次數(shù)據(jù)，并對(duì)隊(duì)列中的 N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，平均值即為系統(tǒng)操作數(shù)。 （ 3）多傳感器溫度數(shù)據(jù)融合 [13] 數(shù)據(jù)融合指模仿人腦的數(shù)據(jù)綜合處理能力，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)按時(shí)序獲得的多傳感器觀測(cè)信息在一定的準(zhǔn)則下予以分析和綜合，以完成所需要的決策和估計(jì)而進(jìn)行的信息處理過程。 館藏室溫度測(cè)量數(shù)據(jù)融合的目的是依據(jù)有限的傳感器資源，消除測(cè)量中的不確定性，獲得比有限個(gè) 傳感器測(cè)量信息的算術(shù)平均值更準(zhǔn)確、更可靠的測(cè)量結(jié)果。由于采用了數(shù)據(jù)融合處理，當(dāng)館藏室溫度測(cè)量系統(tǒng)中的某些傳感器失效時(shí)，系統(tǒng)可以依據(jù)其它非失效傳感器提供的信息，通過數(shù)據(jù)融合獲得各溫區(qū)的準(zhǔn)確溫度。 基于相融矩陣的多傳感器失效數(shù)據(jù)剔除：三個(gè)溫度傳感器測(cè)量館藏室同一區(qū)域溫度時(shí)，設(shè)第 i個(gè)傳感器和第 j個(gè)傳感器所測(cè)得的數(shù)據(jù)為 、 ,計(jì)算相融距離測(cè)度 。 )2( ijiij QTTerfd ?? （ 42） 式中 erf為誤差函數(shù)， 為 的均方差。 的值越小，表示 i、 j兩個(gè)傳感器的觀測(cè)值越接近，否則偏差就越大。將三個(gè)傳感器的相融距離測(cè)度值組成數(shù)據(jù)融合度矩陣 ， ???????????3332312322211312113dddddddddD （ 43） 根據(jù)多次試驗(yàn)結(jié)果，給出有界線值 ，根據(jù)規(guī)則 { ，得到多傳感器數(shù)據(jù)相融矩陣 24 溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) ???????????3332312322211312113rrrrrrrrrR （ 44） 若 ，則認(rèn)為第 i個(gè)傳感器與第 j個(gè)傳感器相融性差；若 ，則認(rèn)為第 i個(gè)傳感器與第 j個(gè) 傳感器相融性好。如果一個(gè)傳感器只與少數(shù)傳感器相融性好，則這個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)為失效數(shù)據(jù)， 若這個(gè)傳感器的讀數(shù)長(zhǎng)期失效，則輸出傳感器故障報(bào)警信號(hào)。 多傳感器數(shù)據(jù)融合 [12]：使用 Bayes估計(jì)計(jì)算最佳融合數(shù)據(jù) T， ??????? Lk okoOLk kkQTQTT12221211 （ 45） 其中， L為有效傳感器數(shù)量， 為第 K個(gè)傳感器的觀測(cè)值， 為第 K個(gè)傳感器的測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差， 為第 L個(gè)傳感器觀測(cè)值的均值， 為第 L個(gè)傳感器測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 。 溫度數(shù)據(jù)的顯示 與報(bào)警 為了讓用戶更直觀的觀測(cè)溫度值以及它的變化，本設(shè)計(jì)采用了數(shù)值顯示、波形圖表顯示和溫度計(jì)顯示三種顯示方式。 并且在溫度超越所設(shè)上下限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生報(bào)警顯示，提醒用戶采取相應(yīng)措施。 顯示界面如圖 所示。 圖 溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示界面 第四章 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 濕度監(jiān)測(cè)軟件 的實(shí)現(xiàn) 與系統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)類似，系統(tǒng)濕度監(jiān)測(cè)部分也包括濕度數(shù)據(jù)的采集 ，濕度數(shù)據(jù)的處理和濕度數(shù)據(jù)的顯示三個(gè)主要部分。下面分別進(jìn)行介紹 . 濕度數(shù)據(jù)的處理 （ 1） 濕度數(shù)據(jù)還原 根據(jù)圖 CHR01 濕度傳感器測(cè)量電路 ，利用模擬電子線路的知識(shí)可以得到輸出電壓與濕敏電阻電阻值的關(guān)系式如下 : ref4 UURR ???濕濕R （ 46） )1(U76RRUo ??? ? （ 47） 其中， ??ref為振蕩電路輸出電壓， ??+為放大電路正相端電壓， ????為電路輸出電壓，??濕 為濕敏電阻當(dāng)前電阻值。 再根據(jù)圖 CHR01 濕度 阻抗特性，得出環(huán)境濕度與濕敏電阻 阻值的相關(guān)關(guān)系，從而得到環(huán)境濕度與 電路輸出電壓的關(guān)系式。運(yùn)算公式如圖 所示。 （ 2） 數(shù)字濾波 濕度數(shù)據(jù)的數(shù)字濾波目的和原理與溫度數(shù)據(jù)一致，這里不再贅述。 濕度數(shù)據(jù)的顯示與報(bào)警 為了使用戶更直觀準(zhǔn)確的對(duì)館藏室當(dāng)前濕度值進(jìn)行觀察監(jiān) 測(cè)，設(shè)計(jì) 采用了多種數(shù)據(jù)顯示方式，如數(shù)值顯示，波形顯示等，來對(duì)測(cè)得的濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。在環(huán)境濕度超越所設(shè)定的濕度范圍時(shí)， 在圖 顯示面板中 會(huì)產(chǎn)生報(bào)警顯示，提醒用戶采取相應(yīng)措施。 數(shù)據(jù)記錄 與歷史數(shù)據(jù)回讀 數(shù)據(jù)的記錄與歷史數(shù)據(jù)的回讀是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)必須具備的基本功能，采用文件的形式記錄與回放監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以滿足大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)所的需要，具有方便靈活與成本低26 溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 廉的特點(diǎn)。 LabVIEW 支持多種數(shù)據(jù)格式的文件，用于測(cè)試數(shù)據(jù)的記錄與 歷史數(shù)據(jù)的回讀。 數(shù)據(jù)記錄 系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用 Excel表格的文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)的記錄。通過按下系統(tǒng)操作主面板上的 “數(shù)據(jù)記錄 ”按鈕來啟動(dòng)數(shù)據(jù)記錄操作，將測(cè)得的環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)存入 Excel表格中。 歷史數(shù)據(jù)回讀 為了使用戶能更直觀的了解館藏室溫濕度的變化波動(dòng)情況， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用波形顯示的方式對(duì)存入 Excel 表格中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行回讀 。 用戶可以 通過按下系統(tǒng)操作主面板的 “歷史數(shù)據(jù)回讀 ”按鈕來啟動(dòng)歷史數(shù)據(jù)回讀操作。 圖 歷史數(shù)據(jù) 回讀窗口 第五章 總結(jié)與展望 第五章 總結(jié)與展望 隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)館藏室溫濕度的方法浪費(fèi)了大量的人才資源，而且精確度 較低， 難以適應(yīng) 館藏室溫濕度監(jiān)測(cè)的要求。而以單片機(jī)為核心開發(fā)的館藏室溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)又存在著硬件結(jié)構(gòu)與軟件編程都 很復(fù)雜、可擴(kuò)展性能不強(qiáng)和顯示方式單一等問題，并且成本高昂。因此 設(shè)計(jì)嘗試使用虛擬儀器新技術(shù)來實(shí)現(xiàn)便捷高效的館藏室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)。 本文主要有以下幾個(gè)內(nèi)容： 1） 第一章講述了當(dāng)前溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及存在的問題。介紹了虛擬儀器技術(shù)工作原理及特點(diǎn)。 2） 第二章在宏觀角度介紹 了館藏室溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理和參數(shù)設(shè)置要求。 3） 第三章介紹了硬件電路部分的設(shè)計(jì) 。通過 Multisim 軟件和 MATLAB 軟件實(shí)現(xiàn)了電路的仿真模擬，確定了電路各元件參數(shù)。了解了 MF52 型溫度傳感器以及 CHR 型濕度傳感器的工作原理和應(yīng)用開發(fā)。學(xué)習(xí)了 NI 公司的 NI myDAQ 數(shù)據(jù)采集設(shè)備的使用。并通過硬件調(diào)理電路的設(shè)計(jì)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了外圍電路與 PC 機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸，解決了軟件與硬件結(jié)合的問題。 4） 第四章著重介紹了 LabVIEW 軟件，以及在這一開發(fā)環(huán)境下，進(jìn)行的溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。這是本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處。實(shí)現(xiàn)了用戶登錄、系統(tǒng)自檢、溫濕度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)多樣化顯示、系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警、數(shù)據(jù)記錄及歷史數(shù)據(jù)回放等功能。在數(shù)據(jù)處理階段，使用了數(shù)據(jù)濾波及多傳感器數(shù)據(jù)融合的方法 ，提高了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精確度 。 由此可 見， 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)館藏室溫濕度并自動(dòng)記錄數(shù)據(jù) 和報(bào)警的功能，系統(tǒng)的開發(fā)達(dá)到了對(duì)博物館或圖書館的溫濕度進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的，實(shí)現(xiàn)了用一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)一個(gè)博物館或圖書館的多個(gè)館藏室溫濕度的監(jiān)測(cè)，并將虛擬儀器技術(shù)引入了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中。開發(fā)的虛擬儀器面板使得館藏室溫濕度的顯示及相關(guān)的報(bào)警更加直觀實(shí)用。一個(gè)中等規(guī)模的博物館或圖書館溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用虛擬儀器開發(fā)與采用單片機(jī)開發(fā)相比可節(jié)約成本 3 萬元左右，體現(xiàn)了較好的經(jīng)濟(jì)效益。 文章 的創(chuàng)新點(diǎn)：館藏室 溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用將大大克服了傳統(tǒng)的 監(jiān)控28 溫濕度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軟件編程麻煩等缺點(diǎn)。并且節(jié)約了人力，提高了效率。 然而，本文只是初 步的設(shè)計(jì)了館藏室溫濕度的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并進(jìn)行了簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)仿真，研究還不全面，還有很多值得探討的問題，具體來講還有以下工作可以做： 1） 在自動(dòng)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，通過使用 PID 控制方法或溫濕度解耦控制方法等，實(shí)現(xiàn)館藏室溫濕度的自我調(diào)節(jié)控制。 2） 通過編程 實(shí)現(xiàn)報(bào)警情況的記錄以及報(bào)表的打印等功能。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 劉君華 ,郭會(huì)軍 ,趙向陽等 .基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計(jì) [M].北京 :電子工業(yè)出版社 . [7] 禹柳飛 .虛擬儀器在館藏室溫濕度監(jiān)控中的應(yīng)用 [J].微計(jì)算機(jī)信息 ,20xx,24(13). [8] 黃松嶺 ,吳靜 .虛擬儀器技術(shù)基礎(chǔ)教程 [M].清華大學(xué)出版社 .20xx 年 10 月 . [9] 周潤(rùn)景 ,郝曉霞 .Multisimamp。LabVIEW 虛擬儀器設(shè)計(jì)技術(shù) [M].北京航空航天大學(xué)出版社 .20xx年 8 月 . [13] 張麗娜 .基于 LabVIEW 的溫濕度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [D]:碩士學(xué)位論文 .內(nèi)蒙古：內(nèi)蒙古大學(xué) .20xx [14] 王小燕，陳國凡 .多傳感器數(shù)據(jù)融合算法的 LabVIEW實(shí)現(xiàn) [J].微計(jì)算機(jī)信息， 20xx,26（ 121） . [19] 顏圓圓 ,張宏群 .基于 LabVIEW 的溫濕度測(cè)量系統(tǒng) [J].現(xiàn)代電子技術(shù) ,20xx,32(1). [20] 邵曉娟 .基于 LabVIEW 的檔案庫房溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào) ,20xx,30(1). [21] 孫二敬 .基于 LabVIEW 的多傳感器信息采集平臺(tái) [D]：碩士學(xué)位論文 .北京：北京交通大學(xué) .20xx 年 12 月 .