【正文】 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 劉君華 ,郭會軍 ,趙向陽等 .基于 LabVIEW 的虛擬儀器設(shè)計 [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].微計算機信息 ,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] 周潤景 ,郝曉霞 .Multisimamp。 然而，本文只是初 步的設(shè)計了館藏室溫濕度的監(jiān)測系統(tǒng)并進行了簡單的實驗仿真，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） 在自動監(jiān)測的基礎(chǔ)上，通過使用 PID 控制方法或溫濕度解耦控制方法等，實現(xiàn)館藏室溫濕度的自我調(diào)節(jié)控制。 文章 的創(chuàng)新點：館藏室 溫濕度測控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用將大大克服了傳統(tǒng)的 監(jiān)控28 溫濕度測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軟件編程麻煩等缺點。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)的報警更加直觀實用。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 。這是本次設(shè)計的創(chuàng)新之處。并通過硬件調(diào)理電路的設(shè)計調(diào)試，實現(xiàn)了外圍電路與 PC 機的數(shù)據(jù)傳輸，解決了軟件與硬件結(jié)合的問題。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)。 3） 第三章介紹了硬件電路部分的設(shè)計 。介紹了虛擬儀器技術(shù)工作原理及特點。因此 設(shè)計嘗試使用虛擬儀器新技術(shù)來實現(xiàn)便捷高效的館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)。 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)測館藏室溫濕度的方法浪費了大量的人才資源，而且精確度 較低， 難以適應(yīng) 館藏室溫濕度監(jiān)測的要求。 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情況， 系統(tǒng)設(shè)計使用波形顯示的方式對存入 Excel 表格中的歷史數(shù)據(jù)進行回讀 。 數(shù)據(jù)記錄 系統(tǒng)設(shè)計使用 Excel表格的文件格式進行數(shù)據(jù)的記錄。 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)測數(shù)據(jù)可以滿足大多數(shù)應(yīng)用場所的需要，具有方便靈活與成本低26 溫濕度測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 廉的特點。 濕度數(shù)據(jù)的顯示與報警 為了使用戶更直觀準(zhǔn)確的對館藏室當(dāng)前濕度值進行觀察監(jiān) 測，設(shè)計 采用了多種數(shù)據(jù)顯示方式，如數(shù)值顯示，波形顯示等，來對測得的濕度數(shù)據(jù)進行顯示。運算公式如圖 所示。下面分別進行介紹 . 濕度數(shù)據(jù)的處理 （ 1） 濕度數(shù)據(jù)還原 根據(jù)圖 CHR01 濕度傳感器測量電路 ，利用模擬電子線路的知識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。 顯示界面如圖 所示。 溫度數(shù)據(jù)的顯示 與報警 為了讓用戶更直觀的觀測溫度值以及它的變化，本設(shè)計采用了數(shù)值顯示、波形圖表顯示和溫度計顯示三種顯示方式。如果一個傳感器只與少數(shù)傳感器相融性好，則這個傳感器的數(shù)據(jù)為失效數(shù)據(jù)， 若這個傳感器的讀數(shù)長期失效，則輸出傳感器故障報警信號。 的值越小，表示 i、 j兩個傳感器的觀測值越接近，否則偏差就越大。 基于相融矩陣的多傳感器失效數(shù)據(jù)剔除：三個溫度傳感器測量館藏室同一區(qū)域溫度時，設(shè)第 i個傳感器和第 j個傳感器所測得的數(shù)據(jù)為 、 ,計算相融距離測度 。 館藏室溫度測量數(shù)據(jù)融合的目的是依據(jù)有限的傳感器資源，消除測量中的不確定性，獲得比有限個 傳感器測量信息的算術(shù)平均值更準(zhǔn)確、更可靠的測量結(jié)果。 遞推平均濾波法：把 N個測量數(shù)據(jù)看成一個隊列，隊列的長度為 N，每進行一次新的測量，就把測量結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一次數(shù)據(jù)，并對隊列中的 N個數(shù)據(jù)進行平均，平均值即為系統(tǒng)操作數(shù)。為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，防止個別傳感器硬件故障的影響，設(shè)計采用了數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)處理方式。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，再進行相應(yīng)的運算處理。 下面分別進行介紹。 22 溫濕度測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 圖 館藏室溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)系統(tǒng)自檢面板 自檢過程 中，由系統(tǒng)提供一個數(shù)值常量，在經(jīng)過程序運算后，通過將所得值與理論值的對比實現(xiàn)軟件自檢功能。從而避免由于系統(tǒng)本身故障造成的對監(jiān)測結(jié)果的干擾。 系統(tǒng)自檢 為了確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性以及系統(tǒng)的正常工作，在系統(tǒng)運行之前先進行自檢操作。 在用戶名和密碼不為空的情況下，將注冊信息寫入配置文件中，完成注冊后會彈出“注冊成功”對話框。登錄系統(tǒng)用戶界面如圖 所示。 系統(tǒng)用戶登陸界面 為了保證溫濕度監(jiān)測系統(tǒng)不被他人誤用而造成不必要的損失，確保專門人員對本系統(tǒng)的使用，本文設(shè)計了用戶注冊與登錄系統(tǒng)。功能模板包含一些基本的功能函數(shù)，也包含一些已設(shè)置好的子儀器，這些子儀器能實現(xiàn)一些基本的信號處理功能，具有普遍性。工具模板提供用于圖形操作的各種工具，諸如移動，選取，設(shè)置卷標(biāo)、斷點，文字輸入等。圖標(biāo)和連接器窗格允許將此儀器作為最高級的程序，也可以作為 其他程序或子程序的子程序（子儀器）。流程圖編輯窗口主要完成圖形化編程，即選 用工具模板中相應(yīng)的 工具去取用功能模板上的有關(guān)圖標(biāo)來設(shè)計、制作虛擬儀器流程圖以完成虛擬儀器的設(shè)計工作。前面板通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)，通過鼠標(biāo) 控制按鈕，可在計算機屏幕上觀看結(jié)果。虛擬儀器的交互式用戶 接口被稱為前面板，它模仿了實際儀器的面板。所有的 VI 都包括前面板（ Front panel）、框圖（ Block diagram）及圖標(biāo)和連接器窗格（ Icon and connector pane） 3 部分。像許多重要的軟件一樣， LabVIEW 提供了 Windows、 UNIX、 Linux、 Macintosh的多種版本。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。它盡可能利用了技術(shù)人員 、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。 圖形化的程序語言，又稱為 “ G” 語言。這是一個功能強大且靈活的軟件。 LabVIEW 集成了與滿足 GPIB、 VXI、 RS232 和 RS485 協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。因為負(fù)邏輯方式是具有較強的耐噪聲能力，從工程實踐積累的經(jīng)驗看，開關(guān)輸入的控制指令有效狀態(tài)采用低電平比采用高電平的效果要好得多，一般微型計算機接口電路中經(jīng)常采用這種方式。 銅或鋁為屏蔽層的屏蔽電纜能抑制高頻電磁場干擾，屏蔽層接地后還可以抑制變化的電場對芯線的靜電感應(yīng)。因此，對數(shù)字信號的輸入／輸出過程必須 采取可靠的抗干擾措施。即采用串行通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸。 數(shù)據(jù)采集 電路的設(shè)計 系統(tǒng)使用 DSl8820 進行溫度測量，而所有 1Wire 總線的基本要求為：微處理器的通信端口必須是雙向的，其輸出為漏極開路，且線上具有弱上拉；微處理器必須能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)速度 1Wire 通信所需的精確 l u s 延時；通信過程不能被中斷。 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 HS1101 搭建頻率發(fā)生電路來測量系統(tǒng)濕度，濕度與頻率的典型值如表所示。本系統(tǒng)采用 555 定時器搭建頻率發(fā)生電路。 16 溫濕度測控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) HS1101 測量濕度 HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。其工作的溫、濕度范圍如圖 所示。 1％ RH(10％～ 97％ RH，曲線擬合線性度 )/177。 HS1101 濕度傳感器簡介 HS1101 濕度傳感器等效于一個電容單元， 其系統(tǒng)參數(shù)特性如下：測量范圍為3～ 99％ RH；電源電壓 DC 5V(max 7V)； 等效電容 175～ 185pE(54． 4％ RH， 10KHz)；恢復(fù)時間 10s(在 100％ RH中存放 150h后 )；濕度遲滯177。系統(tǒng)采用 3 個 DSl8820 進行測溫。溫度數(shù)據(jù)是以帶符號位的 16bit 補碼存儲在溫度寄存器中。測溫電路如圖 所示 第三章 系統(tǒng)硬件的設(shè)計 DSl8820 加電后，處在空閑狀態(tài)。 DS18B20 測量溫度 在電路設(shè)計中選擇 3 腳封裝的 DSl8B20，并采用外加電源的工作方式。在每一個時隙，總線只能傳輸一位數(shù)據(jù)。 初始化波形如圖 所示。除應(yīng)答脈沖外，所有這些信號都由主機發(fā)出同步信號。 DSl8B20 的信號方式 DSl8820 采用嚴(yán)格的單總線通信協(xié)議，以保證數(shù)據(jù)的完整性。 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。 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。 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(fù)位脈沖和 DSl8B20 發(fā)出的應(yīng)答脈沖構(gòu)成。 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)。 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。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。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。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。 溫度監(jiān)測 電路的設(shè)計 考慮到館藏室空間較大，為了保證測得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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。 為了達(dá)到以上溫濕度參數(shù)的控制要求，需選擇相應(yīng) 的硬件。5 ℃ ，濕度 177。 三、館藏室要求