【正文】 誤 !未定義書簽。 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................... 33 第一章 引言 本文研究的目的及意義 庫(kù)房是存放物品的重要地點(diǎn)，環(huán)境因素對(duì)庫(kù)房物品影響非常大，在高溫與高濕的環(huán)境下，庫(kù)房容易滋生霉菌，害蟲等 [3]，使得物品壽命減短，損壞嚴(yán)重。 我國(guó)的大部分地區(qū)一年中有很長(zhǎng)一段時(shí)間的高溫高濕氣候，適合細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖 ，對(duì)庫(kù)房物品的保管非常不利，庫(kù)房中的物品會(huì)受到外界空氣溫濕度變化的影響，會(huì)使庫(kù)房物品發(fā)生變質(zhì)，腐化，失效等問題 [3]，在有些地區(qū)，夏季庫(kù)外最高溫度可達(dá) 40 度，相對(duì)濕度達(dá) 80%以上，即使在密閉的條 件下，庫(kù)房?jī)?nèi)溫度仍然達(dá)到 30 度以上，而在庫(kù)房管理中， 30 度及視為高溫，相對(duì)濕度達(dá)到 70%即為高濕。但這種方法需要依靠大量人力資源， 控制精度低、實(shí)時(shí)性差，而且操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大。由于溫度過高或過低引起的庫(kù)存品失效或由于環(huán)境濕度過高而引起的事故時(shí)有發(fā)生，甚至危及到人員的安全。 對(duì) 庫(kù)房 溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)除了應(yīng)用于 庫(kù)房 還可以應(yīng)用于其他行業(yè)。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。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。 傳統(tǒng)的溫濕度監(jiān)測(cè)方法 最早的庫(kù)房溫濕度監(jiān)測(cè)采用人工的方式，每天讀取庫(kù)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。 由美國(guó) 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。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。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。 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。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。 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。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。 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較如下 表 21。 LabVIEW 概述 LabVIEW 的最大特色是采用編譯型圖形化編程語(yǔ)言 —— G 語(yǔ)言，它與 C、pascal、 Basic 等傳統(tǒng)語(yǔ)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)。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(yǔ)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 的核心是 VI。前面板接收來自方框圖的指令。 用 LabVIEW 編制出的圖形化 VI 是分層次和模塊化的。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 環(huán)境下開發(fā)的程序稱為虛擬儀器 VI[1]。接口板用于上層的 VI調(diào)用該 VI。 LabVIEW 提供了先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 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。 第 三 章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)方案的選擇 庫(kù)房溫濕度控制在國(guó)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)。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。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(kù)房 的溫濕度能夠工作在我們?cè)O(shè)定的理想狀態(tài)。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。 程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài) 。 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。工作框圖如圖 41 所示。其主要的性能參數(shù)： （ 1）與 MCS51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 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]。新一代的DS18B20 體積更小，更經(jīng)濟(jì)、更靈活，而其由于芯片輸出的是數(shù)字信號(hào)，省去外部 A/D 轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化硬件電路。 ，分辨率 ℃。 （ 7）告警搜索命令可識(shí)別和定位那些超過報(bào)警限制的 DS18B20； （ 8）支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能 ，多個(gè) DS18B20 可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。 其引腳說明如下表 41 所示。 3 3 Vdd 可選 Vdd引腳。 濕度傳感器 HS1101 介紹 [5] 濕度傳感器 HS1101/HS1100 基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)。在需要濕度補(bǔ)償?shù)膱?chǎng)合他也可以得到很大的應(yīng)用。 %RH，穩(wěn)定期 ，響應(yīng)時(shí)間 10s（ 33%— 76%HR，流速 1m/Sec），線性度177。 HS1101 為 電容傳 感器 ，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè) 電容器 件 ，其 電容 量隨著所測(cè)空氣濕度的增大而增大。 濕度與頻率的典型值如表 42所示。 表 43 主要參數(shù) 顯示容量 16X2字符 芯片工作電壓 工作電流 （ ） 模塊最佳工作電壓 字符尺寸 （ WXH） mm 44所示。 表 45 顯示設(shè)置 指令碼 功能 0 0 1 1 1 0 0 0 設(shè)置 16 2顯示， 5 7點(diǎn)陣， 8位數(shù)據(jù)接口 0 0 0 0 0 D C B D=1 開顯示； D=0 關(guān)顯示 C=1 顯示光標(biāo)； C=0 不顯示光標(biāo) B=1 光標(biāo)閃爍； B=0 光標(biāo)不顯示 0 0 0 0 0 1 N S N=1 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針加一，且光標(biāo)加一 N=0 當(dāng)讀或?qū)懸粋€(gè)字符后地址指針減一，且光標(biāo)減一 S=1 當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示左移（ N=1）或右移（ N=0），以得到光標(biāo)不移動(dòng)而屏幕移動(dòng)的效果。 表 46指令設(shè)置 指令碼 功能 80H+地址碼（ 027H， 40H67H） 設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針 01H 顯示清屏： 2所有顯示清零 02H 顯示回車： 硬件電路設(shè)計(jì) 溫度采樣原理及電路 利用 DS18B20 溫度傳感器進(jìn)行溫度采樣． [11]它用單總線協(xié)議和單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通訊．單總線協(xié)議是采用單根信號(hào)線，既可傳輸時(shí)鐘，又能傳數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向 的，因而這種單總線技術(shù)具有線路簡(jiǎn)單 ． 溫度采樣電路如下圖 42所示。 利用一片 CMOS 定時(shí)器TLC555。 輸出頻率范圍是 73516033Hz，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為 0～ 100％ 。 輸出的頻率信 號(hào)可送至數(shù)字頻率計(jì)或檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)整理后送顯示 。 通電后 ,電源沿著Uc→R4→R2→C 對(duì) HS1101 充電 。然后 C 開始放電，放電回路為 C→R2→D→ 內(nèi)部放電管 腳 。 這樣周而復(fù)始的進(jìn)行充、放電，形成了振蕩 。 圖 43濕度采集電路 單片機(jī)與 PC 的串行通信電路 G1DA2V3D S 1 8 B 2 0V C C 1R4DS 串行通訊是數(shù)據(jù)通訊的主要方式之一。目前利用單片機(jī)開發(fā)的各種監(jiān)控設(shè)備大多都需要與 PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。 STC89S52單片機(jī)內(nèi)提供了一個(gè)全雙工的串行口， RXD， 送端 TXD。 TTL電平的邏輯“ 1”和邏輯“ 0”分別是 ，而串行通訊接口 RS232C采用負(fù)邏輯，即邏輯“ 1”為－ 5～－ 15V，邏輯“ 0”為 5～ 15V，二者的電氣規(guī)范不一致，因此要完成單片機(jī)與 PC機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，必須對(duì)單片機(jī)輸出的 TTL電平進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。利用RS232接口中的 RD、 TD、 GND（信號(hào)地）三線來完成雙工通信。 MAX232芯片內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，可以把輸入的 +5V電源變換成 RS232C輸出電平所需177。外圍需接 4個(gè) F/25V電解電容，供內(nèi)部電壓變換之需 。 MAX232的接口電路如圖 44所示。 DS18B20 有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。所有時(shí)序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。數(shù)據(jù)和命令的傳輸都是低位在先。有以上的分析可得程序讀寫時(shí)序流程圖如 圖 52所示： 測(cè) 溫 開 始復(fù) 位D S 1 8 B 2 0跳 過 R O M 命令轉(zhuǎn) 換 完畢 ？發(fā) 匹 配 R O M命 令讀 溫 度 值復(fù) 位D S 1 8 B 2 0送 單 片 機(jī)YN 開 始初 始 化讀 狀 態(tài)寫 命 令讀 數(shù) 據(jù)寫 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 顯 示 圖 52 讀寫時(shí)序流程圖 上、下位機(jī)數(shù)據(jù)通信子程序設(shè)計(jì) 上位機(jī)和下位機(jī)的通訊主要通過 RS232，來進(jìn)行通訊的，在本次的設(shè)計(jì)里，由于要單片機(jī)向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此要設(shè)計(jì)發(fā)送數(shù)據(jù)子程序，因此要設(shè)置串口的工作方式，這次設(shè)計(jì)采用了串口工作方式 1，由于串口工作方式 1的波特率是由定時(shí)器控制的，因此還要有定時(shí)器程序，產(chǎn)生需要的波特率來控制串口的功能工作方式。 //定時(shí)器 1工作方式為方式 1 TH1=0xfd。 TR1=1。 //串口中斷打開 SM0=0。 EA=1。 //開串口中斷 } 報(bào)警子程序設(shè)計(jì) 當(dāng)溫濕度不在設(shè)定值區(qū)間的時(shí)候就要發(fā)出報(bào)警信號(hào)，這樣可以起到提示的作用，首先要給上下限的值，這樣就可以進(jìn)行比較，然后經(jīng)過判斷語(yǔ)句判斷是否在設(shè)定的區(qū)間，當(dāng)不在設(shè)定的區(qū)間是就發(fā)出報(bào)警信號(hào)，一 直進(jìn)行循環(huán)判斷，設(shè)計(jì)流程圖如下圖 53所示。其設(shè)計(jì)流程圖如下圖 61 所示。而在統(tǒng)計(jì)學(xué)中，取平均是最常用的改進(jìn)期望值的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。它是將所有采集到的數(shù)據(jù)值平方之 后相加，然后除以數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，再取該平均值的平方根，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如式（ 61）所示： Nxi??? N1i 2x （ 61） 式中： N 為數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)， xi 為各次數(shù)據(jù)值。它對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)采用多次，然后計(jì)算其平均值，以平均值作為該點(diǎn)的采樣結(jié)果。其程序框圖如圖 62