基于LabVIEW的測溫系統(tǒng)設計

摘要：針對傳統(tǒng)測溫系統(tǒng)存在的若干問題，基于虛擬儀器技術，利用LabVIEW軟件設計開發(fā)了溫度測量系統(tǒng)。將傳感器測量到的數據通過數據采集卡采集到計算機，再利用虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW進行編程，向用戶提供操作界面和顯示界面，實現了溫度的數據采集、傳送、分析和顯示，并向用戶提供歷史查詢功能。結果表明，系統(tǒng)結構簡單、界面良好、易于操作，測量準確、穩(wěn)定可靠、溫度控制精度優(yōu)于±0.3℃，可以滿足工業(yè)測試的需要。
關鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；軟件設計；溫度測量

溫度是機械工業(yè)生產和科學研究實驗中的一個非常重要的參數，許多系統(tǒng)的工作都是在一定的溫度范圍內進行的，需要測量溫度和控制溫度的場合及其廣泛。目前的溫度測量控制系統(tǒng)常采用單片機控制，該技術應用廣泛，但其編程復雜，控制不穩(wěn)定，系統(tǒng)的精度不高。而利用虛擬儀器開發(fā)和設計的溫度測量系統(tǒng)，采用普通PC機為主機，利用圖形化可視軟件hbVIEW為軟件開發(fā)平臺，來監(jiān)測溫度的變化情況，采集數據并進行處理、存儲、顯示等。設備成本低，使用方便、靈活。

1 虛擬儀器技術與LabVIEW簡介
虛擬技術、計算機通信技術與網絡技術是信息技術的三大核心技術，其中虛擬儀器是虛擬技術的一個重要組成部分。在虛擬儀器系統(tǒng)中，用靈活、強大的計算機軟件代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的某些硬件，用人的智力資源代替許多物質資源，特別是在系統(tǒng)中應用計算機直接參與測試信號的產生和測量特征的解析，使儀器中的一些硬件甚至整件儀器從系統(tǒng)中“消失”，而由計算機的軟硬件資源來完成它們的功能。
LabVlEW是美國NI公司推出的一種基于G語言的虛擬儀器軟件開發(fā)工具，是目前國際上應用最廣泛的虛擬儀器軟件平臺之一，主要應用于儀器控制、數據采集、數據顯示等領域，可應用于Windows、Macintosh、UNIX等多種操作系統(tǒng)平臺。與傳統(tǒng)程序語言不同，LabVIEW采用強大的圖形化語言編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序員，編程方便，人機交互界面直觀、友好。設計者可以像搭積木一樣，輕松組建測量系
統(tǒng)，構造自己的儀器面板，而無需進行任何煩瑣的計算機代碼的編寫。即使用戶沒有多少編程經驗，同樣也能利用LabVIEW來開發(fā)自己的應用程序。

2 系統(tǒng)設計方案
虛擬溫度測試儀將被測對象的溫度轉換為電壓或電流等模擬信號，經信號調理電路進行功率放大、濾波等處理后，變換為可被數據采集卡采集的標準電壓信號。在數據采集卡內將模擬信號轉換為數字信號，并在數據采集指令下將其送入計算機總線，在PC機內利用已經安裝的虛擬儀器軟件對采集的數據進行所需的各種處理。其總體框架如圖1所示。

設計一個儀器，首先要考慮確定其功能，然后根據其功能確定需要設計前面板和程序框圖。在虛擬儀器中“儀器”的面板需要顯示在計算機屏幕上，根據需要可隨時進行修改，本文設計的虛擬溫度測試儀要實現如下功能：1)設置控制按鈕和顯示窗口，實時顯示溫度大小，可以對采集過程加以控制；2)設置預警信號，當溫度超過某個預設的溫度值時，該警示燈變亮；3)可以對采集到的溫度信號進行顯示、存儲和
打印，對采集到的溫度進行調用，以便分析處理和波形回放；4)以實時趨勢圖的形式直觀地看出溫度的變化過程，在實時趨勢圖中新數據連續(xù)擴展在已有數據的后面，波形連續(xù)向前推進。
2．1 傳感器的選擇
對溫度的測量而言，溫度傳感器的選擇是整個系統(tǒng)的第一步，也是直接影響系統(tǒng)性能的重要因素之一。由于熱電阻線性度好。在-200～+500℃的溫度范圍內獲得廣泛應用，因此，選擇熱電阻溫度傳感器。其工作原理為：熱電阻測溫儀是根據金屬導體的電阻隨溫度變化的特征進行測溫的。常用的鉑電阻的特點是精度高，性能穩(wěn)定可靠，被國際組織規(guī)定為-259～+500℃的溫度測量。其阻值與溫度的關系可以表示為：

式中RT，R0分別為T℃和0℃時的電阻值；A，B為常數，A=3．908x10-3℃，B=5．802x10-7℃。
熱電阻傳感器需要外加電源將電阻值轉換為電壓值進行測量。通常通過平衡電橋將熱電阻溫度變化轉換為電壓的變化輸出。然后進行放大，通過測量電橋輸出電壓變化求得溫度值。