利用LabVIEW软件开发平台实现温湿度检测系统的设计

1 引言

温湿度检测在科研、农业、暖通、纺织、机房、航空航天、电力等工业部门得到了广泛的应用，因此设计简单方便的温湿度检测系统具有十分重要的意义。

本文基于Labview软件设计可以采集3路温度和2路湿度信号的温湿度检测系统，具有温湿度数据显示、波形显示、温湿度上下限设定报警以及数据保存和数据回读功能的系统，具有操作简单、有良好的人机界面等特点。

2 系统总体设计

基于LabVIEW的温湿度控制系统设计包含以下部分:控制对象建模、数据采集、数据传输、数据处理、控制信号输出接口电路设计及其他附属功能的设计。本设计采用虚拟仪器技术搭建基于LabVIEW软件开发平台设计的温湿度系统结构图如图1所示。

数据采集模块实现温度实时采集、湿度实时采集及数据预处理；数据传输模块将检测信号传输到计算机；当数据进入计算机后，在LabVIEW平台上，经数据处理子程序、温湿度检测子程序实时监测，同时在前面板实时输出温度、湿度控制曲线。

系统通过前面板的温度、湿度设定窗口，可实时改变温、湿度的设定值；当出现温度、湿度超出温湿度的上限或下限时，软件发出语音及光报警信号，提示监测人员以便实现相应的操作。

3 硬件设计

采用数字传感器DS18B20进行温度的测量。采用传感器HS1101来测量湿度，HS1101为电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号，常用两种方法：一是将该湿敏电容置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号；另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号。

湿度与频率的典型值如表1所示。

表1给出的是湿度与频率对应的典型值，而对于任意值的对应，利用最小二乘法拟合后的直线方程为给出其拟和直线如图2所示。

4 软件的设计

软件的设计中通过设计选择打开采集界面和数据回读界面来实现温湿度的采集和数据的读取，

由于湿度采取的是频率信号，所以在设计的过程中可以选择性的打开频谱分析。前后面板分别如图3，图4所示。

采集界面是本设计的重点。前面板由示波器、温湿度值数字显示、温湿度图形显示以及温湿度上下限设置以及数据保存模块组成。如图5所示。

当温湿度信号传入LabVIEW后，数字显示和图形显示就会显示出当前所检测到的温湿度数值。同时，示波器也将反应出信号的波动变化，温湿度控制面板包括了5路信号的上下限控制，可以通过上下箭头手动设置某路信号的上下值，或者直接输入数字。当所测温度或湿度低于所设定的下限值时，系统会报警，低温或低湿信号灯会亮起。同样，当所测得温度或湿度高于设定的上限值时，系统会报警，高温或高湿信号灯会亮起。数据保存模块，对于五路信号的数值进行存储，可以自行输入存储路径，保存形式是TXT文档。

后面板的设计如图6所示，由于本设计设计3路温度输入2路湿度输入，总共5路信号输入，所以需要五个端口。 由于有五个端口，五路信号的输入需要经过Index Array（索引数组），使用输入Index number指定要访问的数组元素。Index Array 函数会自动调整大小以匹配连接的输入数组维数。当将输入数组连接到Index Array 函数后，使用Positioning工具手工调整放置在图框上的函数大小，可访问多个元素或子数组。在扩大Index Array 函数时，它将按一定的增量扩大，增量取决于连接到函数的数组堆数。数据将通过导线进入到上下限比较子VI，在子VI中我们拟定了被测值将于预先设定的安全值进行大小比对，一旦出现过大或过小情况，将会触发设定的警报灯亮起，告知用户被监测对象出现不安全的隐患。随后被监测的数据会被送入Thermometer/Gauge和String这两个显示控件一种是图形显示一种是数字显示，让用户方便直观的观察温度与湿度的具体情况。

在被显示的同时这些检测数据都将被保存系统Write Characters To File 完好的保存下来，用户只需给定保存路径即可，这样方便了用户日后查找分析数据。最后这五组不同的数据将被将根据温度和湿度的不同显示方法分在两个示波器中显示出来。使用Write Characters To File 把数据写入文件，添加一个FOR循环，将其扩大到足以包含个组件。在框中放入Digital Thermometer.Vi 这个子VI可以返回来自温度传感器的仿真温度测量。Format Into String 函数值将温度值转换成字符串并在其后串接逗号。最后回到前面板设置下保存路径就能完全实现系统中的数据保存功能。

数据读取VI面板，在这里可以设置读取文档的路径名称，以及读取数据的长度。其前后面板如图7、图8所示。

使用Read Characters From File VI 从文件中读取数据并将信息用字符串输出。并通过运算得出保存数据的参数，如读取数据的开始位置，读取数据的长度，最后用While循环包含整个保存模块，在前面板输入需要读取的文件位置就可以做到数据读取的功能。

5 结论

在课题的研究开发过程中，充分应用LabVIEW虚拟仪器技术的优点，并针对现有温湿度检测系统存在的问题，设计了工作可靠性高、操作简单的温湿度测控系统。该系统包含温湿度实时设置与显示、温湿度控制曲线实时显示、系统状态监测、历史数据记录及历史数据回读等功能块，可实现温湿度设定值的实时设置、温湿度超标的实时报警、温湿度控制曲线的实时监测、系统工作状态的实时监测、历史测控数据记录及回读等。从系统的测试结果可知，系统可实现可靠检测的同时，实现了操作界面简单、可视性好的特点。