基于虚拟仪器温湿测量系统.doc

LabVIEW课程设计
题目名称：基于虚拟仪器温湿度测量系统
专业班级：测控技术与仪器1101班
学生姓名：xxx
学号：xxxxxxxxxxxx
指导教师：xxxxxxxxxxx

成绩：

评语：

指导老师签名：

日期：

学生姓名
陈钟德
专业班级
测控1101班
学号
201123030116
题目
流水灯控制器
课题性质
工程设计
课题来源
自拟
指导教师
xxx
主要内容
（参数）
虚拟仪器具有强大的数据处理能力，并且具备多种仪器设备功能于一体，能够从分享用计算机所有资源，实现普通仪器所不能实现的功能。而且拥有良好的人机设计界面，简单易学，设备集成度高，灵活多变。本文设计就是建立在VI基础上，在此平台上完成对温度和湿度的实时测量在数据采集部分中，向AI-date（模拟数据输入）输入任意数值，在各子程序设定好的数值下，会显示出温度和湿度的数值以及超限时系统自动报警。
任务要求
（进度）
1.浏览课程设计的任务和要求，网上查找相关资料，确定设计题目，拟定设计方案。
2.依照拟定的方案设计单元程序，且单元程序的设计要有依据和详细论述。
3.软件设计，程序编写及调试。
4.撰写课程设计报告。要求内容完整、图表清晰、文理流畅、格式规范、方案合理、设计正确。
主要参考
资料
【1】童刚.虚拟仪器实用编程技术[M].机械工业出版社，2008
【2】张重雄编著.虚拟仪器技术分析与设计[M].电子工业出版社，2007
【3】张毅等编著.虚拟仪器技术分析与应用[M].机械工业出版社，2004
【4】黄震宇、温湿度控制系统设计[J]无锡广播电视大学，2008
审查意见

系（教研室）主任签字： 年月日
虚拟仪器课程设计任务书

摘要..........................................................................................5
1系统概述..........................................................................................5
2 基于虚拟仪器温湿度监控系统...............................................6
2.1 设计目的.......................................................6
2.2 设计思路........................................................6
3 VI的子程序框图的设计及设计过程...........................................6
3.1 数据采集的程序设计.............................................6
3.1.1 数值常量的设计................................................6
3.1.2 数值符号的设计................................................7
3.1.3 选择符号的设计................................................7
3.2 湿度超限报警及其波形显示设计...................................7
3.2.1比较符的设计...................................................7
3.2.2 湿度表盘的设计................................................7
3.2.3 指示灯的设计..................................................7
3.2.4 波形图的设计..................................................7
3.2.5报警器的设计...................................................7
3.3 温度超限报警机器波形显示设计...................................8
3.3.1圆形指示灯的设计...............................................8
3.3.2 温度计的设计..................................................8
3.4 湿度和温度数据显示的程序设计...................................8
3.4.1 温湿度数据表格的设计..........................................8
3.4.2 文件路径创建的设计............................................8
4 总程序框图.........................................9
5 VI前面板..............................................................................10
6 程序调试数据结果...............................................................11
7设计心得...........................................12
参考文献......................................................................................13

摘要
虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。使用虚拟仪器用户可以通过操作显示屏上的“虚拟”按钮或面板，完成对被测量的采集、分析、判断、调节和存储等功能。本文设计就是建立在VI基础上，在此平台上完成对温度和湿度的实时测量。
本次设计是利用虚拟仪器技术设计了一个适用生活的温湿度测控系统，使用LabVIEW和数据采集卡相互配合采集温湿度信号并输出控制信号。由于LabVIEW本身的图形化编程平台，使得本系统的设计较为简单，实现的结果更形象、直观，操作也方便，并且还可以较容易地实现功能增减。
关键词：虚拟仪器；采集；VI；温度；湿度
1系统概述
LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。
　　与C和BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。基于这种形势下，开发一些服务与社会的控制系统是很必要的，本文主要是对温湿度的监控设计。
　　虚拟仪器（virtual instrumention）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。
　　虚拟仪器的主要特点有：尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。　

2 基于虚拟仪器温湿度监控系统
2.1 设计目的：
为了便于人们在生活劳作中对温湿度有一定的掌控，以满足人们所需，这样不仅可以减少人力物力，还能减少很多不必要的麻烦，对农作物所需温度的监控，对室内温湿度的监控起到很大大的作用。
2.2 设计思路：
温湿度上下限报警
由温湿度传感器检测信号，信号被DAQ采集卡采集，进入计算机虚拟仪器程序，对采集到的温湿度进行判断，当温度不适于农作物生长时，系统报警，可以通过空调、电风扇等工具降温；当湿度不适于农作物生长时，系统报警，通过灌溉或者增加光照等措施，调节湿度。还需对采集到的实时数据进行显示、存储、报警历史记录等功能。如图1.2.1和1.2.2。
温度显示及存储
温度传感器

计算机
DAQ采集

湿度传感器

湿度显示及存储

报警指示灯

2.2.1 基于虚拟仪器温湿度监控系统流程框图

基于虚拟仪器温湿度控制

数据存储
指示灯亮灭
超限报警
数据采集

图1.2.2系统组成结构图
3 VI的子程序框图的设计及设计过程
3.1 数据采集的程序设计
3.1.1 数值常量的设计:
在【函数】选板中选择【数学】子选板中的【数值】，然后选择数值常量。
3.1.2 数值符号的设计：
在【函数】选板中选择【编程】，然后选择【数值】子选板中的乘和加。
3.1.3 选择符号的设计：
在函数选板中选择【编程】，然后选择【比较】子选板中的选择在【函数】选板中选择。程序框图如图3.1所示。

图3.1 数据采集程序框图
3.2 湿度超限报警及其波形显示设计
3.2.1比较符的设计：
在【函数】选板中选择【编程】子选板中的【比较】，然后选择小于和大于符号放置合适的位置；
3.2.2 湿度表盘的设计：
在【控件选板】中选择【经典数值】，然后选择【仪表】控件，放置前面板合适的位置，将标签改为湿度。
3.2.3 指示灯的设计:
在【控件】选板中选择【指示灯】中的方形指示灯放置合适的位置。
3.2.4 波形图的设计：
在【控件选版】中的【express】中选择【图形显示控件】，然后选择【波形图】。
3.2.5报警器的设计：
在【函数】选板中选择【编程】子选板的【声音与图形】，然后选择蜂鸣器，程序框图如图3.2所示。

图3.2 湿度报警及波形显示程序框图
3.3 温度超限报警机器波形显示设计
3.3.1圆形指示灯的设计：
在【控件】选板中选择【指示灯】中的圆形指示灯放置合适的位置。
3.3.2 温度计的设计：
在【控件】选板中选择【经典】子选板中的【经典数值】，然后选择温度计放置合适的位置；其余过程类似于3.2所述，其程序框图如图3.3所示。

图3.3 温度报警及波形显示程序框图
3.4 湿度和温度数据显示的程序设计
3.4.1 温湿度数据表格的设计：
在【控件选板】选择【新式】中的【列表与表格】中的【express表格】放置合适的位置。
3.4.2 文件路径创建的设计：
在函数选板中选择编程子选板中的文件I/O，然后选择写入电子表格，再创建输入控件。程序框图如图3.4所示。

图3.4 温湿度数据显示程序框图
4总程序框图

图 4.1 温湿度系统控制图

5 VI前面板
在数据采集部分中，向AI-date（模拟数据输入）输入任意数值，在各子程序设定好的数值下，会显示出温度和湿度的数值，设计过程如图5.1所示。

图 5.1 温湿度前面板控制图

6 程序调试数据结果
程序运行后的数据结果显示如图6.1.1和6.1.2所示。

图6.1.1 湿度数据结果

图6.1.2 温度数据结果

7设计心得
通过本次课题，锻炼了自己动手实践操作的能力，学到了很多书本上学不到的东西，使实践与实际结合起来，对LabVIEW有也了更深层次的理解和掌握。经本学期的学习与实验，本文设计的监控系统基本实现了预期设计的所有功能，但结合当前的技术分析，本监测系统还可以进一步完善。如可以对采集到的信号进行噪声过滤，还可以对采集到的信号进行PID运算处理，输出信号到执行器，控制执行器动作，再利用反馈原理，进一步调节执行器的动作，以达到系统全自动运转的目的。完善后的系统的使用范围将大大扩展，如使用在农业上，温室应用该系统后，就可以实现自动灌溉、加热等功能，不但大大减少人们的劳动量，也避免了人为因素（疲劳、兴奋等）导致的监测不精确，这样在一定程度上可以增加了农作物的产量。

参考文献：
【1】童刚.虚拟仪器实用编程技术[M].机械工业出版社，2008
【2】张重雄编著.虚拟仪器技术分析与设计[M].电子工业出版社，2007
【3】张毅等编著.虚拟仪器技术分析与应用[M].机械工业出版社，2004
【4】黄震宇、温湿度控制系统设计[J]无锡广播电视大学，2008
【5】张国雄主编.测控电路[M].天津大学.机械工业出版社，2006
【6】翁维勤，孙洪程编著.过程控制系统及工程[M].化学工业出版社，2002
【7】童刚.虚拟仪器实用编程技术[M].机械工业出版社，2008
【8】张重雄编著.虚拟仪器技术分析与设计[M].电子工业出版社，2007
【9】张毅等编著.虚拟仪器技术分析与应用[M].机械工业出版社，2004
【10】林君，谢宣松等编著.虚拟仪器原理及应用[M].科学出版社,2006
【11】张重雄.虚拟仪器技术分析与设计.北京：电子工业出版社，2007