基于labview的烤煙房遠(yuǎn)程溫濕度測控系統(tǒng)
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本測量系統(tǒng)采用LabVIEW7.0 Express作為控制軟件。LabVIEW程序稱為虛擬儀器程序，它是基于圖形化編程語言G的開發(fā)環(huán)境，是儀器控制與數(shù)據(jù)采集的編程平臺。LabVIEW程序是通過對數(shù)據(jù)采集卡的控制來采集數(shù)據(jù)的。電壓模擬信號被數(shù)據(jù)采集卡采集后輸人計(jì)算機(jī)，用PID算法對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時(shí)用所產(chǎn)生的控制信號將處理后的數(shù)據(jù)送人輸出通道。系統(tǒng)的采集狀態(tài)由前面板顯示，所采集出的溫濕度數(shù)據(jù)以文件形式保存。以模塊化的編程思想將系統(tǒng)分成數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)控制、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲4個(gè)模塊，并把每個(gè)模塊編寫成一個(gè)子VI，讓各模塊分別完成確定的任務(wù)，然后通過主程序調(diào)用每個(gè)子VI。
3.1主控模塊
主控模塊可以使各模塊之間按照系統(tǒng)的框架協(xié)議來協(xié)調(diào)動(dòng)作和通信，以及實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，該主控模塊提供有用戶接口，主控模塊可以通過調(diào)度各功能模塊來響應(yīng)用戶指令。本系統(tǒng)提供了形象逼真的儀器軟面板，以方便用戶使用。
3.2數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊的功能就是將溫度信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳遞到計(jì)算機(jī)。NI公司的數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采集功能可以由LabVIEW提供的模入模塊中的中級模入函數(shù)組合起來實(shí)現(xiàn)。
圖3是使用中級模入設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集程序框圖。該程序先用Device Open.vi模塊打開數(shù)據(jù)采集設(shè)備；然后用AI Config.vi模塊來配置數(shù)據(jù)采集卡．選擇模擬量輸入通道，指定輸入信號的范圍(調(diào)節(jié)硬件增益)，設(shè)置采集數(shù)據(jù)所占用計(jì)算機(jī)緩沖區(qū)的大小及設(shè)置掃描間隔：再通過AI Start.vi啟動(dòng)模入操作，其作用主要是控制數(shù)據(jù)采集速率和要獲得的掃描數(shù)，這里將Number of scans to acquire(獲得的掃描數(shù))輸入端口值設(shè)置為“0”即可選擇連續(xù)采集模式，直到清除模入操作為止(如果設(shè)置為“-1”則只要緩沖區(qū)滿就停止掃描)；AI Read.vi的作用是從AI Config分配的緩沖中讀取數(shù)據(jù)，它能控制每次讀取的點(diǎn)數(shù)、讀取數(shù)據(jù)在緩沖中的位置等，它的輸出是一個(gè)二維數(shù)組，其中每一列數(shù)據(jù)對應(yīng)于通道列表中的一個(gè)通道；最后，通過AI Clear.vi模塊來清除模入操作和計(jì)算機(jī)中分配的緩沖，并釋放所有數(shù)據(jù)采集的資源。
系統(tǒng)把采集到的數(shù)據(jù)送到PID控制器的輸入端口，經(jīng)過PID處理后，把控制輸出量通過數(shù)據(jù)采集卡的輸出通道輸出。
3.3 系統(tǒng)控制模塊
控制電路的工作原理是把傳感器輸出的電信號經(jīng)放大、濾波后，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)實(shí)際溫濕度和系統(tǒng)的給定溫濕度度求出偏差，并利用PID控制算法求出系統(tǒng)的輸出控制信號，然后通過數(shù)據(jù)采集卡輸出的控制信號來控制繼電器的動(dòng)作，進(jìn)而控制鼓風(fēng)機(jī)和排風(fēng)扇的工作，最終達(dá)到調(diào)整烤煙房的溫度和濕度之目的。
該模塊的基本思路是：根據(jù)烤煙時(shí)的三階段烘烤要求，在不同階段，先由煙農(nóng)在客戶端VI的前面板上發(fā)出相應(yīng)的控制命令來設(shè)定溫濕度參數(shù)，然后系統(tǒng)對采集的數(shù)據(jù)利用PID控制算法進(jìn)行處理，并通過數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號來控制相關(guān)繼電器的工作。PID是當(dāng)前工業(yè)控制中應(yīng)用最廣泛的算法。圖4是一個(gè)典型的PID控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。這里將被控制的系統(tǒng)參數(shù)叫做過程變量(PV-Process variable)，將被控制的過程變量指定的理想值叫做設(shè)定點(diǎn)(SP-setpoint)。PID控制器先確定一個(gè)對被控系統(tǒng)的輸出量(U―output)，然后驅(qū)動(dòng)過程變量使其逼近設(shè)定點(diǎn)。
以溫控為例，當(dāng)溫度低于設(shè)定的閾值范圍時(shí)，控制器向數(shù)字I／O通道相應(yīng)位寫入‘1’，控制繼電器隨既接通(鼓風(fēng)機(jī)啟動(dòng))，溫度升高；反之，控制器向數(shù)字I／O通道相應(yīng)位寫入‘0’，繼電器關(guān)閉(鼓風(fēng)機(jī)停止)，溫度降低。如此反復(fù)，從而使溫度值穩(wěn)定在設(shè)定值的閾值范圍內(nèi)。經(jīng)實(shí)踐，溫度的浮動(dòng)范圍定為±2℃，濕度的浮動(dòng)范圍定為±3.5％。
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