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1、基于LabVIEW的库房温湿度监测系统的设计第一章 引言11.1本文研究的目的及意义11.2传统的温湿度监测方法21.3课题的来源及研究内容2第二章 LabVIEW软件及其监控功能的介绍42.1虚拟仪器技术42.1.1虚拟仪器的概念及系统结构42.2 LabVIEW软件介绍52.2.1 LabVIEW概述52.2.2 LabVIEW软件的组成52.2.3 LabVIEW软件的优势及实现监测功能的可行性6第三章 系统总体方案设计73.1设计方案的选择73.2设计方案73.3设计的实现的任务与目标7第四章 系统硬件设计94.1硬件设计原理94.2主要器件介绍104.2.1 STC89C52介绍10
2、4.2.2系统温度传感器DS18B20104.2.3湿度传感器HS1101介绍114.2.4液晶1602A介绍124.3硬件电路设计134.3.1温度采样原理及电路134.3.2湿度采集原理及电路144.3.3单片机与PC的串行通信电路15第五章 下位机设计165.1温度传感器DS18B20程序设计165.2液晶1602A子程序设计165.3上、下位机数据通信子程序设计175.4报警子程序设计18第六章 上位机程序设计196.1设计思路196.2温湿度平均值的计算196.3 LabVIEW中温湿度串口通讯206.4 LabVEW温湿度报警模块程序236.5 LabVIEW中温湿度滤波程序236
3、.6上位机整体程序24第七章 系统的仿真与调试267.1系统调试267.1.1温湿度报警调试267.1.2温湿度波形调试277.1.3温度滤波测试297.2系统演示30结 论32致 谢33参考文献34第一章 引言1.1本文研究的目的及意义库房是存放物品的重要地点，环境因素对库房物品影响非常大，在高温与高湿的环境下，库房容易滋生霉菌，害虫等3，使得物品寿命减短，损坏严重。因此科学的监测调节库房温湿度，加强对库房的监测，保护库房物品是一项有重要意义的工作。我国的大部分地区一年中有很长一段时间的高温高湿气候，适合细菌生长繁殖，对库房物品的保管非常不利，库房中的物品会受到外界空气温湿度变化的影响，会使
4、库房物品发生变质，腐化，失效等问题3，在有些地区，夏季库外最高温度可达40度，相对湿度达80%以上，即使在密闭的条件下，库房内温度仍然达到30度以上，而在库房管理中，30度及视为高温，相对湿度达到70%即为高湿。目前，各库房普遍采取密闭、通风与吸潮相结合的手段控制和调节库房温湿度。但这种方法需要依靠大量人力资源，控制精度低、实时性差，而且操作人员的劳动强度大。即使有些用户采用半导体二极管作为温度传感器，但由于其互换性差，效果也不理想。由于温度过高或过低引起的库存品失效或由于环境湿度过高而引起的事故时有发生，甚至危及到人员的安全。所以实施对温湿度的监控十分重要，同时有利于促进企业管理建设与高新科
5、技的结合，把企业库房监测等监控管理行业发展成为功能丰富多彩的数字家园。对库房温湿度监测系统除了应用于库房还可以应用于其他行业。例如像纺织工艺对温湿度有严格要求，纺织厂空调系统的可靠性和安全性直接影响正常生产和经济效益。目前纺织厂大部分空调系统控制方式落后、操作不方便。而且空调系统能耗大、机器受损严重、运行成本较高。因此，设计一个操作方便、功能完善、工作可靠的温湿度监测系统，对提高设备的工作效率、降低事故率有积极作用。本设计即以上述问题为出发点，设计了温度、湿度的监测系统，该系统不仅能实时的采集各抽样点的温度值与湿度值，而且能迅速处理，友好的将数据结果显示给用户。1.2传统的温湿度监测方法最早的
6、库房温湿度监测采用人工的方式，每天读取库房的温度计和湿度计，这种方式不仅效率低，劳动时间长，而且会由于抽样的不具代表性使得监测结果失去意义。随着传感器技术和测量测试技术的发展，为了更好地了解特殊要求库房的温湿度变化规律，传统的测试装置已经不能适应高标准的需要，需要研发新的监测装置，计算机技术的发展，出现了以计算机为核心的新一代仪器虚拟仪器。由美国NI公司推出的虚拟仪器开发平台软件LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称，具有简洁图形化编程环境和强大的功能。它广泛应用于数据采集与控制、信号处理、数据显示、数据分析等领域。采用虚拟仪器技术，有以下优点：(1)突破了传统仪器在数据处理、显示、存储
7、等方面的限制；（2）利用计算机丰富的软件资源，增加了系统灵活性；（3）通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析和处理，通过图形用户界面（GUI）技术，真正做到界面友好，人机交互。虚拟仪器利用通用的硬件平台（计算机、数据采集卡等）结合专用的硬件（如传感器、调理电路）实现数据的采集，再用相应的仪器功能软件对数据进行处理，实现传统仪器的功能，而且只要改变软件中的参数就能实现不同仪器的功能。同时界面友好，可视化软件LabVIEW工具，更是向着效率高、功能强大的方向努力。1.3课题的来源及研究内容本文利用LabVIEW软件设计并实现一个温湿度监控系统，实现温湿度的测量和显示和控制。
8、在虚拟仪器的思想为工业界逐渐接受的今天，人们越来越认识到“软件就是仪器”的先进思想的含义。本课题的研究内容就是利用虚拟仪器软件LabVIEW实现库房温湿度监测。采用LabVIEW作为监测软件，采用数字温度传感器DS18B20、湿度传感器HS1101测量温湿度1，利用单线检测信号将温湿度的值送到单片机进行相应的处理，然后经过串口通信，将温湿度的检测值经过RS-232送到计算机上，然后经过DAQ数据采集将数据送到LabVIEW，进行数据在LabVIEW将数据送到数据处理程序进行数据的处理，然后将数据送到报警程序与设定值进行比较，在设定值之间将在LabVIEW前面显示工作正常。如果工作不再设定值之内
9、，将会产生报警，在前面板将会有报警信号提示，同时在下位机将会有报警信号，同时将驱动相应的电路控制风扇和加湿器工作，使库房的温湿度能够工作在我们设定的理想状态。 第二章LabVIEW软件及其监控功能的介绍2.1虚拟仪器技术测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程2，即模拟仪器、分立元件式仪器、数字化仪器和智能仪器。随着电子技术、计算机和网络技术的高速发展，及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测量理论、新的测量方法、新的仪器结构不断出现。其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和测量系统更紧密地结合，导致仪器的结构、概念和设计观点等也发生突破性的变化，在这一背景下，出现了新的仪器概念-虚拟仪器
10、。2.1.1虚拟仪器的概念及系统结构所谓虚拟仪器，就是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测量功能由测量软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出监测结果，利用计算机的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理。利用I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种功能的一种计算机仪器系统。虚拟仪器与传统仪器的比较如下表2-1。表2-1 传统仪器和虚拟仪器的对比传统仪器虚拟仪器功能由仪器厂商定义功能由用户自己定义与其他仪器连接有限可方便的与网络外设及多种仪器连接图形界面小，人工读取数据信
11、息量小界面图形化，计算机直接读取数据并分析处理数据无法编辑数据可编辑、存储、打印硬件是关键部分软件是关键部分价格昂贵价格低廉系统封闭、功能固定，可扩展性差基于计算机技术开发的功能模块可构成多种仪器技术更新慢技术更新快2.2 LabVIEW软件介绍 LabVIEW是实验室虚拟仪器集成开发平台的简称，它是目前国际上应用最广泛的虚拟仪器开发环境之一，它是主要用于开发数据检测、数据测量采集系统、工业自动控制系统和数据分析系统等领域的专用软件开发平台。2.2.1 LabVIEW概述LabVIEW的最大特色是采用编译型图形化编程语言G语言，它与C、pascal、Basic等传统语言有着相似之处，如：相似的
12、数据类型、数据流控制系统、程序调试工具，以及模块化的编程特点。但二者最大的区别在于：传统编程语言用文本语言编程，程序的执行依赖于文本所描述的指令；而LabVIEW使用图形语言以框图的形式编写程序。用LabVIEW编程无需具备太多编程经验，因为LabVIEW使用的都是测试工程师熟悉的术语和图标，如各种按钮、开关、波形图等，界面非常直观形象。LabVIEW语言具有丰富的扩展函数库，集成了大量的生成图形界面的模板，如各种表头、旋钮、开关、LED指示灯、图表等，界面直观、形象，相对于传统的编程方式而言，它简单易学而且执行效率高，与传统的编程方式比，使用LabVIEW设计的虚拟仪器，可以提高效率4-10
13、倍。LabVIEW的核心是VI。VI有一个人机对话的用户界面前面板和类似于源代码功能的方框图。前面板接收来自方框图的指令。在VI的前面板中，空间模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的框图；而指示器则模拟了仪器的输出装置并显示由方框图获得或产生的数据。用LabVIEW编制出的图形化VI是分层次和模块化的。我们可以将之用于顶层程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。一个VI用在其他VI中，称为subVI，subVI在调用它的程序中同样是以一个图标的形式出现的。2.2.2 LabVIEW软件的组成一个完整的LabVIEW开发环境包括基本模块和扩展模块两部分，引擎部分是整个图形化开发环境的核心，包括
14、编辑模块、运行模块和调试模块。LabVIEW环境下开发的程序称为虚拟仪器VI1。程序VI由一个前面板，程序流程图和一个接口板组成。接口板用于上层的VI调用该VI。2.2.3 LabVIEW软件的优势及实现监测功能的可行性 1、简单的方案使得可以很方便的使用LabVIEW，因为它使用可视化技术建立人机界面，提供了大量仪器面板中的控制对象。 2、LabVIEW提供了先进的网络技术。 3、先进的ActiveX技术融合了简单的拖放编程方法，仪器控制和数据采集免得非常简单。 4、灵活的仪器将LabVIEW与一般的数据采集加以组合，可以设计出更灵活的虚拟仪器。 5、LabVIEW拥有大量NI公司或第三方公
15、司提供的支持软件。 第三章 系统总体方案设计3.1设计方案的选择库房温湿度控制在国内外设计比较多，很多都是直接采用单片机进行设计的，所有的数据处理都是有单片机来处理，这样就会增加单片机的负担。本次的设计是基于LabVIEW来进行设计的，将检测的数据送到上位机LabVIEW进行数据处理，这样就会减少单片机的处理数据的负担，而且在LabVIEW的图形界面可以看的很清楚，数据的变化过程，比较方便。而且设计起来比较方便，因为LabVIEW都是图形化的程序，设计程序的时候比较直观，而且易懂，设计起来比较容易，在它的前面板上就直接可以看到数据的变化过程。3.2 设计方案该系统整体上分为三大部分：一部分为基本的硬件电路；二是检测部分电路；三是上位机现场数据处理和管理在库房的关键部分设置温度传感器（DSl8B20）湿度传感器（HSll01），利用Dsllas公司的单总线协议和单线检测信号将温湿度的值送到单片机进行相应的处理，然后经过串口通信，将温湿度的检测值经过RS-232送到计算机上，然后经过DAQ数据采集将数据送到LabVIEW，LabVIEW将数据送到数据处理程序进行数据的处理，然后将数据送
