基于虚拟仪器的测温系统设计

测温系统设计

科技信息○IT技术论坛○SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2008年第33期

基于虚拟仪器的测温系统设计

刘

（1.河海大学常州校区机电学院热能与动力工程系

江苏

巍1

常州

刘珂琴2

213000；2.常州工学院光电工程学院

江苏

常州

213002）

【摘要】针对传统测温存在的若干问题，运用图形化编程语言LabVIEW设计了基于集成温度传感器AD590的虚拟测温系统。系统由软件控制数据采集装置获取传感器检测到的温度信号，实现数字滤波、显示实时温度值，生成温度趋势曲线、温度统计直方图等。实验结果表明，系统结构简单、界面良好、易于操作，测量准确、稳定可靠，可以满足工业测试的需要。

【关键词】虚拟仪器；AD590；温度检测；

LabVIEW

1.引言

在工业生产和科学实验过程中，温度是需要测量和控制的重要参数之一。随着工业生产自动化程度越来越高，对温度的测量越来越普遍，而且对温度测量的要求也越来越高[1]。由于测温时的会受到各种干扰，影响了测温精度，需要进行滤波。传统测温仪一般都是通过硬件电路实现，这样就存在电路复杂、成本较高、性能不够稳定等问题[2]。另外除了要显示实时温度外，往往还要能够方便的实现报警、显示温度变化趋势、对所测温度进行一定的统计分析等功能。因此传统的以硬件为主的测温系统在很多场合已不能适应现代测温的要求。

以虚拟仪器为代表的虚拟测试技术可以较好的解决这些问题。虚拟仪器[2][3]是利用PC计算机显示器（CRT）的显示功能模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果，利用PC计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析、处理，由I/O接口设备完成信号的采集、测量与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。软件开发是虚拟测试系统的关键部分，在众多的开发软件中又以美国国家仪器公司开发的图形化编程语言LabVIEW应用最广、功能最强[3]。

本文根据给定的测温要求，通过软、硬件技术组合，在LabVIEW平台上进行二次开发，设计了虚拟测温系统，利用软件实现了诸如温度显示、数字滤波、统计分析等多种功能，降低了仪器成本、提高了系统的稳定性。同时基于软件的体系结构大大节省了开发和维护费用。

示及报警、生成温度趋势曲线和直方图等功能，程序设计思路如图2所示。下面对程序设计方法进行介绍。

3.1信号采集程序设计AD590测量温度信号，通过调理电路将温度信号转换为直流电压信号。该信号一般为变化缓慢的直流信号。设计中为了减小测量误差，在同一点连续采集多个数据取其平均值做为最后的测量结果。数据采集利用AISampleChannel.vi子程序实现，同时利用ForLoop连续采样100点，构成数组供后续的滤波程序使用。采集程序框图如图3所示。

图2软件部分技术路线图图3数据采集单元程序框图

2.AD590测温系统硬件设计

AD590是美国ADI公司生产的是恒流源式模拟集成温度传感器。它兼有集成恒流源和集成温度传感器的特点，具有测量误差小、动态阻抗高、传输距离远、体积小、功耗低等优点。AD590的测温范围是-55~+150℃，对应于热力学温度T每变化1K，输出电流就变化1μA。这表明其输出电流I（μA）与热力学温度T（K）严格成正比。同时在298.15K（对应于25.15℃）时输出电流恰好等于298.15μA。

由于要求测量的温度范围为-30～120℃，测量分辨率为0.5℃，此时AD590的输出电流在243.2~393.2μA之间变化。若选择取样电阻为1kΩ时，输出电压V590在243.2～393.2mV之间变化。由于虚拟测试系统采用的数据采集卡的满度输入设置为5V，放大器增益设置为10即可。同时当温度变化0.5℃时，AD590的输出电流为0.5μA，V590=0.5mV，则放大器的输出V0＝5mV。而数据采集卡的量化单位Q＝5/(212－1)＝1.22×10-3V＝1.22mV。显然U>Q，故增益取10可以同时满足量程和分辨力要求。

设计中选用美国PMI公司生产的电压运算放大器OP-07。OP-07是一种高精度单片运算放大器，具有很低的输入失调电压和漂移。使用OP-07一般不用考虑调零和频率问题就能满足要求。AD590测温模块的调理电路如图1所示。

[2]

在数字化测控系统中，很多滤波任务

可以由数字滤波器承担。它与硬件滤波器相比具有使用灵活、修改方便，可提高可靠性、稳定性等优点。常用的数字滤波方法有很多种，比如算术平均值、中值滤波、中值平均滤波、小波消噪等[4]。根据本系统测量对象特点和测量精度，选用中值平均滤波法。

这种滤波法是中值滤波和算术平均值滤波两种方法的结合，即先用中值滤波法滤除由于脉冲干扰而有偏差的采样值，然后把剩下的采样值做算术平均。设n次采样值x1，x2，…，xn，按大小顺序排列为x(1)≤x(2)≤…≤x(n)，把最小的x(1)和最大的x(n)去掉，剩下的取算术平均值即为滤波后的值y。中值平均滤波法既可以去掉脉冲干扰，又可对采样值进行平滑处理，提高了数据处理质量，对于快、慢干扰均有效。

设计中将数字滤波程序做成子VI以供调用，同时在对采样值按大小排队和计算累加和时，考虑到程序的简洁采用了LabVIEW自带的公式节点。程序框图如图4所示。

3.2数字滤波 …… 此处隐藏：687字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……