基于虚拟仪器的温湿度监控系统

利用LabVIEW进行温湿度监测与控制温湿度监测与控制是当前生活和工业中广泛应用的一项技术。

利用LabVIEW软件可以实现对温湿度进行实时监测和控制，提高生产效率和保障生活质量。

本文将介绍利用LabVIEW进行温湿度监测与控制的原理和方法。

一、温湿度监测系统设计温湿度监测系统是由传感器、数据采集模块、数据处理模块和控制执行模块组成的。

传感器用于感知环境中的温湿度信息，数据采集模块负责将传感器获取的模拟信号转换为数字信号，数据处理模块通过LabVIEW软件进行信号处理和显示，控制执行模块实现对环境的温湿度控制。

二、LabVIEW软件介绍LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instruments）推出的图形化编程软件，具有直观的界面和丰富的功能。

用户可以通过拖拽、连接图形化元件来编写程序，而无需编写繁琐的代码。

LabVIEW软件支持多种硬件设备的驱动程序，可以方便地与各类传感器和执行器进行连接和通信。

三、LabVIEW温湿度监测与控制流程1. 硬件连接：首先将温湿度传感器连接到数据采集模块，通过数据线将数据采集模块连接到计算机。

2. 创建VI：在LabVIEW软件中创建一个VI（Virtual Instrument，虚拟仪器），用于实现温湿度监测与控制功能。

3. 数据采集：在VI中添加数据采集模块的驱动程序，设置数据采集的参数，如采样间隔、采样时长等。

4. 信号处理：通过添加信号处理模块，对采集到的温湿度数据进行滤波、校准等处理，使其更加准确和可靠。

5. 数据显示：使用LabVIEW提供的图形绘制工具，在VI中添加显示窗口，将处理后的温湿度数据以实时曲线的形式显示出来。

6. 控制执行：在VI中添加控制执行模块的驱动程序，设置控制参数，如设定温度、湿度的阈值，实现对温湿度的控制。

7. 用户界面：通过LabVIEW提供的界面设计工具，创建一个用户友好的界面，方便用户实时监测温湿度和进行控制调节。

基于虚拟仪器技术的温湿度无线检测系统
环境试验设备和高温高压灭菌装置是保证产品质量以及人民健康免受病菌侵害不可或缺的试验设备，温度、湿度的控制在环境试验设备中起着相
当重要的作用。

随着各行业温湿度检测需求的增加，要求相应的检测、验证
手段必须不断提高和完善。

一些传统的计量检测仪器和方法无法满足某些特殊环境下的测量要求。

为了确保环境试验设备温度、湿度检测的可靠性，必须采用特定的技术对该
类环境试验设备温度、湿度测量的准确性进行检验和验证。

该检测系统基于NI公司推出的Labview图形化语言环境，选择含有
已校准数字信号输出的温度、湿度复合传感器SHT11单芯片制作传感探头，
采用CC1100射频收发芯片制作无线发射接收通信模块，不需要连线便可直
接探测设备内部信号，并且以飞思卡尔公司的MC68HC08嵌入式MCU为信
号处理单元，利用串口通信在上位计算机进行数据处理。

一、温度、湿度无线检测系统的工作原理。

基于虚拟仪器的温湿度监控系统摘要温湿度监控就是对周围环境的温湿度进行检测，进而调节影响温湿度的因素，使之向人们所希望的方向变化。

实现温湿度监控有很多种方法：基于单片机的温湿度监控系统；基于虚拟仪器的温湿度监控系统；基于MatLab（即矩阵实验室Matrix Laboratory）的温湿度监控系统；基于GSM（即Global System for Mobile Communications的缩写，中文为全球移动通讯系统）远程分布式温湿度监控系统。

本文提出了一种基于虚拟仪器的、针对农业温室温湿度的温湿度监控系统，即利用LabVIEW实现对农业温室的温湿度监控，该系统可以实现对传感器采集的数据进行简单处理，存储和显示，以及越限报警等功能。

具体的，当采集到的温湿度，高于或者低于设置的（适合农作物生长的）温湿度时，系统报警，操作人员可以通过通风、灌溉等相应的措施调节，达到保持最适农作物生长温湿度的目的。

与其它两种方法比较，基于虚拟仪器的温湿度监控系统更具优势，由于有NI公司生产的配套产品——DAQ数据采集卡（本次设计采用的采集卡是PCI-6221）的配合使用，使整个系统结构更简单，功能更强大。

关键词：虚拟仪器；温湿度传感器；数据采集；虚拟控制系统；数据采集卡Virtual instrument based on temperature and humidity controlAbstractTemperature and humidity monitoring is on the surrounding environment to detect the temperature and humidity, which affect the temperature and humidity adjustment factors, so that people want to change direction. Monitor temperature and humidity to achieve there are many ways: single-chip based on the temperature and humidity control system; virtual instrument based on the temperature and humidity control system; based on MatLab (Matrix Laboratory that Matrix Laboratory) of the temperature and humidity control system; based on the GSM (or Global System acronym for Mobile Communications, Chinese for the Global System for Mobile Communications) long-range distributed temperature and humidity monitoring system.This paper presents a virtual instrument based on, for agricultural greenhouse temperature and humidity of the temperature and humidity control system, namely the use of LabVIEW to achieve greenhouse agriculture monitoring the temperature and humidity, the system can be achieved on the sensor data collected by simple handling, storage and display, as well as more features such as alarm threshold.Specific, when the collection of temperature and humidity, above or below the set (suitable for crop growth) temperature and humidity, the system alarm, the operator can ventilation, irrigation and other appropriate measures to adjust to maintain optimum crop growth temperature The purpose of humidity.And the other two methods, based on virtual instrument temperature and humidity monitoring system is superior, because of the supporting NI products company - DAQ data acquisitioncard (in this design is the acquisition card PCI-6221) with the use, the structure of the whole system simpler and more powerful.Keywords: Virtual instrument; temperature and humidity sensors; data acquisition; virtual control system; data acquisition card目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言 (1)1.1 研究背景 (1)1.1.1 温湿度监控系统的意义 (1)1.1.2 虚拟仪器的概况 (2)1.1.3 虚拟仪器的发展前景 (4)1.2 LabVIEW简介 (5)1.2.1 LabVIEW的功能与特点 (5)1.2.2 LabVIEW程序构成与模块简介 (6)第二章硬件介绍 (9)2.1 数据采集卡介绍 (9)2.2 传感器简介 (11)第三章基于虚拟仪器的数据采集与控制 (14)3.1基于LabVIEW的数据采集 (14)3.1.1数据采集的基础 (14)3.1.2基于LabVIEW的数据采集及存储 (18)3.2 基于虚拟仪器的控制系统 (20)3.2.1虚拟仪器与LabVIEW在控制中的应用 (20)3.2.2基于虚拟仪器的控制系统的结构 (22)第四章基于虚拟仪器温湿度监控系统的方案设计 (23)4.1 基于虚拟仪器温湿度监控系统 (23)4.1.1系统前面板 (24)4.1.2程序子模块 (25)4.2系统程序总图 (29)第五章程序运行和调试 (31)5.1 程序的运行 (31)5.2程序调试技术 (31)5.3系统的运行 (32)总结 (34)参考文献 (35)附录A系统前面板 (36)附录B程序总图 (37)致谢 (38)第一章引言1.1 研究背景传统的温湿度检测往往使用普通的仪表，温度计就是最常见的测温工具，通过人工读数、记录、整理数据，绘制曲线和编写实验报告，为了使结果准确，需要选取较多测试点，造成人员工作量大，数据记录时间长，数据处理和分析复杂。

基于虚拟仪器的温度测量系统1. 背景在现实生活中，温度是一项重要的物理量。

在工业生产、科研实验、生活环境等方面都需要精确测量温度。

为了提高测量的准确性和效率，许多科技公司和实验室开发了各种各样的温度测量系统。

其中，基于虚拟仪器技术的温度测量系统受到了广泛关注和使用。

2. 系统架构基于虚拟仪器的温度测量系统主要由以下组成部分构成： - 温度测量传感器 -虚拟仪器平台 - 计算机或嵌入式系统其中，温度测量传感器负责将物体表面的温度信号转换为电信号，再通过虚拟仪器平台传输到计算机或嵌入式系统中。

虚拟仪器平台是基于软件的虚拟仪器，可模拟实际仪器的功能，并实现数据采集、处理和分析功能。

计算机或嵌入式系统可对传输过来的温度信号进行计算、分析和显示。

3. 系统功能基于虚拟仪器的温度测量系统具有以下功能： - 实时监测温度变化 - 显示温度变化曲线 - 记录温度数据并生成报告 - 可配合软件进行数据分析和处理4. 应用领域基于虚拟仪器的温度测量系统在以下领域有广泛应用：- 工业生产：测量液体、气体等工业生产中不同物体的温度，对生产过程进行调控和控制。

- 科研实验：配合实验数据采集和处理软件，进行科研实验并分析实验数据。

- 环境监测：对生活环境中的温度进行监测，保障人们的生活质量。

- 医疗领域：对人体进行测量，确保身体温度在正常范围内。

5. 未来发展随着科技的不断进步，基于虚拟仪器的温度测量系统也将有所发展。

未来可能出现的新特点包括： - 针对特殊环境的温度测量：结合传感器和虚拟仪器平台，开发专门测量高温、低温、高压等特殊环境下温度的测量系统。

- 计算机视觉技术结合：结合计算机视觉技术，通过图像识别实现对温度的测量和监测。

- 大数据和人工智能技术结合：融合大数据和人工智能技术，实现对温度数据的自动分析和处理。

6.，基于虚拟仪器的温度测量系统是一种具有广泛应用前景的温度测量技术。

其通过传感器、虚拟仪器平台和计算机或嵌入式系统的结合，实现对温度的实时监测、数据记录和分析处理等功能，已经被广泛应用于工业生产、科研实验、环境监测和医疗领域等方面，并有望在未来和其他领域相结合，实现更多领域和应用的拓展。

【关键字】系统0 引言随着科学技术的不断发展，当前设施农业(又称工厂化农业)已成为一种农业新兴产业。

设施农业是借助温室及其配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新型农业生产方式，它是一种高产、高效、优质和技术密集型的农业。

现代大型温室中，所有环境因子如室内温、光、气、湿、热、营养液养分状况与温度，植物根部环境温湿度等因子的监测、传感、调节，都由计算机进行综合管理，实行自动控制。

温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的限制。

传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与预定温度进行比较，如果温度过高，就对大棚进行降温处理，如果温度过低，就对大棚进行升温。

仅仅依靠人工操作来调节，不仅浪费人力资源，而且难以达到预期的控制质量和精度，控制不当甚至会造成损失。

以黄瓜生长为例，理想的气温日变化是上午光合作用较旺盛时可维持左右，以促进同化作用，午后光合转弱应充分唤气，使温度降至25℃～，以减少呼吸消耗。

白天室温一般在20℃～左右，持续8小时长势最好，6.5小时长势减弱，少于5小时则生长不良；前半夜维持~，以促进同化，后半夜降温到13℃～，夜间低于的时间持续4小时，则收瓜量显著下降，若最低温度低于，植株会因生理损伤而转黄；在定植到收根瓜阶段，如白天温度合适，而夜间气温低于并持续8～10小时，连续3～5日则幼苗生长缓慢，若低于的时间达3～4小时连续，3～5日幼苗开始发黄，叶片边缘黄枯；若低于的时间达6小时以上，连续3～5日幼苗则停止生长，严重发黄，叶缘黄枯；如夜间地温也在适温以下，则幼苗生理损伤更为严重。

同样，在湿度控制方面，过干过湿也会造成植株的损害，这里不在说明[1]。

从上面分析可以看出，单纯依靠人工调节存在很多难以实现的技术要求。

现在，虚拟仪器技术越来越完善，通过虚拟仪器改善大棚的温度控制系统具有很多的优势和便利。

目录第1章绪论 (1)1.1研究背景 (1)1.2设计简介 (2)第2章 LABVIEW虚拟仪器简介 (4)2.1虚拟仪器概念 (4)2.2虚拟仪器特点 (4)2.3虚拟仪器构成 (5)2.4 LabVIEW8.5的安装 (6)2.5 LABVIEW简介 (9)第3章系统硬件设计 (12)3.1硬件流程设计 (12)3.2硬件电路设计 (12)3.3硬件功能分析 (13)3.4硬件组成部分 (14)3.4.1温度传感器 (14)3.4.2数据采集卡 (23)第4章系统软件设计 (26)4.1软件温度实时模块 (26)4.2软件时间显示模块 (27)4.3软件温度显示模块 (28)4.4软件温度管理模块 (29)4.5软件温度控制模块 (30)4.6软件温度监控系统总设计 (31)4.7软件传感器状态 (33)总结 (34)结束语 (35)参考文献 (36)第1章绪论农业的迅猛发展，特别是温室大棚、无土栽培、节水灌溉、工厂化养殖等技术在生产上得到前所未有的发展，对智能化温室控制系统的需求日渐迫切。

智能化温室系统是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。

随着计算机技术的发展，20世纪80年代采取多因素综合控制方法，这是利用计算机控制温室环境因素的方法。

此方法是将各种作物在不同生长发育阶段需要的适宜环境条件要求输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动做出相应修正或调整。

一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和二氧化碳浓度为随变因素，使这4个主要环境因素随时处于最佳配合状态。

20世纪90年代，在多因子环境控制中，采用了模糊控制、多变量控制等先进技术，并采用这些先进技术开发环境自动控制的计算机软件系统。

目前日本、荷兰、以色列、美国等发达国家可以根据作物的要求和特点，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控。

美国和荷兰还利用温差管理技术，对果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需求。

收稿日期:2008-11-17作者简介:王琦(1964)),女,黑龙江省牡丹江人,副研究员,硕士,主要从事进口设备的引进工作和故障诊断、测控技术的研究;翟正军(1965)),男,河南人,教授,硕士生导师,主要研究方向为虚拟现实、测控技术与嵌入式系统、软件测试技术;郭阳明(1978)),男,讲师,主要研究方向为测控系统集成。

基于虚拟仪器的实验室温湿度控制系统的设计与实现王 琦1,翟正军2,郭阳明2(1.西北工业大学科技产业集团公司,陕西西安 710072;2.西北工业大学计算机学院,陕西西安 710072)摘要:传统的实验室温湿度控制装置是以I ntel 8031单片机为核心,用数码管显示湿度值,根据不同的湿度要求,通过硬件设定不同的调节终态,从而将实验空间的湿度调节到设定值。

本系统利用虚拟仪器技术设计制作了一个温湿度测控系统,使用LabV I E W 和数据采集卡相互配合采集温湿度信号并输出控制信号。

因此,本系统结果显示更形象直观,操作更方便,并且还可以较容易地实现功能扩展。

关键词:虚拟仪器;Lab V I E W;温湿度;控制中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2009)03-0039-04Desi gn and I mp l e m entation of L aboratory Te mperature and H u m i dity Control Syste m Based on V irtual Instru m entWANG Q i 1,Z HA I Zheng -j u n 2,GUO Y ang -m i n g 2(1.Sc i ence and T echno logy Industry Co m pany ,N orth w estern P olytechn i ca lU n i versity ,X i øan 710072,China ;2.Schoo l o f Compu ter Sc i ence and Eng i neeri ng ,N o rt hwestern Po l y technical U niversity ,X i øan 710072,Ch i na)Abst ract :The traditi o na l contr o l equipm ent o f laboratory te m perature and hum idity is take the m ono lith ic i n te -g rated circuits as the core ,uses the d i g ital tube to show the hu m i d ity value and accord i n g to d ifferent hu m i d ityrequest to set the d ifferen t adjust m ent fi n al state by hardw are ,thus the hum idity of the lab spatia lw ill be con -tro lled to the definite va l u e .The v irtua l i n stru m ent technology is used to design a te m perat u re and hu m i d ity contro l syste m.The LabV I E W and the data acqu isition car d are used a ll together to acquire the te m perature and hum idity signal and output the contro l si g na.l The resu lt sho w s the ne w syste m ism ore viv i d and direc-t v ie -w ing ,and its operation is m ore convenien,t t h e functi o n expansi o n a lso m ore easy .K ey w ords :v irtua l instrum en;t LabV I E W;te m perature and hum i d ity ;control 实验室温湿度测控系统是特殊要求实验室必备的设备。

转换接口、电源模块等电路构成。

图1系统原理框图作者简介:刘刚(1976.05—),山东理工大学,讲师,研究方向为嵌入式系统设计26Science&Technology Vision 科技视界传感器读出的温度值。

图2传感器与51单片机连接湿度补偿方法如下:RH=(T-25)(t1+t2·SO RH)-c1+c2·SO RH+c3·SO2RH(式中,RH为待测环境的相对湿度,SO RH为从传出的湿度值,t1=0.01,t2=0.00128,c1=-2.0468, 05872,c3=-0.00041。

系统MCU采用AT89C51单片机,为了将传感器数据上传到上位机进行分析,本文采用了串行图3单片机串行通信接口电路本文采用异步串行通信(UART)方式,将采集温度和湿度信息通过串口实时上传到计算机,由上位机软件对采集的温度和湿度信息进行显示和分析等操作。

除了传感器电路和串口电平转换电路,单片机外围电路和还包括复位电路、电源供电电路、时钟电路等电路。

2上位机LabVIEW程序设计上位机软件采用虚拟仪器开发软件图4系统运行界面3结论本文设计了一个基于AT89C51和虚拟仪器开发软件LabVIEW2017的温、湿度检测系统。

上位机和下位机之间通过串口进行通信,上位机软件设计采用生产者/消费者模式。

上位机通过串行通信接收单片机上传的数据并以不同方式进行显示,通过应用界面设置温度和湿度的正常范围,当超出范围时,会进行高/低温或高/低湿度报警。

系统性能稳定,具有较好的实用价值和推广价值。

【参考文献】[1]孙环,腾召胜.基于SHT10的单片集成传感器温湿度检测模块的设计[J].国外电子测量技术,2006,Vol.25,No.6. [2]李海娜,石赛美,陈源.基于SHT10的温湿度监测系统的设计[J].电子技术,2014.8.[3]刘刚,王立香,张连俊.LabVIEW820中文版编程及应用[M].2008.。

基于虚拟仪器的温度监控系统设计摘要：本文利用虚拟仪器设计温度监控系统；实现对加热炉温度监控的自动化，介绍了系统的设计原则，软硬件设计方法，做到实时、远程、多点的监控。

通过对数据的保存，能够实现历史数据与实时数据进行比较，作出合理的判断，提高了系统的安全性、方便性。

关键词：虚拟仪器温度控制LabVIEW虚拟仪器技术已成为测试、工业I/O和控制、产品设计的主流技术，本设计利用虚拟仪器设计温度监控系统；实现对炉温监控的自动化。

1、监控系统的选型设计传感器的种类很多，选择跟实验要求相匹配的铂热电阻传感器。

测温电路选择四线制接入测温传感器，恒流源选用三端集成恒流源芯片LM334。

放大电路和滤波器采用三运放集成仪表放大器AD623实现对信号的精确放大，利用RC 电路实现对差分和共模输入信号的低通滤波。

利用数据采集器将采得的数据送入计算机中，利用虚拟仪器强大的软件处理功能实现对温度的控制。

2、系统硬件设计热电阻和集成温度传感器的测温精度、线性度和可重复性都比较好。

这里选用了铂热电阻Ptl00作为测温元件，铂电阻是最常用的热电阻传感器，它具有优良的物理特性，被公认为是温度敏感元件中准确度和重复性的标准校准元件，信号电路的原理图如图1 。

三端可调恒流源器件LM334既可作为恒流器件使用，也可以利用其恒流特性在多个场合做一些特殊使用。

设计为温度传感器，将温度变化转换为电流的变化。

用它作为温度检测装置，其优点是成本低、无需精密电压放大、冷端补偿。

在并联稳压电源中的应用，利用LM334恒流特性的优点不仅能提供稳定电压，而且能够快速提供电流。

有源滤波器的滤波特性比无源滤波器的滤波效果要好。

但一阶低通有源滤波器的滤波特性与理想的低通滤波器特性相比，差距很大。

为了使滤波特性更接近于理想情况，可以采用二阶低通有源滤波器。

本设计中，放大电路是核心部分，要求放大器能对被测信号进行低失调、低漂移的线性放大。

采用三运放集成仪表放大器AD623来实现对信号的精确放大，AD623的输入阻抗和共模抑制比都非常高，可有效抑制共模信号，放大差分输入信号。