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用于温湿度传感器校准的自动采集记录系统设计

发布时间:2018-10-11 02:15:02 文章来源:工具之家    

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赵艳 赵咏梅 张继军

摘 要: 针对传统温湿度传感器校准过程中,人工读数不便、容易引入误差等问题,以虚拟仪器开发软件LabVIEW 8.5为平台,结合自行设计的数据采集仪及湿度标准装置,构建了一套自动采集存储系统。系统通过界面参数设置实现多个被校件输出信号的A/D转换与显示,并同时采集存储标准示值与多个被校件示值。

关键词:温湿度传感器; 校准; 自动采集; RS 232信号

中图分类号: TN710?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)05?0121?03

0 引 言

随着工程技术的发展,温、湿度测量在各个领域的应用越来越频繁,一体化的温湿度传感器已成为普遍使用的温、湿度测量设备。为确保传感器的测量准确度,需要对新出厂或使用中的传感器进行定期校准。在传统校准过程中,传感器输出信号由3位半数字多用表显示,标准输出由精密露点仪面板显示。一般在量程范围内要求做多个点,每个点每隔固定时间记录一组数据。针对多个传感器一起校准时,要求标准与被校件进行同时读数与记录,由于人工读数与操作很难保证同时性,极易引入误差,因此设计了一套基于LabVIEW的温湿度传感器校准自动采集记录系统。

1 系统组成及原理

自动采集记录系统主要由数据采集仪、精密露点仪、计算机及软件程序等组成。其中数据采集仪的核心为智能模块ADAM?4017,共有8个通道,精度达0.1%,可将前端传感器的电流模拟量转换为0~20 mA的数字信号在RS 485总线上传输,由RS 232/485头转换为RS 232信号与计算机串口通信。数据采集仪中智能模块的数量可通过总线方式进行扩展,从而增加通道数。由于精密露点仪无地址编码,只有一个RS 232接口,计算机需单独利用一个串口与其相连。针对一般计算机只有一个串口的问题,可安装多串口卡。

校准过程中,计算机通过软件程序实现对所有被校温湿度传感器、精密露点仪输出信号的自动采集与存储。系统组成示意图如图1所示。

2 软件实现

LabVIEW作为第一个借助于虚拟面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集仪器和仪器控制软件。本系统软件基于LabVIEW开发平台编写,大致分为串口通信、参数设置、数据采集及数据存储几个部分。软件流程示意图如图2所示。

2.1 串口通信

本系统采用LabVIEW仪器通信功能模块中的标准串口通信函数实现通信,具体有串口写节点、串口读节点、串口关闭节点、返回串口输入缓存中存在的数据字节数等函数分别实现串口设置、串口写、串口读、检测缓存以及关闭串口等功能。串口写函数为向指定的仪器或接口写入命令,串口读函数为从仪器中读取与写入命令相应的信息。当发送的是参数配置命令时,将新配置的参数返回;当发送到是读取数据命令时,将相应采集模块相应通道的数据返回。系统所用指令见表1所示。

在此,要注意串口设置中波特率、数据位、奇偶校验位、停止位的一致性,特别是资源名称类的正确选择。

2.2 数据采集

数据采集主要通过使用VISA Write和VISA Read两个函数来完成,一般只需要了解相应的命令就可以对仪器进行参数设置,数据读取,不需要理会底层的东西。

露点仪数据采集程序中,向串口写入命令,串口读取函数得到一串数字,利用子字符串函数将各值分离出来,通过数值运算和数据类型转换后,调用连接字符串函数,将各数据进行组合发送至存储文件。数据采集仪拥有多个通道,采用层叠式顺序结构,利用8个连续帧实现8个通道的数据采集功能。

为组合两部分数据采集程序,实现露点仪和数采仪的联合采集与控制,在顺序结构的最前面添加一帧用于执行露点仪数据采集程序,同时添加一个获取时间字符串函数。最后,添加一个While循环结构,利用等待下一个整数倍毫秒函数与循环条件,实现系统周期循环采集功能。各数据结果输出端口连接一数据类型控件,采集到的数据便可被实时显示在前面板上。

由于仪器响应需要一段时间,在程序调式过程中,可能出现高亮运行正常,非高亮状态采不到数据的情况,只需在串口字节数前添加一个时间延迟函数即可。

2.3 数据存储

LabVIEW提供的文件I/O函数是一组功能较强的文件处理工具。文件I/O操作大都包括三个基本步骤:打开一个已有文件或者新建一个文件;对文件进行读写;关闭文件。本系统利用LabVIEW软件提供的写文件函数和读文件函数编写通用的数据文本保存功能模块。

由于写文本文件操作的对象是以字符串形式存储的数据,因而在将数据存储到文本文件前要先将数据转换为字符串,并按需要对数据格式进行配置,然后由连接字符串函数输出端直接连接至写函数的字符串端口。实现通过文件浏览按钮选择已有文件或新建文件,需将顺序结构第1~8帧中的文件保存路径用局部变量表示,局部变量选择第0帧的文件保存路径,在前面板给文件保存路径设一个默认值。文件输出结果可直接导入Excel进行数据结果处理。

2.4 参数设置

4 结 语

研制自动采集存储系统,首先是熟悉任务及其特点;第二步要选择合适的数据采集设备;第三步是选择合适的软件开发平台,软件程序是整个系统的核心。

为保证数据采集仪中ADAM?4017模块的准确度,每隔一定时间,需对数据采集仪进行周期测试与校准。系统经过实验测试,运行状态稳定,能良好解决传统校准方法中人工操作带来的记录不便,读数不同步等问题,从而有效提高校准工作效率。

参考文献

[1] 国家质量监督检疫总局.JJG1076?2001湿度传感器校准规范[S].北京:国家质量监督检疫总局,2011.

[2] 王磊,陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京:电子工业出版社,2008.

[3] 王国峰,邹广平.利用LabVIEW实现试验数据自动采集与处理[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2008,22(2):125?128.

[4] 陈树学,刘宣.LabVIEW 宝典[M].北京:电子工业出版社,2011.

[5] 薛源,刘卫东.一种多通道实时数据采集监控系统设计与实现[J].计算机测量与控制,2011(4):92?94.

[6] 蔡礼权.水泵开式台性能自动测试系统硬件采集模块的设计及装置选型[J].陕西科技大学学报:自然科学版,2011(2):56?58.

[7] 张丽.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式数据采集监控系统的设计[J].微计算机应用,2007(4):135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[9] 蔡畅,戚文军.数据采集系统设计[J].现代电子技术,2012,35(1):89?91.

[10] 乔爱民,胡伟全,张燕,等.高精度传感器测试系统实现[J].工业仪表与自动化装置,2009(1):96?98.

摘 要: 针对传统温湿度传感器校准过程中,人工读数不便、容易引入误差等问题,以虚拟仪器开发软件LabVIEW 8.5为平台,结合自行设计的数据采集仪及湿度标准装置,构建了一套自动采集存储系统。系统通过界面参数设置实现多个被校件输出信号的A/D转换与显示,并同时采集存储标准示值与多个被校件示值。

关键词:温湿度传感器; 校准; 自动采集; RS 232信号

中图分类号: TN710?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)05?0121?03

0 引 言

随着工程技术的发展,温、湿度测量在各个领域的应用越来越频繁,一体化的温湿度传感器已成为普遍使用的温、湿度测量设备。为确保传感器的测量准确度,需要对新出厂或使用中的传感器进行定期校准。在传统校准过程中,传感器输出信号由3位半数字多用表显示,标准输出由精密露点仪面板显示。一般在量程范围内要求做多个点,每个点每隔固定时间记录一组数据。针对多个传感器一起校准时,要求标准与被校件进行同时读数与记录,由于人工读数与操作很难保证同时性,极易引入误差,因此设计了一套基于LabVIEW的温湿度传感器校准自动采集记录系统。

1 系统组成及原理

自动采集记录系统主要由数据采集仪、精密露点仪、计算机及软件程序等组成。其中数据采集仪的核心为智能模块ADAM?4017,共有8个通道,精度达0.1%,可将前端传感器的电流模拟量转换为0~20 mA的数字信号在RS 485总线上传输,由RS 232/485头转换为RS 232信号与计算机串口通信。数据采集仪中智能模块的数量可通过总线方式进行扩展,从而增加通道数。由于精密露点仪无地址编码,只有一个RS 232接口,计算机需单独利用一个串口与其相连。针对一般计算机只有一个串口的问题,可安装多串口卡。

校准过程中,计算机通过软件程序实现对所有被校温湿度传感器、精密露点仪输出信号的自动采集与存储。系统组成示意图如图1所示。

2 软件实现

LabVIEW作为第一个借助于虚拟面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集仪器和仪器控制软件。本系统软件基于LabVIEW开发平台编写,大致分为串口通信、参数设置、数据采集及数据存储几个部分。软件流程示意图如图2所示。

2.1 串口通信

本系统采用LabVIEW仪器通信功能模块中的标准串口通信函数实现通信,具体有串口写节点、串口读节点、串口关闭节点、返回串口输入缓存中存在的数据字节数等函数分别实现串口设置、串口写、串口读、检测缓存以及关闭串口等功能。串口写函数为向指定的仪器或接口写入命令,串口读函数为从仪器中读取与写入命令相应的信息。当发送的是参数配置命令时,将新配置的参数返回;当发送到是读取数据命令时,将相应采集模块相应通道的数据返回。系统所用指令见表1所示。

在此,要注意串口设置中波特率、数据位、奇偶校验位、停止位的一致性,特别是资源名称类的正确选择。

2.2 数据采集

数据采集主要通过使用VISA Write和VISA Read两个函数来完成,一般只需要了解相应的命令就可以对仪器进行参数设置,数据读取,不需要理会底层的东西。

露点仪数据采集程序中,向串口写入命令,串口读取函数得到一串数字,利用子字符串函数将各值分离出来,通过数值运算和数据类型转换后,调用连接字符串函数,将各数据进行组合发送至存储文件。数据采集仪拥有多个通道,采用层叠式顺序结构,利用8个连续帧实现8个通道的数据采集功能。

为组合两部分数据采集程序,实现露点仪和数采仪的联合采集与控制,在顺序结构的最前面添加一帧用于执行露点仪数据采集程序,同时添加一个获取时间字符串函数。最后,添加一个While循环结构,利用等待下一个整数倍毫秒函数与循环条件,实现系统周期循环采集功能。各数据结果输出端口连接一数据类型控件,采集到的数据便可被实时显示在前面板上。

由于仪器响应需要一段时间,在程序调式过程中,可能出现高亮运行正常,非高亮状态采不到数据的情况,只需在串口字节数前添加一个时间延迟函数即可。

2.3 数据存储

LabVIEW提供的文件I/O函数是一组功能较强的文件处理工具。文件I/O操作大都包括三个基本步骤:打开一个已有文件或者新建一个文件;对文件进行读写;关闭文件。本系统利用LabVIEW软件提供的写文件函数和读文件函数编写通用的数据文本保存功能模块。

由于写文本文件操作的对象是以字符串形式存储的数据,因而在将数据存储到文本文件前要先将数据转换为字符串,并按需要对数据格式进行配置,然后由连接字符串函数输出端直接连接至写函数的字符串端口。实现通过文件浏览按钮选择已有文件或新建文件,需将顺序结构第1~8帧中的文件保存路径用局部变量表示,局部变量选择第0帧的文件保存路径,在前面板给文件保存路径设一个默认值。文件输出结果可直接导入Excel进行数据结果处理。

2.4 参数设置

4 结 语

研制自动采集存储系统,首先是熟悉任务及其特点;第二步要选择合适的数据采集设备;第三步是选择合适的软件开发平台,软件程序是整个系统的核心。

为保证数据采集仪中ADAM?4017模块的准确度,每隔一定时间,需对数据采集仪进行周期测试与校准。系统经过实验测试,运行状态稳定,能良好解决传统校准方法中人工操作带来的记录不便,读数不同步等问题,从而有效提高校准工作效率。

参考文献

[1] 国家质量监督检疫总局.JJG1076?2001湿度传感器校准规范[S].北京:国家质量监督检疫总局,2011.

[2] 王磊,陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京:电子工业出版社,2008.

[3] 王国峰,邹广平.利用LabVIEW实现试验数据自动采集与处理[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2008,22(2):125?128.

[4] 陈树学,刘宣.LabVIEW 宝典[M].北京:电子工业出版社,2011.

[5] 薛源,刘卫东.一种多通道实时数据采集监控系统设计与实现[J].计算机测量与控制,2011(4):92?94.

[6] 蔡礼权.水泵开式台性能自动测试系统硬件采集模块的设计及装置选型[J].陕西科技大学学报:自然科学版,2011(2):56?58.

[7] 张丽.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式数据采集监控系统的设计[J].微计算机应用,2007(4):135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[9] 蔡畅,戚文军.数据采集系统设计[J].现代电子技术,2012,35(1):89?91.

[10] 乔爱民,胡伟全,张燕,等.高精度传感器测试系统实现[J].工业仪表与自动化装置,2009(1):96?98.

摘 要: 针对传统温湿度传感器校准过程中,人工读数不便、容易引入误差等问题,以虚拟仪器开发软件LabVIEW 8.5为平台,结合自行设计的数据采集仪及湿度标准装置,构建了一套自动采集存储系统。系统通过界面参数设置实现多个被校件输出信号的A/D转换与显示,并同时采集存储标准示值与多个被校件示值。

关键词:温湿度传感器; 校准; 自动采集; RS 232信号

中图分类号: TN710?34 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X(2014)05?0121?03

0 引 言

随着工程技术的发展,温、湿度测量在各个领域的应用越来越频繁,一体化的温湿度传感器已成为普遍使用的温、湿度测量设备。为确保传感器的测量准确度,需要对新出厂或使用中的传感器进行定期校准。在传统校准过程中,传感器输出信号由3位半数字多用表显示,标准输出由精密露点仪面板显示。一般在量程范围内要求做多个点,每个点每隔固定时间记录一组数据。针对多个传感器一起校准时,要求标准与被校件进行同时读数与记录,由于人工读数与操作很难保证同时性,极易引入误差,因此设计了一套基于LabVIEW的温湿度传感器校准自动采集记录系统。

1 系统组成及原理

自动采集记录系统主要由数据采集仪、精密露点仪、计算机及软件程序等组成。其中数据采集仪的核心为智能模块ADAM?4017,共有8个通道,精度达0.1%,可将前端传感器的电流模拟量转换为0~20 mA的数字信号在RS 485总线上传输,由RS 232/485头转换为RS 232信号与计算机串口通信。数据采集仪中智能模块的数量可通过总线方式进行扩展,从而增加通道数。由于精密露点仪无地址编码,只有一个RS 232接口,计算机需单独利用一个串口与其相连。针对一般计算机只有一个串口的问题,可安装多串口卡。

校准过程中,计算机通过软件程序实现对所有被校温湿度传感器、精密露点仪输出信号的自动采集与存储。系统组成示意图如图1所示。

2 软件实现

LabVIEW作为第一个借助于虚拟面板用户界面和方框图建立虚拟仪器的图形程序设计系统,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,被视为一个标准的数据采集仪器和仪器控制软件。本系统软件基于LabVIEW开发平台编写,大致分为串口通信、参数设置、数据采集及数据存储几个部分。软件流程示意图如图2所示。

2.1 串口通信

本系统采用LabVIEW仪器通信功能模块中的标准串口通信函数实现通信,具体有串口写节点、串口读节点、串口关闭节点、返回串口输入缓存中存在的数据字节数等函数分别实现串口设置、串口写、串口读、检测缓存以及关闭串口等功能。串口写函数为向指定的仪器或接口写入命令,串口读函数为从仪器中读取与写入命令相应的信息。当发送的是参数配置命令时,将新配置的参数返回;当发送到是读取数据命令时,将相应采集模块相应通道的数据返回。系统所用指令见表1所示。

在此,要注意串口设置中波特率、数据位、奇偶校验位、停止位的一致性,特别是资源名称类的正确选择。

2.2 数据采集

数据采集主要通过使用VISA Write和VISA Read两个函数来完成,一般只需要了解相应的命令就可以对仪器进行参数设置,数据读取,不需要理会底层的东西。

露点仪数据采集程序中,向串口写入命令,串口读取函数得到一串数字,利用子字符串函数将各值分离出来,通过数值运算和数据类型转换后,调用连接字符串函数,将各数据进行组合发送至存储文件。数据采集仪拥有多个通道,采用层叠式顺序结构,利用8个连续帧实现8个通道的数据采集功能。

为组合两部分数据采集程序,实现露点仪和数采仪的联合采集与控制,在顺序结构的最前面添加一帧用于执行露点仪数据采集程序,同时添加一个获取时间字符串函数。最后,添加一个While循环结构,利用等待下一个整数倍毫秒函数与循环条件,实现系统周期循环采集功能。各数据结果输出端口连接一数据类型控件,采集到的数据便可被实时显示在前面板上。

由于仪器响应需要一段时间,在程序调式过程中,可能出现高亮运行正常,非高亮状态采不到数据的情况,只需在串口字节数前添加一个时间延迟函数即可。

2.3 数据存储

LabVIEW提供的文件I/O函数是一组功能较强的文件处理工具。文件I/O操作大都包括三个基本步骤:打开一个已有文件或者新建一个文件;对文件进行读写;关闭文件。本系统利用LabVIEW软件提供的写文件函数和读文件函数编写通用的数据文本保存功能模块。

由于写文本文件操作的对象是以字符串形式存储的数据,因而在将数据存储到文本文件前要先将数据转换为字符串,并按需要对数据格式进行配置,然后由连接字符串函数输出端直接连接至写函数的字符串端口。实现通过文件浏览按钮选择已有文件或新建文件,需将顺序结构第1~8帧中的文件保存路径用局部变量表示,局部变量选择第0帧的文件保存路径,在前面板给文件保存路径设一个默认值。文件输出结果可直接导入Excel进行数据结果处理。

2.4 参数设置

4 结 语

研制自动采集存储系统,首先是熟悉任务及其特点;第二步要选择合适的数据采集设备;第三步是选择合适的软件开发平台,软件程序是整个系统的核心。

为保证数据采集仪中ADAM?4017模块的准确度,每隔一定时间,需对数据采集仪进行周期测试与校准。系统经过实验测试,运行状态稳定,能良好解决传统校准方法中人工操作带来的记录不便,读数不同步等问题,从而有效提高校准工作效率。

参考文献

[1] 国家质量监督检疫总局.JJG1076?2001湿度传感器校准规范[S].北京:国家质量监督检疫总局,2011.

[2] 王磊,陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京:电子工业出版社,2008.

[3] 王国峰,邹广平.利用LabVIEW实现试验数据自动采集与处理[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2008,22(2):125?128.

[4] 陈树学,刘宣.LabVIEW 宝典[M].北京:电子工业出版社,2011.

[5] 薛源,刘卫东.一种多通道实时数据采集监控系统设计与实现[J].计算机测量与控制,2011(4):92?94.

[6] 蔡礼权.水泵开式台性能自动测试系统硬件采集模块的设计及装置选型[J].陕西科技大学学报:自然科学版,2011(2):56?58.

[7] 张丽.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式数据采集监控系统的设计[J].微计算机应用,2007(4):135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虚拟仪器数据采集与串口通信测控应用实战[M].北京:人民邮电出版社,2010.

[9] 蔡畅,戚文军.数据采集系统设计[J].现代电子技术,2012,35(1):89?91.

[10] 乔爱民,胡伟全,张燕,等.高精度传感器测试系统实现[J].工业仪表与自动化装置,2009(1):96?98.

现代电子技术 2014年5期

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