基于普通數(shù)據(jù)采集卡的虛擬遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)

摘要：為了降低系統(tǒng)的成本和提高LabVIEW的通用性，提出了采用普通數(shù)據(jù)采集卡來構(gòu)建虛擬遠(yuǎn)程溫度控制系統(tǒng)，可完成溫度測控、數(shù)據(jù)存取、曲線打印、錯誤事件處理和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信等功能。實驗結(jié)果表明本系統(tǒng)有比較好的測試和控制效果，并可方便進(jìn)行遠(yuǎn)程測控，實現(xiàn)了LabVIEW與普通數(shù)據(jù)采集卡的完美結(jié)合，比傳統(tǒng)測控系統(tǒng)有更好的靈活性和開放性。
關(guān)鍵詞：普通數(shù)據(jù)采集卡；LabVIEW；遠(yuǎn)程測控

自20世紀(jì)90年代以來，隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動測試和測量儀器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)和推動測試系統(tǒng)和測量儀器的設(shè)計方法與實現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化。從定義上看，虛擬儀器似乎只是新一代的測量儀器。然而虛擬儀器所具有的諸多特點使其早已突破測試領(lǐng)域的范圍，在控制領(lǐng)域也得到越來越廣泛的使用。目前，虛擬儀器在國外的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，在控制領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越多，在國內(nèi)已有很多院校的實驗室引入了虛擬儀器系統(tǒng)，清華大學(xué)汽車系利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的汽車發(fā)動機(jī)檢測系統(tǒng)，用于汽車發(fā)動機(jī)的出廠檢驗。
LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的簡稱，是美國國家儀器公司(NATIONAL INSTRUMENT，簡稱NI)的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，是目前最流行的虛擬儀器開發(fā)平臺。然而LabVIEW驅(qū)動程序庫中提供的驅(qū)動程序均是面向NI公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡(DAQ data acquisition board)的。對于非NI公司的板卡，由于“Measurement＆Automation”軟件不可識別，所以LabVIEW環(huán)境下不能直接對其進(jìn)行驅(qū)動。而NI公司生產(chǎn)的板卡價位較高，對于國內(nèi)大多數(shù)用戶來說難以接受。本文利用調(diào)用動態(tài)鏈接庫機(jī)制在LabVIEW中實現(xiàn)了對通用板卡UA201D的驅(qū)動，解決了LabVIEW與國內(nèi)普通數(shù)據(jù)采集卡的尷尬局面。完成了在LabVIEW環(huán)境下利用普通數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)對溫度信號的采集、調(diào)理，實現(xiàn)遠(yuǎn)程測量和控制，測量數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲和讀取，并能在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布。

1 系統(tǒng)構(gòu)建方案
根據(jù)采用總線的不同及其相應(yīng)的I／O接口硬件設(shè)備，虛擬儀器的構(gòu)成方式主要有5種類型：PC-DAQ系統(tǒng)、GPIB(General Purpose Inter-face Bus)系統(tǒng)、VXI (VME Bus Extensions for Instrumentations)系統(tǒng)、PXI (PCI Bus Extensions for Instrumentation)系統(tǒng)和串口系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用了PC-DAQ方式，它是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路及計算機(jī)為儀器平臺組成的插卡式虛擬儀器系統(tǒng)。
本系統(tǒng)由溫度測量電路、信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)和溫度控制電路組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

電阻爐是熱加工設(shè)備，其溫度為被控對象；溫度傳感器采用Pt100鉑熱電阻，用來測定電阻爐的溫度，測溫范圍設(shè)置為0～200℃；信號調(diào)理模塊將熱電阻輸出的微小電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)采集卡可識別的0～+5V的信號；數(shù)據(jù)采集卡采用北京優(yōu)采公司生產(chǎn)的PCI總線數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品UA201D，有效的將外部硬件設(shè)備與計算機(jī)相連；雙向晶閘管是執(zhí)行器件。爐溫由熱電阻測量，熱電阻輸出的電信號經(jīng)信號調(diào)理模塊放大、濾波后，再經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)入計算機(jī)，計算機(jī)根據(jù)爐內(nèi)實際溫度和系統(tǒng)的給定溫度求出偏差，再利用PID控制算法求出系統(tǒng)的輸出控制信號，并將此信號轉(zhuǎn)換為控制后端電路工作的高低電平，通過數(shù)據(jù)采集卡輸出給外部雙向晶閘管，改變輸入給電阻爐的功率，從而改變爐內(nèi)的溫度，最終達(dá)到控制溫度的作用。