蔡新梅

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基于LabVIEW的可報(bào)警溫度計(jì)設(shè)計(jì)與仿真

蔡新梅

（遼寧省葫蘆島市渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧葫蘆島125005）

在工業(yè)環(huán)境中，很多情況下需要對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集，本設(shè)計(jì)是基于labview仿真的溫度計(jì)，目的是實(shí)現(xiàn)使用虛擬儀器及相應(yīng)設(shè)備完成測(cè)量現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的溫度數(shù)據(jù)，達(dá)到溫度顯示、溫度報(bào)警的功能。通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡得到溫度的模擬數(shù)據(jù)，在將此數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線傳入計(jì)算機(jī)，在計(jì)算機(jī)中通過(guò)設(shè)計(jì)的程序完成溫度數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示及記錄。

Labview 溫度計(jì) 報(bào)警電路 虛擬仿真

0 引言

在一些工業(yè)環(huán)境中，需要對(duì)溫度進(jìn)行控制，本文利用labview軟件設(shè)計(jì)溫度采集可視化界面，采用NI-ELVIS數(shù)據(jù)采集板采集溫度數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度顯示，及溫度超范圍報(bào)警，本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以采取多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，在船舶企業(yè)、化工企業(yè)等需要溫度控制的領(lǐng)域有很好的應(yīng)用。

1 溫度計(jì)硬件電路設(shè)計(jì)

1.1 電路原理

本電路采用的熱敏電阻103AT，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行采集，并顯示，如果環(huán)境溫度超出預(yù)設(shè)范圍則報(bào)警。

1)電源模塊

如圖2所示V1與V2為整個(gè)電路提供電能，本電路所用到的集成運(yùn)算放大器為L(zhǎng)M358，芯片采用直流15 V供電，因此直流供電模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

2)濾波穩(wěn)壓模塊

濾波穩(wěn)壓模塊主要由TL431BCD為主的穩(wěn)壓電路向電路提供約為2.5 V的直流電壓，此電路中加入電容C1對(duì)電源進(jìn)行濾波，經(jīng)過(guò)R1分壓后的電壓加到穩(wěn)壓芯片上，穩(wěn)壓芯片輸出電壓為2.5 V。

3)溫度采集及變換電路

如圖4所示電流經(jīng)過(guò)濾波穩(wěn)壓模塊分別有R2與R3兩條路徑。

R3路徑：電壓經(jīng)過(guò)R3由R4分壓導(dǎo)致流向U1A的電流電壓為1V，經(jīng)過(guò)U1A的跟隨特性，使得U1A輸出為1V（如圖5）。然后該1V電壓連接到熱敏電阻R5（103AT熱敏電阻，電阻在不同溫度下存在一定誤差，不過(guò)0/50/100攝氏度時(shí)較為準(zhǔn)確）由于熱敏電阻的特性，溫度越高阻值越低的原理，使熱敏電阻上的分壓隨溫度產(chǎn)生變化，而傳遞到U2B的電壓是分在R16電阻上的電壓。U2B的作用為使電壓穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)R2B傳遞與溫度有函數(shù)關(guān)系的電壓到達(dá)U1B的正輸入端。

圖1可報(bào)警溫度計(jì)整體電路

圖2電源模塊

圖3濾波穩(wěn)壓模塊

R2路徑：電壓經(jīng)過(guò)R2，由R7分壓產(chǎn)生一個(gè)抵消電壓，（抵消電壓的作用：將熱敏電阻的零溫度時(shí)，阻值所產(chǎn)生的電壓抵消，從而使模擬零溫度電壓時(shí)最終輸出電壓沒(méi)有誤差。當(dāng)然不會(huì)影響后續(xù)不同溫度情況下的輸出）流向U1B的負(fù)輸入端。流向U1B的兩路電壓在U1B進(jìn)行減法運(yùn)算，然后將結(jié)果輸出到下一級(jí)在U2A進(jìn)行放大處理，以達(dá)成相應(yīng)的理想電壓值。

圖4溫度采集及變換電路

圖5萬(wàn)用表2（XMM2）

4)報(bào)警電路

在報(bào)警電路中使用的是同款的LM358P來(lái)完成比較功能，當(dāng)溫度高于報(bào)警溫度，就會(huì)產(chǎn)生高于報(bào)警電壓的電壓，LM358P將正輸入的電壓與5 V比較，如果溫度高于報(bào)警溫度，LM358P就會(huì)輸出正電壓否則輸出負(fù)電壓，輸出的電壓經(jīng)過(guò)D1的作用只能經(jīng)過(guò)正電壓從而點(diǎn)亮LED1燈。

圖6報(bào)警電路

1.2 利用multisim對(duì)電路進(jìn)行仿真

圖7 0℃時(shí)各處電壓值

（通道A為 U2B輸入電壓、通道B 為U1B輸出電壓、通道C為 U2A輸出電壓、通道D為U3A輸出電壓）

圖8 50℃時(shí)各處電壓

當(dāng)把熱敏電阻調(diào)到0攝氏度對(duì)應(yīng)的阻值時(shí)，對(duì)電路進(jìn)行仿真，輸出電壓為0.002615V可近似為0，LED1燈不亮；

當(dāng)把熱敏電阻調(diào)到大于50攝氏度對(duì)應(yīng)的阻值時(shí)，對(duì)電路進(jìn)行仿真，輸出電壓為5.078V，LED1燈被點(diǎn)亮，電路進(jìn)行報(bào)警。

2 利用labview進(jìn)行可視化界面設(shè)計(jì)及仿真

本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思想是把硬件電路輸出電壓值為信號(hào)，用采集卡將溫度信號(hào)利用軟件顯示出對(duì)應(yīng)的溫度值，同時(shí)有擁有報(bào)警指示、最長(zhǎng)工作時(shí)間設(shè)定與工作時(shí)間顯示。可視化界面與程序如圖9、圖10所示。

圖9前面板

搭接好硬件電路后對(duì)其進(jìn)行仿真，如圖11所示。

當(dāng)溫度小于50℃時(shí)，電路不報(bào)警，報(bào)警燈為綠色，如圖12所示，當(dāng)溫度大于50℃時(shí)，電路發(fā)出報(bào)警，報(bào)警燈為紅色，如圖13所示。

圖10 后面板

圖11溫度采集仿真波形

圖12溫度小于50℃時(shí)的報(bào)警燈狀態(tài)

圖13溫度大于50℃的報(bào)警燈狀態(tài)

3 結(jié)論

本設(shè)計(jì)是基于美國(guó)NI公司的數(shù)據(jù)采集卡NI-EVILS設(shè)備，利用Labview軟件進(jìn)行可視化編輯，信號(hào)精度高，這個(gè)軟硬件結(jié)合的設(shè)計(jì)可以完成溫度采集的任務(wù)，并且還可以實(shí)現(xiàn)報(bào)警預(yù)設(shè)等功能。

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Design and Simulation of Alarming Thermometer Based on LabVIEW

Cai Xinmei

(Bohai Shipbuilding Vocational College, Huludao 125005, Liaoning, China)

A

1003-4862（2017）11-0070-04

2017-09-22

蔡新梅（1979-），女，，副教授。研究方向：電子與通信技術(shù)的教學(xué)與研究。