第10章溫度預警系統(tǒng)引子電腦藍屏過嗎？CPU溫度過高，如何監(jiān)測？什么樣的溫度范圍是正常的？10.1項目目標本項目的主要目標是設計一溫度檢測電路，實現(xiàn)對溫度的采集、顯示和記錄。該系統(tǒng)能實時測試并顯示當前的溫度，用戶能對溫度上下限進行設定。系統(tǒng)根據(jù)設定的溫度上限值及下限值，判定當前有無警報：高溫警報、無警報、低溫警報。每種警報要求有文字提示，有不同顏色的警報燈顯示（如高溫為紅色，低溫為藍色，正常為綠色。）當前溫度數(shù)值要求采用多種方式顯示，如數(shù)值形式、波形圖、溫度計。通過本項目的設計、實施，要求學生：（1）了解常用溫度傳感器，掌握溫度傳感器的選型及其使用；（2）掌握While循環(huán)結構、引用句柄和屬性節(jié)點的使用；（3）了解前面板設計技巧；（4）學習使用LabVIEW的DAQmx完成模擬量信號采集程序的編程方式；（5）學會對程序進行注釋10.2項目分析

從項目目標知溫度預警系統(tǒng)的設計可分為三部分：（1）溫度檢測電路設計；（2）運用LabVIEW軟件編寫實現(xiàn)對溫度的實時采集程序；（3）對所采集的溫度信號進行處理，實現(xiàn)預警。溫度傳感器信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集結果顯示溫度傳感器信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集軟件提示參數(shù)對比軟件分析報警、閃爍系統(tǒng)描述資源配置——設置物理通道、傳感器信息溫度采集——將物理信號轉換為電信號，讀入計算機信息顯示——計算機顯示所測溫度信號數(shù)值分析——根據(jù)預警范圍判定當前警報內(nèi)容判定顯示——計算機顯示是否有警報提示10.3任務一溫度檢測電路設計10.3.1常見的溫度傳感器1．熱電偶2．電阻式溫度檢測器（RTD）3．熱敏電阻10.3.2RTD溫度檢測電路設計10.3任務一溫度檢測電路設計

一、常見的溫度傳感器二、RTD溫度檢測電路設計10.3.1常見的溫度傳感器熱電偶 T型、E型、J型、K型、N型、B型、R型和S型熱電阻

鉑電阻、銅電阻紅外溫度傳感器熱電偶是溫度測量儀表中常用的測溫元件,其由兩種不同成分的導體兩端接合成回路，當兩接合點溫度不同時，就會在回路內(nèi)產(chǎn)生熱電流。熱電偶的熱電動勢將隨著測量端溫度升高而增長，它的大小只與熱電偶材料和兩端的溫度有關，與熱電極的長度、直徑無關。熱電偶測量溫度范圍在–200℃至+2500℃之間，可應用于如鍋爐、熱水器、烤箱和風機引擎等。K型是最受歡迎的熱電偶。熱電偶的優(yōu)點為：溫度范圍廣、堅固耐用、響應快。缺點為：信號調(diào)理復雜、精度低、易受腐蝕、抗噪性差。熱電偶基本的鐵-康銅熱電偶電路熱電偶熱敏電阻熱敏電阻器是敏感元件的一類，按照溫度系數(shù)不同分為正溫度系數(shù)熱敏電阻器（PTC）和負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）。其典型特點是對溫度敏感，不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。本實驗中使用的是負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC），溫度越高，電阻值越低。通過計算，可將測得的電阻值轉化為溫度值。負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC）負溫度系數(shù)熱敏電阻器（NTC），溫度越高，電阻值越低。可以通過計算，將測得的電阻值轉化為溫度值。 R=R0*exp*B*(1/T-1/T0)

推導可得： T=1/((1/298.15)+(1/B)*ln(R/R0))單位：開爾文

Tt=T-273.15單位：攝氏度

通常B值約為3400k，常溫T0為298.15K，R0為T0時的鉑電阻阻值。通常，使用恒流源激勵法通過測量電阻兩端電壓變化來推算電阻的變化。RTDRTD是ResistanceTemperatureDetector的縮寫，意思是電阻溫度探測器。電阻溫度探測器(RTD)實際上是一根特殊的導線，它的電阻隨溫度變化而變化，通常RTD材料包括銅、鉑、鎳及鎳/鐵合金。RTD的電阻值以0℃阻值作為標稱值。0℃100Ω鉑RTD電阻在1℃時它的阻值通常為100.39Ω，50℃時為119.4Ω。RTD的誤差要比熱敏電阻小，對于鉑來說，誤差一般在0.01%，鎳一般為0.5%。除誤差和電阻較小以外，RTD與熱敏電阻的接口電路基本相同。鉑電阻RTD是常用的熱電阻之一。其物理、化學穩(wěn)定性好。電阻與溫度之間有很好的線性關系。鉑電阻在0-850℃范圍內(nèi)，電阻Rt和溫度T的關系可表示為：

Rt=R0*（1+A*T+B*T2）

式中Rt—溫度為T時的鉑電阻阻值 R0—溫度為0℃是鉑電阻的阻值 A—常數(shù)，A=3.9083*10-3℃-1B—常數(shù)，B=-5.775*10-7℃-110.3.2RTD溫度檢測電路設計在本項目中選用了RTD來測量溫度，型號為PT100。RTD是具有阻值的設備，其阻值隨溫度變化而變化。RTD熱電阻測溫電路可設計成恒流源法或分壓法。（圖中運算放大器選用TL084C）（a）恒流源法

（b）分壓法恒流源法供電電流為i=Vcc/Ri，Rt代表RTD熱電阻，Vt代表RTD熱電阻兩端電壓。在項目實施中，Vcc為固定值，選用2.5V；Ri選用200歐（當Ri與傳感器阻值接近時，Vt值正好處在Vcc/2的區(qū)域，這有助于測量的準確性）。Vt值通過數(shù)據(jù)采集卡采集，其數(shù)值由電流以及RTD熱電阻阻值共同決定。分壓法由分壓電阻Ri和Rt串聯(lián)構成。當Rt改變時，Ri兩端電壓VRi以及Rt兩端電壓Vt都改變。電流值為i=VRi/Ri=（Vcc-Vt）/Ri，再通過計算Rt=Vt/i及式10-3和式10-4計算溫度值。實際測量中，Vcc為固定值（可選+5V），Vt值通過數(shù)據(jù)采集卡采集，其數(shù)值由電流以及RTD熱電阻阻值共同決定。10.4任務二溫度信號采集程序設計10.4.1相關知識1．模擬信號采集2．LabVIEW知識10.4.2基于LabVIEW的溫度采集程序設計1．模擬信號采集基于計算機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAQ）10.4.1相關知識何謂信號采集信號的分類采樣所需考慮的幾個問題如何防止混疊何謂DAQmx驅動信號分類模擬信號數(shù)字信號模擬信號連續(xù)信號任意時間都有測量值與之對應模擬信號的測量信息幅值形狀頻率

模擬信號所需分析的模擬信號信息模擬采樣需考慮的幾個問題實際模擬輸入信號是隨時間連續(xù)的采樣信號是用指定采樣速率量化模擬信號得到的一系列離散點采樣越快，采樣信號越接近實際信號如果采樣不夠快，采樣信號將會產(chǎn)生混疊問題實際信號采樣信號采樣率-使A/D轉換器的工作的頻率

混疊-對于信號的錯誤表達充分采樣由欠采樣引起的混疊混疊Nyquist定理為了準確獲得信號的頻率信息，采樣頻率必須大于信號的最大頻率的2倍。為了準確獲得信號的波形信息，采樣頻率必須大于信號的最大頻率的5-10倍。模擬信號采樣模式

溫度信號的采集屬于模擬信號采樣，其采樣模式有：

單采集模擬輸入

有限采集模擬輸入

連續(xù)采集模擬輸入。單采集是一種按需操作，即NI-DAQmx從輸入通道采集一個值，然后立即返回該值。單信號采集不需要任何緩沖或硬件定時。例如，定時檢測液罐中液面高度就是采集單個數(shù)據(jù)點。可將傳感器連接至測量設備的通道上，傳感器輸出的電壓表示液面的高度。進行一次單通道單點采集即可獲得當前的液面高度。有限點模擬采集是在計算機內(nèi)存中開辟一段緩沖區(qū)，設備將采集的數(shù)據(jù)存入其中，當指定的數(shù)據(jù)采集完成后，LabVIEW再將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)一次讀出，此時輸出的是一段有限長度的信號波形，可使用硬件定時，通過使用了計算機中的緩沖區(qū)提高數(shù)據(jù)采集效率。讀取所有采樣可以是在包含單個或多個模擬輸入通道（N通道）的任務中，讀取多個（N個）浮點采樣或多個（N個）波形。若系統(tǒng)對實時性要求不高，也可使用軟件定時，此時圖10-5中的配置采樣定時可省略。連續(xù)采集是開辟一段循環(huán)緩沖區(qū)，設備將采集的數(shù)據(jù)存入其中，當指定的數(shù)據(jù)采集完成后，LabVIEW依據(jù)設置，將緩存中的數(shù)據(jù)一段一段地讀取出來，這是最常用的采集方式。While循環(huán)LabVIEWWhile循環(huán) 流程圖

偽碼Repeat(code);UntilConditionmet;End;2.LabVIEW知識計數(shù)接線端：返回已執(zhí)行循環(huán)的次數(shù)；從0開始計數(shù)條件接線端：定義循環(huán)結束條件計數(shù)接線端條件接線端While循環(huán)－隧道隧道用于結構間的數(shù)據(jù)輸入和輸出隧道根據(jù)接入的數(shù)據(jù)類型更改顏色循環(huán)結束后，數(shù)據(jù)傳出隧道隧道向循環(huán)傳送數(shù)據(jù)時，

需所有數(shù)據(jù)均到達隧道后，循環(huán)才能執(zhí)行

While循環(huán)－錯誤檢查和處理使用While循環(huán)中的錯誤簇，當錯誤發(fā)生時停止While循環(huán)錯誤簇LabVIEW使用錯誤簇返回錯誤信息錯誤簇包含下列元素：狀態(tài)：布爾值，產(chǎn)生錯誤時布爾值為真錯誤代碼：32位有符號整數(shù)，標識錯誤代碼錯誤源：字符串，標識錯誤發(fā)生的位置36VI定時－等待函數(shù)VI定時使VI在執(zhí)行完功能代碼后，處于休眠狀態(tài)，直至計時結束，進入下一次循環(huán)。休眠時間，處理器可處理其他任務。等待函數(shù)使用操作系統(tǒng)的毫秒時鐘10.4.2基于LabVIEW的溫度采集程序設計溫度信號采集采用了連續(xù)采樣模式，一個模擬信號連續(xù)采集流程包含創(chuàng)建通道

時鐘設定

開始采集

讀取

停止采集

清除任務六個核心步驟。因是連續(xù)的溫度信號采集，因此將“讀操作”這個步驟放置于While循環(huán)結構中。在得到溫度原始的電壓數(shù)值后，根據(jù)使用的傳感器類型，根據(jù)電壓和溫度間的數(shù)值轉換關系，計算得到溫度值。在本項目中轉換VI采用的是LabVIEW自帶的轉換函數(shù)/VI，如圖10-12所示，程序框圖

函數(shù)選板

數(shù)值

縮放（scaling）

轉換RTD讀數(shù)。10.5任務三溫度分析處理程序設計10.5.1相關知識1．引用句柄2．屬性節(jié)點10.5.2溫度分析處理子VI10.5.1相關知識1．引用句柄使用位于引用句柄和經(jīng)典引用句柄選板上的控件可對文件、目錄、設備和網(wǎng)絡連接進行操作，示?？墒褂貌煌愋偷囊镁浔丶⒁镁浔斎牖蜉敵鯲I。由于引用句柄是一個打開對象的臨時指針，因此它僅在對象打開期間有效。如關閉對象，LabVIEW會將引用句柄與對象分開，引用句柄隨即失效。如再次打開對象，LabVIEW將創(chuàng)建一個與第一個引用句柄不同的新引用句柄。LabVIEW將為引用句柄指向的對象分配內(nèi)存空間。關閉引用句柄，該對象就會從內(nèi)存中釋放。在本項目中用到了控件引用句柄，控件引用句柄是最常用的引用之一。在前面板點擊鼠標右鍵選擇：控件選板

應用句柄

控件引用句柄，拖放至面板上，右擊該句柄，選擇：選擇VI服務器類

通用

圖形對象

控件

布爾2．屬性節(jié)點在實際應用中，經(jīng)常需要實時地改變前面板上的對象的顏色、大小和是否可見等屬性。那么就需要使用屬性節(jié)點進行動態(tài)設置。如本項目中需對報警燈的顏色進行改變?？丶膶傩?，如數(shù)值的界限、顯示格式等，可以在控制的屬性對話框中配置，但是，屬性對話框只涵蓋了控制屬性中的小部分，大部分的屬性并未包括在屬性對話框內(nèi)。但是可以通過程序來查看或設置這些屬性。

在控件或控件的接線端上右擊，選擇：創(chuàng)建

屬性節(jié)點

閃爍，往下拖拽新添加一個元素，右擊，選擇：選擇屬性

顏色[4]，配置第二個新添加元素為“顏色[4]”，如圖10-15所示。

有些屬性是只讀或只寫的，有些則可讀也可寫。在屬性的右鍵菜單中可以選擇“全部轉換為寫入”/“全部轉換為讀取”或“轉換為寫入”/“轉換為讀取”。

當有多個屬性時，屬性節(jié)點按從上到下的順序執(zhí)行。如屬性節(jié)點執(zhí)行前發(fā)生錯誤，則屬性節(jié)點不執(zhí)行。圖10-15屬性節(jié)點創(chuàng)建屬性節(jié)點創(chuàng)建方法一屬性節(jié)點創(chuàng)建方法二

用上述這種方式創(chuàng)建出的屬性節(jié)點，無需連接引用句柄，因為創(chuàng)建初始，已經(jīng)指定該屬性節(jié)點的對象為布爾量。

另一種創(chuàng)建方式是在程序框圖右擊空白處，從函數(shù)選板中選擇：編程

應用程序控制

屬性節(jié)點。將布爾量的引用句柄連接至屬性節(jié)點，則該屬性節(jié)點所指向的對象為布爾類型的，則可修改布爾型對象的各種屬性。單擊屬性節(jié)點，選擇閃爍，增加屬性節(jié)點元素，單擊，選擇“顏色[4]”，如圖。10.5.2溫度分析處理子VI1．溫度分析處理前面板設計

該子VI的功能是根據(jù)溫度的上下限，判定當前的溫度值是否超過警戒線，給出文本方式的警報提示；同時，根據(jù)警報類型，設定警示燈是否閃爍、顏色改變，其前面板如圖10-17所示。警報燈的屬性修改使用了屬性節(jié)點。2．程序框圖設計程序框圖如圖10-18，通過將當前所得到的溫度與溫度上、下限進行比較后通過選擇函數(shù)實現(xiàn)文本報警。通過條件結構實現(xiàn)針對不同文本報警確定報燈是否閃爍及顏色的變化。3．子VI創(chuàng)建

本VI將作為子VI來使用，將被其它VI調(diào)用，所以需要特別設置子VI的輸入/輸出參數(shù)。子VI前面板上的控件均可以作為輸入?yún)?shù)，而顯示控件則可以作為輸出參數(shù)。但是要注意，控件只有在與VI的連線板相連后，才能作為輸入輸出參數(shù)。

從LabVIEW2011開始，接線端與圖標并列顯示在VI前面板右上角。默認的連接板從左到右均分成4列，每一列矩形的數(shù)量分別是4、2、2、4。我們按照每一列矩形的數(shù)量來命名連線板模式，例如，默認的連線板模式是4224模式。在連線板右鍵菜單的“模式”列表框中，還可以選擇其他的模式；但是大家可以記住一個簡單的原則：為了讓自己編寫的代碼更美觀，凡是能用4224模式的子VI連線板，盡量使用4224模式。

連接連線板時，首先單擊一下連線板的某個接線端，然后再在與其相對應的控件上單擊一下，控件與連續(xù)板就關聯(lián)好了。

與控件相連后的接線端顏色會發(fā)生變化，以提示編程者，避免錯誤的連接，接線端顯示的顏色與連接該控件的連線的顏色是一致的，以方便編程者區(qū)分。10.6項目實現(xiàn)10.6.1相關知識1．界面顏色、字體2．選項卡控件3．裝飾4．波形的圖形和圖表10.6.2前面板設計10.6.3程序框圖設計10.6.1相關知識1．界面顏色、字體

新建一個VI，VI的前面板顏色默認色為灰色。這是因為在工業(yè)場合中，灰色是最不容易引起視覺疲勞的色彩。在做工業(yè)化流水線測試測量設備的時候，設計前面板，要盡量避免過多使用明亮色調(diào)的。高亮度的色彩如紅色通常用于警報，閱讀或提示性的文字無需全部設為高亮度色彩。

除了不要出現(xiàn)過多種色彩以外，前面板的字體也應當保持統(tǒng)一，如中文全部統(tǒng)一使用微軟雅黑或宋體。大小也最好能控制在3種以內(nèi)。只有需要引起用戶特別關注的內(nèi)容才需要用粗體或高亮顯示。否則使用者無法將注意力集中到應當注意的內(nèi)容上。2．選項卡控件

在前面板中點擊鼠標右鍵，選擇：控件

經(jīng)典（或新式）

經(jīng)典容器（容器）

選項卡控件，如圖10-20所示。選項卡控件用于將前面板控件重疊放置在一個較小的區(qū)域內(nèi)。

選項卡控件由選項卡和選項標簽組成?？筛鶕?jù)需要編輯選項卡各個選項卡的名稱，雙擊選項卡的文字部分，即可進入文字編輯模式。也可在選項卡前后添加新的選項卡。

可將前面板對象放置在選項卡控件的每一個選項卡中，并將選項卡標簽作為顯示不同選項卡的選擇器。3．裝飾

前面的項目設計中，或多或少會使用裝飾選板（控件→新式→裝飾）中的各種裝飾：如線條、箭頭、方形、圓形、三角、邊框等等。

裝飾選板中的各種形狀，無論前面板或程序框圖，如圖10-21所示，都可以使用，其默認顏色大多為黑色或灰色，若想要修改其顏色，可以使用工具選板（菜單欄

查看

工具選板）的涂色功能，點選需要的顏色，更改裝飾內(nèi)容的顏色。圖10-21裝飾選板4．波形的圖形和圖表LabVIEW使用波形圖和圖表，如圖10-22所示，顯示具有恒定速率的數(shù)據(jù)。這兩種是最常用的波形顯示控件，如顯示溫度信號等模擬信號。

波形圖表（chart）是顯示一條或多條曲線的特殊數(shù)值顯示控件，一般用于顯示以恒定速率采集到的數(shù)據(jù)。

波形圖表會保留來源于此前更新的歷史數(shù)據(jù)，又稱緩沖區(qū)。右擊圖表，從快捷菜單中選擇圖表歷史長度可配置緩沖區(qū)大小。波形圖表的默認圖表歷史長度為1,024個數(shù)據(jù)點。向圖表傳送數(shù)據(jù)的頻率決定了圖表重繪的頻率。如一次向圖表傳遞一個或多個數(shù)據(jù)值，LabVIEW會將這些數(shù)據(jù)作為圖表上的點，從x=0開始以1為增量遞增x索引。圖表將這些輸入作為單條曲線上的新數(shù)據(jù)。

波形圖表接收波形數(shù)據(jù)類型，該類型包含了波形的