(毕业论文)基于_LabVIEW的温湿度测控系统设计.docx

随着科技的飞速发展，各行各业对温湿度测试与控制的要求也越来越高传 统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来 测量和记录环境信息在这种模式下，不仅效率低下，而且还会造成人力资源的 浪费课题针对这一问题，利用虚拟仪器技术实现了一种新型智能化的温湿度监测 报警系统系统硬件电路的设计采用数字温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101 进行环境温湿度数据的采集；数据传输采用串行方式，使用AT89S51单片机完成 环境数据向PC上位机的传送，然后，在LabVIEW开发环境下，用LabVIEW这一图 形化设计语言来完成数据滤波、数据融合等数据优化处理，并实现数据记录、数 据回读及越限报警等功能从而实现了基于虚拟仪器技术的环境度监测报警系统 的设计测试表明，设计开发的馆藏室温湿度监测系统，可实现精确地温湿度监 测与报警，且智能化的系统设计达到了节省人力和提高效率的目的关键词：虚拟仪器馆藏室温湿度LabVIEW监测系统目录摘要 i目录 i第一章绪论 11.1馆藏室温湿度监测系统概述 11.2温湿度监测系统的研究现状 11. 3虚拟仪器技术 21.3.1虚拟仪器技术的兴起与发展 21.3.2虚拟仪器技术简介 31.3.3虚拟仪器技术的特点 41.4研究内容与论文结构 51.4.1 研究内容 51. 4. 2 论文整体结构 5第二章馆藏室温湿度监测系统的总体设计 62.1馆藏室温湿度监测系统工作原理 62.2馆藏室温湿度监测系统组成结构 72.3馆藏室温湿度监测系统系统参数 82.4馆藏室温湿度监测系统功能特点 9第三章系统硬件的设计 113.1馆藏室温湿度要求 113.2硬件电路设计 113. 3温度监测电路的设计 123. 3. 1 DS18B20数字式温度传感器简介 123. 3. 2 DS18B20 测量温度 143.4湿度监测电路的设计 153.4.1 HS1101湿度传感器简介 153. 4. 2 HS1101测量湿度 163.5数据采集电路的设计 173.5.1数据传输 183. 6系统抗干扰设计 183.6.1传输线的屏蔽技术 183. 6. 2控制信号负逻辑传输 18第四章系统软件的设计 194. 1 LabVIEW简介 194.2系统用户登陆界面 204. 3系统自检 214.4温度监测软件的实现 224.4.1温度数据的处理 224.4.2温度数据的显示与报警 244.5湿度监测软件的实现 254.5.1湿度数据的处理 254.5.2湿度数据的显示与报警 264.6数据记录与历史数据回读 264. 6. 1 数据记录 264.6.2历史数据回读 26第五章总结与展望 28参考文献 30第一章绪论1.1馆藏室温湿度监测系统概述我们国家拥有大量的图书馆和博物馆，珍藏着大量价值不菲的书籍、文物和文 献资料。

各企事业单位也拥有自己的重要纸质和电子类档案资料的存放库房科 学研究表明，馆藏室的温度和湿度直接影响着珍贵的书籍、文物和文献资料的保 存时间，因此为了使图书馆和博物馆中的书籍、文物和文献资料保存的时间更久 远，有必要对图书馆和博物馆馆藏室的温度和湿度进行严格监控传统的监控方 式是利用人工记录温湿度计的数值，一天两次，不能实现24小时监视，从而不能 及时发现问题随着计算机和现代测控技术的发展，虚拟仪器技术也得到了迅速 发展.并在诸多的工程实践领域得到了很好地应用充分利用普通计算机这个通 用而且功能又相当强大的资源，借助于虚拟仪器技术来开发馆藏室温湿度监控系 统不失为一个很好的设想1. 2温湿度监测系统的研究现状近年来，国内外温湿度传感器测量系统正向集成化、智能化发展，随着科研人 员的不断努力，该类型系统取得了巨大的成就现代温湿度传感器测量系统技术 主要以数据采集为依据，主要类型包括：虚拟仪器、智能仪器、数字式仪器等等 伴随电子科学技术的进一步发展，数据采集系统也发生了日新月异的变化，其整 体的性能、实用性方面都有所改进因此，依托于数据采集结构而发展的温湿度 传感器测量系统在实际应用中也发挥着越来越重要的作用。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向粗略地说，这种结 合有两种方式：一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器 随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大, 目前已经出现含嵌入式系统的仪器；另一种方式是将仪器装入计算机，以通用的 计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能虚拟仪器主要是指这种方式随着科技的进步，传统的温湿度测试技术在稳定性、精度等方面已经无法满足市场的需求，因此，基于虚拟仪器的新型温湿度监测系统的探究显得尤为重要1.3虚拟仪器技术测量仪器发展至今，大体经历了四代发展历程，即模拟仪器、分立元件式仪器、 数字化仪器和智能仪器随着电子技术、计算机和网络技术的高速发展，及其在 电子测量技术与仪器领域中的应用，新的测试理论、新的测试方法、新的测试领 域以及新的仪器结构不断出现其中计算机处于核心地位，计算机软件技术和测 试系统更紧密地结合成一个有机整体，导致仪器的结构、概念和设计观点等也发 生突破性的变化在这一背景下，出现了新的仪器概念一一虚拟仪器巴1. 3. 1虚拟仪器技术的兴起与发展现代仪器仪表技术是计算机技术和多种基础学科紧密结合的产物。

随着微电子 技术、计算机技术、软件技术、网络技术的飞速发展，新的测试理论、测试方法、 测试领域以及新的仪器结构不断出现，在许多方面已经冲破了传统仪器的概念， 电子测量仪器的功能和作用发生了质的变化在此背景下，1986年美国国家仪器 公司(Nat ional Instruments, NI)提出了虚拟仪器(Virtual Instrument, VI)的 概念巴尽管迄今为止虚拟仪器还没有一个统一的定义，但是一般认为巴虚拟仪 器是在PC机基础上通过增加相关硬件和软件构建而成的、具有可视化界面的可重 用测试仪器系统作为现代仪器仪表发展的方向，虚拟仪器已迅速发展成为一种新的产业美国 是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国到1994年底，虚拟仪器 制造厂已达95家，共生产1000多种虚拟仪器产品，销售额达2. 93亿美元，占整个 仪器销售额73亿美元的4%巴到1996年，虚拟仪器已在仪器仪表市场中占有10%的 份额"I生产虚拟仪器的主要厂家NI、HP等公司，目前都生产数百个型号的虚拟仪 器产品这些产品在国际市场上有较强的竞争力，已进入中国市场国内虚拟仪器研究的起步较晚，最早的研究也是从引进消化NI的产品开始。

但 经过多年研究，我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色铁我国国民经济 的持续快速发展，加快了企业的技术升级步伐，先进仪器设备的需求更加强劲； 虚拟仪器赖以生存的个人计算机最近几年以极高的速度在中国发展，这些都为虚 拟仪器在我国的普及奠定了良好的基础因此，我国的虚拟仪器存在巨大的发展 潜力1. 3. 2虚拟仪器技术简介虚拟仪器简称VI,是具有虚拟面板的PC机仪器，由硬件设备与接口、PC机、 设备驱动软件和虚拟仪器面板组成其中，硬件设备与接口可以是各种以PC机为 基础的内置功能卡如DAQ、通用接口总线GPIB接口卡、串行口和VXI总线仪器接 口等，或者其他可程控的外部测试设备设备驱动软件是直接控制各种可控制硬 件接口的驱动程序虚拟仪器通过低层设备驱动软件与真实的仪器系统进行直接 通信，并通过虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器操作元素相对 应的各种控件虚拟仪器面板应用程序负责对采集来的数据进行数据分析、图像 显示、数据存储以及数据打印等操作，面板上的按钮对应各种功能，并伴有动态 帮助，这样不仅充分实现单键操作和OSD,而且用户对虚拟仪器面板的操作比对真 实仪器的操作更为方便巴虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。

虚拟仪器的研究中 涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理目前在这一领域内，使 用较为广泛的计算机语言是美国NI公司的LabVIEW.LabVIEW181 （Laboratory Virtual Instrument Engineer Workbench,实验室 虚拟仪器工作平台）是美国NI公司推出的一种基于G语言（Graphics Language, 图形化编程语言）的、具有革命性的、图形化虚拟仪器开发环境，是业界领先的 测试、测量和控制系统的开发工具虚拟仪器的概念切是用户在通用计算机平台上，在必要的数据采集硬件的支持 下，根据测试任务的需要，通过软件设计来实现和扩展传统仪器的功能传统台 式仪器是由厂家设计并定义好功能的一个封闭结构，有固定的输入/输出接口和仪 器操作面板每种仪器只能实现一类特定的测量功能，并以确定的方式提供给用 户虚拟仪器则打破了传统仪器中其功能由厂家定义且用户无法改变的模式，使 得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统，并可通过修改软件来改变或 增减仪器的功能，真正体现了 “软件就是仪器”这一新概念作为虚拟仪器的开发软件，LabVIEW的特点如下：1）具有图形化的编程方式，设计者无需编写任何文本格式的代码，是真正的 工程师语言。

2） 提供传统的数据调试手段，例如，设置断点、单步运行；提供独具特色的 执行工具，使程序动画式进行，便于设计者观察到程序运行的细节使程序的调试 和开发更为便捷3） 囊括了 PCI, GPIB, PXI, VXI, RS-232/485, USB等各种仪器通信总线标准 的所有功能函数，使得不懂得总线标准的开发者也能使用不同总线标准接口设备 与仪器4 ）提供大量与外部代码或软件进行连接的机制，诸如叽L （动态链接库），DDE （共享库）,ActiveX等5）具有强大的Internet功能，支持常用的网络协议，方便开发网络和远程测 控仪器在测试和测量方面，LabVIEW已经变成一种工业的标准开发工具；在过程控制 和工厂自动化应用方面,LabVIEW非常适用于过程监测和控制；在研究和分析方面， LabVIEW有力的软件分析库提供了几乎所有经典的信号处理函数和大量现代的高 级信号分析系统LabVIEW具有信号采集、测量分析与数据显示功能，集开发、调 试、运行于一体，而且LabVIEW虚拟仪器可以非常容易地无缝集成各种数据采集 硬件和以太网系统，链接各种主流的现场总线通信机和大多数通用数据库软件 就是仪器”反映了虚拟仪器技术的本质特征。

用LabVIEW设计的虚拟仪器可脱离 LabVIEW开发环境，用户最终看见的是和实际硬件仪器相似的操作界面如今，虚 拟仪器已是现代检测系统中非常重要的一部分1.3.3虚拟仪器技术的特点和传统仪器相比，虚拟仪器具有巨大的优越性：1） 融合计算机强大的硬件资源，突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等 方面的限制，大大增强了传统仪器的功能；2） 利用计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质 资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试 数据进行各种分析与处理；通过图形用户界面技术，真正做到界面友好、人机交 互；3）虚拟仪器的硬、软件都具有开放性、模块化、可重复使用及互换性等特点 因此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵 活，效率更高，缩短了系统组建时间1.4研究内容与论文结构1.4.1研究内容课题以虚拟仪器技术作为主要技术手段，采取多点监测的方式，硬件采用数字 温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101来进行环境温湿度的数据采集，通过使 用单片机来进行数据的。