特殊實驗室溫溼度測控裝置的製作方法

2023-05-10 11:37:16 4

專利名稱：特殊實驗室溫溼度測控裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬電子技術領域。
背景技術：
實驗室設備都有各自的溫度、溼度要求，特別是一些精密儀器或特殊行業，他們 的實驗室對溫溼度要求更高，例如在根紡織、印染行業中，檢測環境溫度、溼度的變 化對紡織品的各項技術指標均有很大的影響。對這些特殊實驗室溫溼度測控是特殊要 求實驗室進行科學實驗等必須的工作，傳統的測試與控制是以單片機為核心，根據不 同的溼度要求，通過硬體設定不同的調節終態，可以將實驗空間的溼度調節到設定值。 通常是使用溫度計、溼度表等儀表和輸出模擬量的電測控儀表來測控數據，是由人工 讀取和記錄模擬儀表上的溫溼度值。這種方法測控與控制精度低，往往會加入外界和 人為因素的影響，誤差大，觀測不方便，實時性差，效率低下。隨著傳感器技術和測 控測試技術的發展，為了更好地了解特殊要求實驗室的溫溼度變化規律，傳統的測控 方法和裝置已經不能適應實驗室的需要，需要研究新的測控裝置。 發明內容
為了克服現有技術誤差大、測不方便、實時性差、效率低下等不足，本實用新型 提供一種特殊實驗室溫溼度測控裝置，能夠適應特殊要求實驗室的需要，更好地了解 實驗室的溫溼度變化規律，精確控制實驗室的溫溼度。同時，使得測控和控制更準確， 結果顯示更形象直觀，操作更方便，並易於實現功能擴展。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是包括計算機、溫溼度感知模塊、 信號調理電路、多功能數據採集卡、控制輸出電路和執行裝置。溫溼度感知模塊包括 溫度傳感器和溼度傳感器，主要完成實驗室溫溼度的感知，並將溫溼度信號轉換成電 信號傳輸至信號調理電路；信號調理電路通過整形、濾波，將傳感器的電信號變換成 多功能數據採集卡輸入範圍內的電信號；多功能數據採集卡將經過濾波去噪後的傳感 器數據通過模/數轉換採集進計算機；計算機將採集來得溫溼度值的電信號濾波後，變 換成相應的溫溼度值，然後在顯示器上通過虛擬儀器技術構建的多個虛擬儀器，顯示 相應的圖線，並將數據存入硬碟，同時根據設定的溫溼度值由帶死區的PID控制算法 生成控制信號；控制信號再經由多功能數據採集卡的數/模轉換，送給控制輸出電路；
控制輸出電路將不同的命令輸出給相應的執行機構，包括風扇、電吹風和加溼器，這 其中風扇用來排氣，可以降低實驗環境的溫溼度，加溼器用來增加實驗環境的溼度， 電吹風用於提高實驗環境的溫度。
本實用新型工作時包括如下步驟
a) 設定實驗室的溫溼度值；
b) 由溫度傳感器和溼度傳感器採集實驗室溫溼度，並轉換成相應的電信號；
C) 多功能數據採集卡將經過信號調理電路調理後的實驗室的溫溼度電信號採 集到計算機中；
d) 計算機通過濾波將溫溼度電信號轉換成相應的溫溼度值，在儀器顯示界面上 顯示和存入硬碟，同時根據設定的溫溼度值由帶死區的PID控制算法生成控制信號；
e) 控制信號經由控制輸出電路送達執行機構一—風扇、電吹風和加溼器；
f) 執行機構根據控制命令，完成相應的溫溼度調節控制的動作；
g) 經過調節後的實驗室溫溼度情況通過溫度傳感器和溼度傳感器感知，被再次 送入計算機；
h) 通過多次以上閉環自動控制過程，使得實驗室的溫溼度達到設定值。 本實用新型的有益效果是本實用新型能夠採用虛擬儀器技術，利用高性能的模
塊化硬體，結合高效靈活的軟體來完成各種測試、測量和自動化的應用。靈活高效的 軟體能創建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬體能方便地提供全方位的系統集成。 該裝置充分展現了虛擬儀器技術性能高、開發時間少的優勢，並為裝置的擴展提供了 最小成本的途徑。因此，可以說該裝置具有成本低、測控方法簡單、精度高、易於操 作和實現的優點，同時測控結果通過計算機屏幕顯示形象直觀，軟體實現各種傳統測 試儀器使操作更方便，並且還可以較容易地實現功能擴展。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式

裝置實施例參照圖1，本實用新型的裝置包括計算機、溫溼度感知模塊、信號 調理電路、多功能數據採集卡、控制輸出電路和執行裝置。溫溼度感知模塊包括溫度
傳感器和溼度傳感器，主要完成實驗室溫溼度的感知，並將溫溼度信號轉換成電信號 傳輸至信號條例電路；信號調理電路通過整形、濾波，將傳感器的電信號變換成多功 能數據採集卡輸入範圍內的電信號；多功能數據採集卡將經過濾波去噪後的傳感器數 據通過模/數轉換採集進計算機；計算機將採集來得溫溼度值的電信號濾波後，變換成 相應的溫溼度值，然後在顯示器上通過虛擬儀器技術構建的多個虛擬儀器，顯示相應 的圖線，並將數據存入硬碟，同時根據設定的溫溼度值由帶死區的PID控制算法生成 控制信號；控制信號再經由多功能數據採集卡的數/模轉換，送給控制輸出電路；控制 輸出電路將不同的命令輸出給相應的執行機構，包括風扇、電吹風和加溼器，這其中 風扇用來排氣，可以降低實驗環境的溫溼度，加溼器用來增加實驗環境的溼度，電吹 風用於提高實驗環境的溫度。
本實用新型工作時包括如下步驟
a) 在計算機中通過LabVIEW圖形編程軟體創建的控制子VI中設定實驗室的溫溼 度值；
b) 控制子VI發送實驗室測試與控制命令，由溫度傳感器和溼度傳感器採集實驗 室溫溼度，並轉換成相應的電信號；
c) 多功能數據採集卡將經過信號調理電路調理後的實驗室的溫溼度電信號採集 到計算機中；
d) 計算機通過由虛擬儀器軟體LabView開發的濾波子VI完成信號的濾波，將其 轉換成相應的溫溼度值，並在LabView開發的虛擬儀器顯示界面上顯示和存入 硬碟，同時根據設定的溫溼度值由帶死區的PID控制算法生成控制信號；
e) 控制信號通過控制子VI發送控制命令，控制命令經由控制輸出電路送達執行 機構一一風扇、電吹風和加溼器；
f) 執行機構根據控制命令，完成相應的溫溼度調節控制的動作；
g) 經過調節後的實驗室溫溼度情況通過溫度傳感器和溼度傳感器感知，被再次送
入計算機；
h) 通過多次以上閉環自動控制過程，使得實驗室的溫溼度達到設定值。 所述溫度信號感知模塊採用矽單晶溫度傳感器和相應的電路，將溫度轉換成電壓
信號溼度信號捕獲模塊採用UD-08溼度傳感器和相應的電路將溼度轉換成電壓信號。
所述多功能數據採集卡採用的是美國NI公司生產的PCI-6251 DAQ卡。它是一款 通用的DAQ卡，可以直接插入微機的PCI總線接口。
控制電路從PXI—DAQ卡的數字輸出埠接收控制信號，然後控制繼電器的動作, 使電吹風、風扇和加溼器工作在相應的狀態下。
所述執行機構中的風扇的工作電壓是12VDC，用普通繼電器對它進行控制；電吹 風和超聲波加溼器工作在220VAC電壓下，用兩個固態繼電器分別對它們進行控制。
本實用新型所述裝置中的幹擾可能是因為電路接觸不良，或是A/D轉換過程中由 於軟體或硬體的不完善產生的採樣壞值。其表現為時域波形中突然出現的窄脈衝。利 用LabVIEW圖形編程軟體創建濾波子VI，根據本裝置中溫溼度是連續變化的，而且 變化率不大，可將脈衝幹擾值X (輸入的信號值)與前一點的值Y (採樣點的值)進 行加權平均後輸出。改進的方法可以有效抑制脈衝幹擾。
利用LabVIEW圖形編程軟體創建的控制子VI是將當前溫溼度值與設定值進行比 較後生成控制字，再調用LabV正W自帶的子儀器Write to Digital Port.vi，將控制字通 過指定的數字I/O通道輸出。
數據存儲則是調用LabVIEW中Write Characters To File.vi將經過處理的溫溼度值 存入一個電子表格文件中。
權利要求1、特殊實驗室溫溼度測控裝置，包括計算機、溫溼度感知模塊、信號調理電路、多功能數據採集卡、控制輸出電路和執行裝置，其特徵在於溫溼度感知模塊包括溫度傳感器和溼度傳感器，完成實驗室溫溼度的感知，並將溫溼度信號轉換成電信號傳輸至信號調理電路；信號調理電路通過整形、濾波，將傳感器的電信號變換成多功能數據採集卡輸入範圍內的電信號；多功能數據採集卡將經過濾波去噪後的傳感器數據通過模/數轉換採集進計算機；計算機將採集來得溫溼度值的電信號濾波後，變換成相應的溫溼度值，然後在顯示器上通過虛擬儀器技術構建的多個虛擬儀器，顯示相應的圖線，並將數據存入硬碟，同時根據設定的溫溼度值由帶死區的PID控制算法生成控制信號；控制信號再經由多功能數據採集卡的數/模轉換，送給控制輸出電路；控制輸出電路將不同的命令輸出給相應的執行機構，包括風扇、電吹風和加溼器。
專利摘要本實用新型公開了一種特殊實驗室溫溼度測控裝置，溫溼度感知模塊將溫溼度信號轉換成電信號傳輸至信號調理電路；經過調理的信號通過多功能數據採集卡採集進計算機；計算機將採集來得溫溼度值的電信號濾波後變換成相應的溫溼度值，在顯示器上顯示相應的圖線，並將數據存入硬碟，同時根據設定的溫溼度值生成控制信號；控制信號再經由多功能數據採集卡的數/模轉換，送給控制輸出電路；控制輸出電路將不同的命令輸出給相應的執行機構，包括風扇、電吹風和加溼器。本實用新型成本低、測控方法簡單、精度高、易於操作和實現，同時測控結果通過計算機屏幕顯示形象直觀，軟體實現各種傳統測試儀器使操作更方便，並且還可以較容易地實現功能擴展。
文檔編號G05D27/02GK201210260SQ20082002928
公開日2009年3月18日 申請日期2008年6月5日 優先權日2008年6月5日
發明者翟正軍, 郭陽明, 馬捷中 申請人:西北工業大學