基于LABVIEW的養雞場溫度測控系統

摘要:針對傳統養雞場溫度較難控制的缺點，設計了一種基于LabVIEW的溫度遠程控制系統。該系統提高養雞場的生產率，減輕了工人勞動強度。

關鍵詞:溫度;LabVIEW;比例積分微分控制;測控系統

中圖分類號:TP273文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)35-10092-02

LABVIEW-based Temperature Measurement and Control System of the Chicken Farm

DING Lin

(Department of Electronic Engineering， JiangSu Vocational Technology Academy of Finance Economics， Huaian 223002， China)

Abstract: Difficult to control the temperature of the traditional chicken farm，So design of a LabVIEW-based remote control system of temperature。The system is to improve chicken farm productivity， reduce the labor intensity.

Key words: temperature; LabVIEW; PID control; measurement and control system

對于一個養雞場來說，母雞的產蛋量和小雞的孵化率是直接影響到養雞場生存的重要因素之一。而母雞的產蛋量和小雞的孵化率與環境溫度有著密切的聯系。在飼養雛雞時，飼養室內的溫度應控制在20～30℃(不同生長階段的雛雞所需要的環境溫度也不同)之間。剛孵出的雛雞需要30℃的恒溫，隨著雛雞的不斷發育成長，飼養室的環境溫度也應逐漸下降。當雛雞發育為成雞時，飼養室內的環境溫度保持在20℃即可。對于飼養室的環境溫度的不同需要，通過人工來啟閉通風扇或電加熱設備(電暖氣或紅外線燈泡等)，這種方法不僅費力而且控制不準確。本文介紹了采用集成電路和虛擬儀器構建的一個溫度測控系統，該系統具有反映靈敏，抗干擾能力強等優點，可以大大減輕工人的勞動強度。

1 系統硬件設計

該系統的硬件設計是采用溫度傳感器獲取養雞場的飼養室內的溫度信號，再通過信號調理，把它送給單片機再進一步進行采集、調理和轉換，然后通過串行接口電路發送給計算機并通過計算機運行LabVIEW的程序來分析處理數據，最終顯示結果，同時，通過計算機串口采樣輸入信號，利用LabVIEW中的PID控制算法，求出系統輸出信號的大小，再由串口將輸出信號傳輸至外部溫度控制電路，以實現溫度控制。系統的硬件由溫度傳感器及信號調理電路、單片機、接口電路計算機、溫度控制電路及空調組成。圖1所示為硬件組成框圖。

1.1 溫度采集電路

溫度采集電路由溫度傳感器及信號調理部分組成，它的主要作用是將養雞場的飼養室內溫度通過AMC6821型溫度傳感器和K型熱電偶，將溫度信號轉換成電壓信號，熱電偶能用來測量點的溫度和壁面溫度，也能用來進行動態溫度測量。AMC6821是德州儀器公司推出的一款風扇控制的溫度傳感器，測溫范圍為-40℃～+125℃，精度可達0.125℃，而且價格低廉，非常適合養雞場使用。調理電路主要用于濾波和放大來自模擬量輸入通道的信號，以滿足A/D轉換器輸入端電氣參數的要求[1]。

1.2 溫度控制電路

溫度控制電路的工作原理是由溫度傳感輸出的電信號，經過放大、濾波等一系列變化后進入計算機。由于通風扇或電加熱設備工作在220VAC電壓下，所以溫度控制電路可由圖2所示溫度控制電路完成。

溫度控制電路的工作原理是:當單片機(采用C8051F410)發出脈寬調制(PWM)控制信號，經驅動器后控制光電耦合器U1的狀態。當U1工作后，使雙向晶閘管V1的控制極(G極)處于高電平，V1處于正向導通狀態，進而控制負載RL工作。使用U1可有效地降低外界對系統影響，提高控制的精度，增強系統的穩定性。

1.3 通信接口電路

計算機與單片機之間通信采用RS-232與RS-485轉換接口裝置，把485信號變成計算機能夠識別的232電平。通信接口電路采用RS485標準。RS485采用平衡發送和差分接收方式實現通信，具有極強的抗共模干擾的能力。系統選用MAX485作為RS485收發器，其最高傳輸速率為2.5MbPs，完全可以滿足通信要求。

2 系統軟件設計

本測控系統的軟件部分設計是通過LabVIEW的圖形化語言即G語言來實現的，主要完成數據采集、控制、顯示及存取功能。圖3給出了溫度監控界面，以模塊的編程思想將系統分成采集、報警、存取、控制模塊。每個模塊作為一個子VI，單獨編寫，然后通過主程序調用每一個子VI。

2.1 數據采集模塊

數據采集模塊的作用是將溫度信號轉換成數字信號，儲存到計算機中，以備后續使用，數據采集是該系統軟件的主要功能。LabVIEW可通過數據采集模塊顯示實際的信號波形。當數據采集模塊采集實測信號時，得到一組離散的信號值，通過圖形顯示控件在計算機顯示器上逐點顯示并連線，即可實時顯示被測信號。

2.2 數據報警模塊

數據報警模塊的程序如圖4所示，系統用In Range and Coerce.vi來判定所采集數據的范圍，使用Select.vi對判定結果作出選擇[2]。當采集到得實際溫度大于給定的溫度上限值或小于溫度下限值時，則指示燈變紅，顯示“報警”;當采集到得數據在規定的上下限范圍內時，則指示燈為綠色，顯示“正常”。 采集數據與狀態可同時顯示到前面板上，且溫度的上限值和下限值可以根據實際要求自己設定。

2.3 數據存儲模塊

該模塊調用LabV IEW中Write Characters ToFile。VI將經過處理的溫濕度值存入指定的文件中，便于以后分析研究。

2.4 PID控制模塊

PID控制模塊的設計思路是:PID控制器是PID控制系統設計的關鍵與核心，PID是當前工業控制中應用最廣泛的算法。我們將被控制的系統參數叫做過程變量PV (Process variable)，將被控制的過程變量指定的理想值叫做給定點SP (set point)，PID控制器確定一個對被控系統的輸出量U (outPut)，驅動過程變量逼近設定點[3]。

由于基于LabVIEW的控制是一種采樣控制，它是根據采樣時刻的偏差值計算控制量，只能用數值計算的方法逼近。在采樣時刻，PID控制器可以通過計算比例、微分、積分三者作用之和來求得PID控制器的輸出值。該模塊采用增量式PID控制器，其表達式為:

Δu(kT)= u(kT)- u(kT-T)

=KpΔe(kT)+Kie(kT)+Kd[Δe(kT)-Δe(kT-T)]

其中:Kp，Ki ， Kd分別為:比例系數、積分系數，積分系數，Δe(kT)=e(kT)-e(kT-T)，

Δe(kT-T)=e(kT-T)-e(kT-2T)誤差的誤差。

3 結束語

本系統是基于LabVIEW7.1功能軟件計算的溫度測控系統，它在計算機上可以實時顯示并實時控制，從而提高了養雞場的溫度測控精度，減輕了勞動強度，而且LabVIEW的圖形化語言編程方式減少了用其他軟件編程的麻煩，值得我們在生產中廣泛應用。

參考文獻:

[1] 張偉，劉紅麗.基于LabVIEW的溫度測控系統設計[J].國外電子元器件，2008(12):19-21.

[2] 侯國屏，王坤，葉齊鑫，等.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計[M].北京:清華大學出版社，2005.

[3] 黃望軍.基于LabVIEW的溫度控制系統設計[J].硅谷，2008(22).