用于溫濕度傳感器校準的自動采集記錄系統設計

趙艷　趙詠梅　張繼軍

摘 要： 針對傳統溫濕度傳感器校準過程中，人工讀數不便、容易引入誤差等問題，以虛擬儀器開發軟件LabVIEW 8.5為平臺，結合自行設計的數據采集儀及濕度標準裝置，構建了一套自動采集存儲系統。系統通過界面參數設置實現多個被校件輸出信號的A/D轉換與顯示，并同時采集存儲標準示值與多個被校件示值。

關鍵詞：溫濕度傳感器； 校準； 自動采集； RS 232信號

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0121?03

0 引 言

隨著工程技術的發展，溫、濕度測量在各個領域的應用越來越頻繁，一體化的溫濕度傳感器已成為普遍使用的溫、濕度測量設備。為確保傳感器的測量準確度，需要對新出廠或使用中的傳感器進行定期校準。在傳統校準過程中，傳感器輸出信號由3位半數字多用表顯示，標準輸出由精密露點儀面板顯示。一般在量程范圍內要求做多個點，每個點每隔固定時間記錄一組數據。針對多個傳感器一起校準時，要求標準與被校件進行同時讀數與記錄，由于人工讀數與操作很難保證同時性，極易引入誤差，因此設計了一套基于LabVIEW的溫濕度傳感器校準自動采集記錄系統。

1 系統組成及原理

自動采集記錄系統主要由數據采集儀、精密露點儀、計算機及軟件程序等組成。其中數據采集儀的核心為智能模塊ADAM?4017，共有8個通道，精度達0.1%，可將前端傳感器的電流模擬量轉換為0～20 mA的數字信號在RS 485總線上傳輸，由RS 232/485頭轉換為RS 232信號與計算機串口通信。數據采集儀中智能模塊的數量可通過總線方式進行擴展，從而增加通道數。由于精密露點儀無地址編碼，只有一個RS 232接口，計算機需單獨利用一個串口與其相連。針對一般計算機只有一個串口的問題，可安裝多串口卡。

校準過程中，計算機通過軟件程序實現對所有被校溫濕度傳感器、精密露點儀輸出信號的自動采集與存儲。系統組成示意圖如圖1所示。

2 軟件實現

LabVIEW作為第一個借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設計系統，它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，被視為一個標準的數據采集儀器和儀器控制軟件。本系統軟件基于LabVIEW開發平臺編寫，大致分為串口通信、參數設置、數據采集及數據存儲幾個部分。軟件流程示意圖如圖2所示。

2.1 串口通信

本系統采用LabVIEW儀器通信功能模塊中的標準串口通信函數實現通信，具體有串口寫節點、串口讀節點、串口關閉節點、返回串口輸入緩存中存在的數據字節數等函數分別實現串口設置、串口寫、串口讀、檢測緩存以及關閉串口等功能。串口寫函數為向指定的儀器或接口寫入命令，串口讀函數為從儀器中讀取與寫入命令相應的信息。當發送的是參數配置命令時，將新配置的參數返回；當發送到是讀取數據命令時，將相應采集模塊相應通道的數據返回。系統所用指令見表1所示。

在此，要注意串口設置中波特率、數據位、奇偶校驗位、停止位的一致性，特別是資源名稱類的正確選擇。

2.2 數據采集

數據采集主要通過使用VISA Write和VISA Read兩個函數來完成，一般只需要了解相應的命令就可以對儀器進行參數設置，數據讀取，不需要理會底層的東西。

露點儀數據采集程序中，向串口寫入命令，串口讀取函數得到一串數字，利用子字符串函數將各值分離出來，通過數值運算和數據類型轉換后，調用連接字符串函數，將各數據進行組合發送至存儲文件。數據采集儀擁有多個通道，采用層疊式順序結構，利用8個連續幀實現8個通道的數據采集功能。

為組合兩部分數據采集程序，實現露點儀和數采儀的聯合采集與控制，在順序結構的最前面添加一幀用于執行露點儀數據采集程序，同時添加一個獲取時間字符串函數。最后，添加一個While循環結構，利用等待下一個整數倍毫秒函數與循環條件，實現系統周期循環采集功能。各數據結果輸出端口連接一數據類型控件，采集到的數據便可被實時顯示在前面板上。

由于儀器響應需要一段時間，在程序調式過程中，可能出現高亮運行正常，非高亮狀態采不到數據的情況，只需在串口字節數前添加一個時間延遲函數即可。

2.3 數據存儲

LabVIEW提供的文件I/O函數是一組功能較強的文件處理工具。文件I/O操作大都包括三個基本步驟：打開一個已有文件或者新建一個文件；對文件進行讀寫；關閉文件。本系統利用LabVIEW軟件提供的寫文件函數和讀文件函數編寫通用的數據文本保存功能模塊。

由于寫文本文件操作的對象是以字符串形式存儲的數據，因而在將數據存儲到文本文件前要先將數據轉換為字符串，并按需要對數據格式進行配置，然后由連接字符串函數輸出端直接連接至寫函數的字符串端口。實現通過文件瀏覽按鈕選擇已有文件或新建文件，需將順序結構第1～8幀中的文件保存路徑用局部變量表示，局部變量選擇第0幀的文件保存路徑，在前面板給文件保存路徑設一個默認值。文件輸出結果可直接導入Excel進行數據結果處理。

2.4 參數設置

4 結 語

研制自動采集存儲系統，首先是熟悉任務及其特點；第二步要選擇合適的數據采集設備；第三步是選擇合適的軟件開發平臺，軟件程序是整個系統的核心。

為保證數據采集儀中ADAM?4017模塊的準確度，每隔一定時間，需對數據采集儀進行周期測試與校準。系統經過實驗測試，運行狀態穩定，能良好解決傳統校準方法中人工操作帶來的記錄不便，讀數不同步等問題，從而有效提高校準工作效率。

參考文獻

[1] 國家質量監督檢疫總局.JJG1076?2001濕度傳感器校準規范[S].北京：國家質量監督檢疫總局，2011.

[2] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 王國峰，鄒廣平.利用LabVIEW實現試驗數據自動采集與處理[J].黑龍江工程學院學報：自然科學版，2008，22（2）：125?128.

[4] 陳樹學，劉宣.LabVIEW 寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[5] 薛源，劉衛東.一種多通道實時數據采集監控系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2011（4）：92?94.

[6] 蔡禮權.水泵開式臺性能自動測試系統硬件采集模塊的設計及裝置選型[J].陜西科技大學學報：自然科學版，2011（2）：56?58.

[7] 張麗.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式數據采集監控系統的設計[J].微計算機應用，2007（4）：135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虛擬儀器數據采集與串口通信測控應用實戰[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[9] 蔡暢，戚文軍.數據采集系統設計[J].現代電子技術，2012，35（1）：89?91.

[10] 喬愛民，胡偉全，張燕，等.高精度傳感器測試系統實現[J].工業儀表與自動化裝置，2009（1）：96?98.

摘 要： 針對傳統溫濕度傳感器校準過程中，人工讀數不便、容易引入誤差等問題，以虛擬儀器開發軟件LabVIEW 8.5為平臺，結合自行設計的數據采集儀及濕度標準裝置，構建了一套自動采集存儲系統。系統通過界面參數設置實現多個被校件輸出信號的A/D轉換與顯示，并同時采集存儲標準示值與多個被校件示值。

關鍵詞：溫濕度傳感器； 校準； 自動采集； RS 232信號

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0121?03

0 引 言

隨著工程技術的發展，溫、濕度測量在各個領域的應用越來越頻繁，一體化的溫濕度傳感器已成為普遍使用的溫、濕度測量設備。為確保傳感器的測量準確度，需要對新出廠或使用中的傳感器進行定期校準。在傳統校準過程中，傳感器輸出信號由3位半數字多用表顯示，標準輸出由精密露點儀面板顯示。一般在量程范圍內要求做多個點，每個點每隔固定時間記錄一組數據。針對多個傳感器一起校準時，要求標準與被校件進行同時讀數與記錄，由于人工讀數與操作很難保證同時性，極易引入誤差，因此設計了一套基于LabVIEW的溫濕度傳感器校準自動采集記錄系統。

1 系統組成及原理

自動采集記錄系統主要由數據采集儀、精密露點儀、計算機及軟件程序等組成。其中數據采集儀的核心為智能模塊ADAM?4017，共有8個通道，精度達0.1%，可將前端傳感器的電流模擬量轉換為0～20 mA的數字信號在RS 485總線上傳輸，由RS 232/485頭轉換為RS 232信號與計算機串口通信。數據采集儀中智能模塊的數量可通過總線方式進行擴展，從而增加通道數。由于精密露點儀無地址編碼，只有一個RS 232接口，計算機需單獨利用一個串口與其相連。針對一般計算機只有一個串口的問題，可安裝多串口卡。

校準過程中，計算機通過軟件程序實現對所有被校溫濕度傳感器、精密露點儀輸出信號的自動采集與存儲。系統組成示意圖如圖1所示。

2 軟件實現

LabVIEW作為第一個借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設計系統，它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，被視為一個標準的數據采集儀器和儀器控制軟件。本系統軟件基于LabVIEW開發平臺編寫，大致分為串口通信、參數設置、數據采集及數據存儲幾個部分。軟件流程示意圖如圖2所示。

2.1 串口通信

本系統采用LabVIEW儀器通信功能模塊中的標準串口通信函數實現通信，具體有串口寫節點、串口讀節點、串口關閉節點、返回串口輸入緩存中存在的數據字節數等函數分別實現串口設置、串口寫、串口讀、檢測緩存以及關閉串口等功能。串口寫函數為向指定的儀器或接口寫入命令，串口讀函數為從儀器中讀取與寫入命令相應的信息。當發送的是參數配置命令時，將新配置的參數返回；當發送到是讀取數據命令時，將相應采集模塊相應通道的數據返回。系統所用指令見表1所示。

在此，要注意串口設置中波特率、數據位、奇偶校驗位、停止位的一致性，特別是資源名稱類的正確選擇。

2.2 數據采集

數據采集主要通過使用VISA Write和VISA Read兩個函數來完成，一般只需要了解相應的命令就可以對儀器進行參數設置，數據讀取，不需要理會底層的東西。

露點儀數據采集程序中，向串口寫入命令，串口讀取函數得到一串數字，利用子字符串函數將各值分離出來，通過數值運算和數據類型轉換后，調用連接字符串函數，將各數據進行組合發送至存儲文件。數據采集儀擁有多個通道，采用層疊式順序結構，利用8個連續幀實現8個通道的數據采集功能。

為組合兩部分數據采集程序，實現露點儀和數采儀的聯合采集與控制，在順序結構的最前面添加一幀用于執行露點儀數據采集程序，同時添加一個獲取時間字符串函數。最后，添加一個While循環結構，利用等待下一個整數倍毫秒函數與循環條件，實現系統周期循環采集功能。各數據結果輸出端口連接一數據類型控件，采集到的數據便可被實時顯示在前面板上。

由于儀器響應需要一段時間，在程序調式過程中，可能出現高亮運行正常，非高亮狀態采不到數據的情況，只需在串口字節數前添加一個時間延遲函數即可。

2.3 數據存儲

LabVIEW提供的文件I/O函數是一組功能較強的文件處理工具。文件I/O操作大都包括三個基本步驟：打開一個已有文件或者新建一個文件；對文件進行讀寫；關閉文件。本系統利用LabVIEW軟件提供的寫文件函數和讀文件函數編寫通用的數據文本保存功能模塊。

由于寫文本文件操作的對象是以字符串形式存儲的數據，因而在將數據存儲到文本文件前要先將數據轉換為字符串，并按需要對數據格式進行配置，然后由連接字符串函數輸出端直接連接至寫函數的字符串端口。實現通過文件瀏覽按鈕選擇已有文件或新建文件，需將順序結構第1～8幀中的文件保存路徑用局部變量表示，局部變量選擇第0幀的文件保存路徑，在前面板給文件保存路徑設一個默認值。文件輸出結果可直接導入Excel進行數據結果處理。

2.4 參數設置

4 結 語

研制自動采集存儲系統，首先是熟悉任務及其特點；第二步要選擇合適的數據采集設備；第三步是選擇合適的軟件開發平臺，軟件程序是整個系統的核心。

為保證數據采集儀中ADAM?4017模塊的準確度，每隔一定時間，需對數據采集儀進行周期測試與校準。系統經過實驗測試，運行狀態穩定，能良好解決傳統校準方法中人工操作帶來的記錄不便，讀數不同步等問題，從而有效提高校準工作效率。

參考文獻

[1] 國家質量監督檢疫總局.JJG1076?2001濕度傳感器校準規范[S].北京：國家質量監督檢疫總局，2011.

[2] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 王國峰，鄒廣平.利用LabVIEW實現試驗數據自動采集與處理[J].黑龍江工程學院學報：自然科學版，2008，22（2）：125?128.

[4] 陳樹學，劉宣.LabVIEW 寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[5] 薛源，劉衛東.一種多通道實時數據采集監控系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2011（4）：92?94.

[6] 蔡禮權.水泵開式臺性能自動測試系統硬件采集模塊的設計及裝置選型[J].陜西科技大學學報：自然科學版，2011（2）：56?58.

[7] 張麗.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式數據采集監控系統的設計[J].微計算機應用，2007（4）：135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虛擬儀器數據采集與串口通信測控應用實戰[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[9] 蔡暢，戚文軍.數據采集系統設計[J].現代電子技術，2012，35（1）：89?91.

[10] 喬愛民，胡偉全，張燕，等.高精度傳感器測試系統實現[J].工業儀表與自動化裝置，2009（1）：96?98.

摘 要： 針對傳統溫濕度傳感器校準過程中，人工讀數不便、容易引入誤差等問題，以虛擬儀器開發軟件LabVIEW 8.5為平臺，結合自行設計的數據采集儀及濕度標準裝置，構建了一套自動采集存儲系統。系統通過界面參數設置實現多個被校件輸出信號的A/D轉換與顯示，并同時采集存儲標準示值與多個被校件示值。

關鍵詞：溫濕度傳感器； 校準； 自動采集； RS 232信號

中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）05?0121?03

0 引 言

隨著工程技術的發展，溫、濕度測量在各個領域的應用越來越頻繁，一體化的溫濕度傳感器已成為普遍使用的溫、濕度測量設備。為確保傳感器的測量準確度，需要對新出廠或使用中的傳感器進行定期校準。在傳統校準過程中，傳感器輸出信號由3位半數字多用表顯示，標準輸出由精密露點儀面板顯示。一般在量程范圍內要求做多個點，每個點每隔固定時間記錄一組數據。針對多個傳感器一起校準時，要求標準與被校件進行同時讀數與記錄，由于人工讀數與操作很難保證同時性，極易引入誤差，因此設計了一套基于LabVIEW的溫濕度傳感器校準自動采集記錄系統。

1 系統組成及原理

自動采集記錄系統主要由數據采集儀、精密露點儀、計算機及軟件程序等組成。其中數據采集儀的核心為智能模塊ADAM?4017，共有8個通道，精度達0.1%，可將前端傳感器的電流模擬量轉換為0～20 mA的數字信號在RS 485總線上傳輸，由RS 232/485頭轉換為RS 232信號與計算機串口通信。數據采集儀中智能模塊的數量可通過總線方式進行擴展，從而增加通道數。由于精密露點儀無地址編碼，只有一個RS 232接口，計算機需單獨利用一個串口與其相連。針對一般計算機只有一個串口的問題，可安裝多串口卡。

校準過程中，計算機通過軟件程序實現對所有被校溫濕度傳感器、精密露點儀輸出信號的自動采集與存儲。系統組成示意圖如圖1所示。

2 軟件實現

LabVIEW作為第一個借助于虛擬面板用戶界面和方框圖建立虛擬儀器的圖形程序設計系統，它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，被視為一個標準的數據采集儀器和儀器控制軟件。本系統軟件基于LabVIEW開發平臺編寫，大致分為串口通信、參數設置、數據采集及數據存儲幾個部分。軟件流程示意圖如圖2所示。

2.1 串口通信

本系統采用LabVIEW儀器通信功能模塊中的標準串口通信函數實現通信，具體有串口寫節點、串口讀節點、串口關閉節點、返回串口輸入緩存中存在的數據字節數等函數分別實現串口設置、串口寫、串口讀、檢測緩存以及關閉串口等功能。串口寫函數為向指定的儀器或接口寫入命令，串口讀函數為從儀器中讀取與寫入命令相應的信息。當發送的是參數配置命令時，將新配置的參數返回；當發送到是讀取數據命令時，將相應采集模塊相應通道的數據返回。系統所用指令見表1所示。

在此，要注意串口設置中波特率、數據位、奇偶校驗位、停止位的一致性，特別是資源名稱類的正確選擇。

2.2 數據采集

數據采集主要通過使用VISA Write和VISA Read兩個函數來完成，一般只需要了解相應的命令就可以對儀器進行參數設置，數據讀取，不需要理會底層的東西。

露點儀數據采集程序中，向串口寫入命令，串口讀取函數得到一串數字，利用子字符串函數將各值分離出來，通過數值運算和數據類型轉換后，調用連接字符串函數，將各數據進行組合發送至存儲文件。數據采集儀擁有多個通道，采用層疊式順序結構，利用8個連續幀實現8個通道的數據采集功能。

為組合兩部分數據采集程序，實現露點儀和數采儀的聯合采集與控制，在順序結構的最前面添加一幀用于執行露點儀數據采集程序，同時添加一個獲取時間字符串函數。最后，添加一個While循環結構，利用等待下一個整數倍毫秒函數與循環條件，實現系統周期循環采集功能。各數據結果輸出端口連接一數據類型控件，采集到的數據便可被實時顯示在前面板上。

由于儀器響應需要一段時間，在程序調式過程中，可能出現高亮運行正常，非高亮狀態采不到數據的情況，只需在串口字節數前添加一個時間延遲函數即可。

2.3 數據存儲

LabVIEW提供的文件I/O函數是一組功能較強的文件處理工具。文件I/O操作大都包括三個基本步驟：打開一個已有文件或者新建一個文件；對文件進行讀寫；關閉文件。本系統利用LabVIEW軟件提供的寫文件函數和讀文件函數編寫通用的數據文本保存功能模塊。

由于寫文本文件操作的對象是以字符串形式存儲的數據，因而在將數據存儲到文本文件前要先將數據轉換為字符串，并按需要對數據格式進行配置，然后由連接字符串函數輸出端直接連接至寫函數的字符串端口。實現通過文件瀏覽按鈕選擇已有文件或新建文件，需將順序結構第1～8幀中的文件保存路徑用局部變量表示，局部變量選擇第0幀的文件保存路徑，在前面板給文件保存路徑設一個默認值。文件輸出結果可直接導入Excel進行數據結果處理。

2.4 參數設置

4 結 語

研制自動采集存儲系統，首先是熟悉任務及其特點；第二步要選擇合適的數據采集設備；第三步是選擇合適的軟件開發平臺，軟件程序是整個系統的核心。

為保證數據采集儀中ADAM?4017模塊的準確度，每隔一定時間，需對數據采集儀進行周期測試與校準。系統經過實驗測試，運行狀態穩定，能良好解決傳統校準方法中人工操作帶來的記錄不便，讀數不同步等問題，從而有效提高校準工作效率。

參考文獻

[1] 國家質量監督檢疫總局.JJG1076?2001濕度傳感器校準規范[S].北京：國家質量監督檢疫總局，2011.

[2] 王磊，陶梅.精通LabVIEW 8.X[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 王國峰，鄒廣平.利用LabVIEW實現試驗數據自動采集與處理[J].黑龍江工程學院學報：自然科學版，2008，22（2）：125?128.

[4] 陳樹學，劉宣.LabVIEW 寶典[M].北京：電子工業出版社，2011.

[5] 薛源，劉衛東.一種多通道實時數據采集監控系統設計與實現[J].計算機測量與控制，2011（4）：92?94.

[6] 蔡禮權.水泵開式臺性能自動測試系統硬件采集模塊的設計及裝置選型[J].陜西科技大學學報：自然科學版，2011（2）：56?58.

[7] 張麗.基于LabVIEW和ADAM?5000分布式數據采集監控系統的設計[J].微計算機應用，2007（4）：135?137.

[8] 李江全.LabVIEW虛擬儀器數據采集與串口通信測控應用實戰[M].北京：人民郵電出版社，2010.

[9] 蔡暢，戚文軍.數據采集系統設計[J].現代電子技術，2012，35（1）：89?91.

[10] 喬愛民，胡偉全，張燕，等.高精度傳感器測試系統實現[J].工業儀表與自動化裝置，2009（1）：96?98.