虛擬儀器技術在濕度測控中的應用

姜明　高興花　崔傳文

摘 要 以烤煙房中的濕度環境為測控對象，設計了一個濕度測控系統，包含硬件和軟件兩個部分，硬件系統包括濕度采集模塊、濕度信號調理部分以及濕度控制模塊。軟件系統采用labview8.6進行設計，包括濕度信號的采集和濕度控制兩個模塊。經測試，有效的解決的烤煙過程中的濕度的測量與控制這個難點問題。

關鍵詞 虛擬儀器 濕度 測控

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A

眾所周知，煙葉是一種重要的經濟作物，對提高農民收入，增加政府稅收有著重要的作用，因此研制先進的烘烤設備控制煙葉烘烤的溫濕度環境，讓烤煙的溫濕度環境與烘烤工藝參數要求相符合，這對提高烤煙質量有重要作用。本文根據烤煙對濕度測控的需求設計了一個基于虛擬儀器的濕度測控系統。

1濕度測控系統構建思路

煙葉在烘烤的過程中會產生水分，令烤房內的濕度變大，故系統通過步進電機這個執行機構來控制排風門的開關方向及開度，進而控制排出的濕氣量而達到工藝要求。該設計分為硬件與軟件兩大部分，以個人計算機為硬件平臺，配合數據采集卡、傳感器、信號調理電路完成硬件配置，采用當前最為流行的LabVIEW8.6為軟件開發平臺。

2系統硬件設計

該烤煙測控系統硬件由三部分組成：濕度采集模塊、濕度信號調理模塊和濕度控制模塊。

2.1濕度采集模塊

濕度采集模塊即為濕度傳感器，本模塊用包著蘸水紗布的熱敏電阻作為傳感器，來測量裝煙室內水汽的溫度，根據干濕球溫度計原理和干球溫度與濕球溫度關系，即可采集到環境的濕度信號。

干濕球溫度計是利用水蒸發時要吸熱降溫，而蒸發的快慢（降溫的多少）和當時空氣中的相對濕度有關這一原理制造而成的，其構造是用兩個溫度計，一個在玻璃球底部用白紗布包好，將紗布的另一端浸在水槽里，毛細作用使紗布經常保持潮濕，此為濕球。另一個未用紗布包裹裸露在空氣中的溫度計，謂之干球（干球表示環境溫度），如果空氣中的水蒸氣沒有飽和，濕球的表面不斷地蒸發水汽，并吸收汽化熱。因此濕球所表示的溫度都比干球要低。空氣越干燥（濕度越低），蒸發越快，不斷的吸收汽化熱，使濕球所示的溫度降低，而與干球間的溫差增大。相反，當空氣中的水蒸氣呈飽和狀態時，水份便不再蒸發，也不吸汽化熱，濕球和干球所示的溫度，即會相等。我們可以通過干濕溫度計的差值及當前溫度，查出現在的濕度。

本系統則是利用這一原理逆向推理，通過烘烤工藝所要求的濕度參數來推出所要求的水的溫度，通過控制烤房內水的溫度（濕溫）進而達到控制烤房中相對濕度的目的。

2.2濕度信號調理模塊

信號調理部分由數據采集卡和信號調理電路組成。

（1）數據采集卡：有效地將外部硬件設備與計算機相連。

采集卡參數要求為：

①輸出輸入范圍：0～5v模擬輸入輸出

②采樣周期：2秒/次

③4路模擬輸入；

（2）信號調理電路：將熱敏電阻輸出的微小電壓轉換成數據采集卡可識別的0～+5V的信號。

該電路的特點是：差動輸入端分別是兩個運放的同相輸入端，因此有很高的輸入阻抗。

2.3濕度控制模塊

采集到的濕度信號經調理和A/D轉換后送到濕度控制程序后，將濕度控制輸出量由采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口輸出給步進電機，從而控制濕度。

濕度控制是通過控制裝煙房墻壁上的排風門開度實現的，根據濕度與設定值的差值來設定排風門開度的大小，排風門的控制采用步進電機，根據歷來現場的實際操作經驗，濕溫每超出設定值0.5癈，排風門的開度增大18度，當濕溫低于設定值0.5癈，排風門的開度減小18度。排風門最大開啟90度，最小為0度。當濕溫高于設定值2.5癈，排風門將保持在90度不變，當濕溫低于設定值的2.5癈時，則關閉排風門即0度不變，直到符合設定濕溫指標為止。

系統選用四相四拍，步距角為1.8度的步進電機。正反轉控制通過改變步進電機的通電順序來改變其轉向，當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA-AB時為正轉，通電時序為DA-CD-BC-AB-DA時為反轉。

驅動步進電機采用的是恒壓恒流橋式驅動芯片L298N。按照濕度環境條件，對采集卡的IO0，IO1，IO2，IO3口輸出口進行信號的輸出控制。

3軟件設計

軟件設計分為濕度信號的采集和濕度控制兩個模塊。

數據采集模塊完成對數據采集卡的驅動以及各項參數設置，如通道設置、增益、讀寫狀態等。實現方法是在LabVIEW界面下調用采集卡提供的AIsimple函數，通過采集卡AI0，AI1，AI2，AI3四個通道同時對濕度信號進行采集。之后連接解析簇函數unbundle函數解析出一維電壓值數組，再由索引數組函數IndexArray給函數四個索引端口連接索引值，element參數輸出該索引值對應的電壓值。最后經過濕度四路求平均，求出傳感器采集的烤房內的濕度電壓值，經過換算得出濕度值。

由于數據采集卡輸出的是濕度對應的電壓，因此要把濕度設定值T在與采集的電壓量比較之前應該將其轉化為對應的電壓量。經過仿真，該系統克服了控濕的煩瑣操作和夜間觀察調節的諸多不便，大大降低了烘烤勞動強度，有效提高上等煙比例，有利于烤煙烘烤質量的穩定和提高。在煙葉生產中具有廣闊的推廣應用前景。

參考文獻

[1] 郭陽明.基于虛擬儀器的溫濕度測量系統設計與實現[J].中國測試技術，2008，5（3）：302-305.

[2] 趙一丁.自動控制系統（第2版）[M].北京郵電大學出版社，2007.