虛擬儀器和PIC單片機在儲水式電熱水器測溫中的應用

黃智

摘 要：針對在儲水式電熱水器測溫中基于普通單片機和C語言的測試方法存在編程復雜、采集速度慢、精度偏低和無法在計算機中同步顯示等問題，提出了基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的多路溫度測量方法。該方法與其他測試方法相比，具有可靠性高、操作簡單、精度高等優點，非常適合應用于儲水式電熱水器多路溫度數據的采集和處理中。

關鍵詞：電熱水器測溫；多路溫度信號；PIC單片機；LabVIEW虛擬儀器軟件

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0043-02

電熱水器作為直接使用電能加熱提供熱水的家用電器，因其具有便于安裝、使用方便、安全等特點，在國內已被廣泛應用。電熱水器性能的提高和改善也受到了各家電企業的關注。

本文以儲水式電熱水器為重點研究對象。在電熱水器的性能測試中，對其各部分溫度信號的測量是尤為關鍵和重要的。所以，本文介紹的技術主要是應用于電熱水器性能測試中對溫度信號的采集和測量的，并通過采集的溫度數據來有效控制出水溫度，提高沐浴的舒適度。

在國內，許多家電企業都開發了基于低速單片機與計算機編程軟件（比如VC++）的數據采集測試系統，并逐漸將其應用于電熱水器溫度信號采集測試中。在早期，該測試方法有成本較低、實現簡單等特點，但是隨著科技的進步，該測試方法也暴露出采集速度慢、編程復雜、精度低、上位機顯示差等缺點，不能完全滿足現在對電熱水器多路溫度數據采集處理的要求。

針對電熱水器溫度測量中基于低速單片機和VC++的溫度信號檢測方法存在編程復雜、采集速度慢、精度低和顯示效果差等問題，提出了基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的電熱水器溫度信號的測量方法。

1 虛擬儀器軟件LabVIEW和PIC單片機

1.1 虛擬儀器軟件LabVIEW

虛擬儀器技術是當今計算機輔助測試領域一項重要的技術，它是隨著軍用測量技術的發展而衍生出來的。虛擬儀器的核心思想就是利用計算機豐富的系統資源和高速處理能力，將硬件設備完成的測試功能用軟件方法實現。

LabVIEW 軟件已經從最初簡單的數據采集和儀器控制的工具發展成科技人員用來設計、發布虛擬儀器軟件的圖形化平臺，成為了測試、測量和控制行業的標準軟件平臺。

1.2 PIC單片機

PIC系列產品具有指令集精簡、代碼壓縮率高、功耗低、驅動能力強、運行速度快等特點。基于這些優勢，使PIC系列單片機在多路數據采集測試中被廣泛應用。

在PIC系列單片機中，8位單片機憑借其功能完善、性價比高、兼容性好的優勢，被廣泛應用于汽車、家電等領域。本文主要介紹的就是PIC16F883型號的8位單片機。該單片機有4 K的程序存儲器，512字節的數據存儲器，10位A/D的轉換精度，同時，有多達11路的模擬信號輸入通道，高達20 MHz的時鐘頻率，非常適合對多路模擬信號的采集和處理。

2 基于LabVIEW和PIC的信號采集與處理

基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的溫度信號測量原理框圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，通過布置在電熱水器對應位置的溫度傳感器（熱敏電阻）獲得了初始數據后，依靠LabVIEW編寫的采集顯示程序加上配套的PIC高速數據采集模塊，對初始數據進行高速采集并加以保存。

2.1 多路溫度信號的LabVIEW采集

溫度信號屬于快速連續變化的信號，在傳統的電熱水器溫度測試中，常常利用低速微芯片（單片機）系統來實現多路變化溫度信號的采集。但由于該類型的芯片響應速度慢、多線程處理能力不足，可能會出現信號漏采、誤采等問題。

圖2為利用LabVIEW軟件與PIC16F883單片機配合實現多路溫度信號采集原理圖。

從圖2中可以看出，當設置在電熱水器內膽上的多個溫度傳感器探測到溫度變化時，通過信號線把溫度信號1、溫度信號2直到溫度信號n傳輸到PIC芯片中進行信號的采集和初步處理，并把轉換后的數據存入數據緩沖區中，等待上位機的讀取。

2.2 多路溫度信號的LabVIEW處理

利用新型的LabVIEW虛擬儀器軟件可以最大程度地發揮虛擬儀器的優勢，在編程處理上完全脫離了燒寫微芯片程序過程煩瑣、程序編寫復雜的問題，同時，配合PIC高速單片機芯片可以很精確地取得多路溫度信號數據，以此來提高測量的精度。

本文介紹的測試處理方法是基于G語言的LabVIEW來編寫的。該軟件不僅編程簡單、人機界面友好，還易于實時修改，非常適合應用于當前多路溫度測試系統中。

2.3 LabVIEW軟件處理

LabVIEW軟件程序主要是讀取采集到的多路溫度信號，并在相應窗口中顯示，按實際需求對信號進行比較處理。這樣就實現了對電熱水器內膽上各點溫度信號的采集顯示和處理。

3 溫度采集處理

當把LabVIEW虛擬儀器技術應用于多路溫度信號測量系統中時，完全可以構建出新型的電熱水器多路溫度信號測量系統。在能效測試實驗中，使用構建的新系統對電熱水器內膽上的各點進行溫度測試，并通過LabVIEW編寫的軟件采集和處理數據，得到多路溫度數據曲線，并通過各個曲線得到相應的最高和最低溫度點。

由此可以看出，基于LabVIEW虛擬儀器軟件技術構建的新系統，實現了對多路溫度信號的采集和處理，獲得了相應的實驗數據，用PIC單片機內置的10位高精度A/D精確采集出多路溫度信號，并通過串口通訊顯示和保存了采集到的溫度信號。很明顯，在同時滿足采樣率快、精度高和編程簡易的基礎上，新方法構建的系統具有很大的優勢。

4 結論

實驗表明，基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機的測量方法與其他測試方法相比，具有可靠性高、操作簡單，精度高等優點，非常適合應用于電熱水器測溫系統中，充分體現了LabVIEW虛擬儀器技術和PIC高速單片機處理技術在多路溫度信號測量中的優越性。將這些技術應用于電熱水器內膽上多路溫度信號的測試中，對提高家電測試的效率、精確度和操作性發揮重要的作用。隨著虛擬儀器技術和PIC單片機處理技術的進一步發展，該方法將會不斷得到完善和擴充，進而被應用于更多的測試系統中，發揮出巨大的作用。

參考文獻

[1]高聰杰，李松巖，徐赫.基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統[J].微計算機信息，2008（19），135-136.

[2]陳錫輝.LabVIEW8.20程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2007.

〔編輯：白潔〕

摘 要：針對在儲水式電熱水器測溫中基于普通單片機和C語言的測試方法存在編程復雜、采集速度慢、精度偏低和無法在計算機中同步顯示等問題，提出了基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的多路溫度測量方法。該方法與其他測試方法相比，具有可靠性高、操作簡單、精度高等優點，非常適合應用于儲水式電熱水器多路溫度數據的采集和處理中。

關鍵詞：電熱水器測溫；多路溫度信號；PIC單片機；LabVIEW虛擬儀器軟件

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0043-02

電熱水器作為直接使用電能加熱提供熱水的家用電器，因其具有便于安裝、使用方便、安全等特點，在國內已被廣泛應用。電熱水器性能的提高和改善也受到了各家電企業的關注。

本文以儲水式電熱水器為重點研究對象。在電熱水器的性能測試中，對其各部分溫度信號的測量是尤為關鍵和重要的。所以，本文介紹的技術主要是應用于電熱水器性能測試中對溫度信號的采集和測量的，并通過采集的溫度數據來有效控制出水溫度，提高沐浴的舒適度。

在國內，許多家電企業都開發了基于低速單片機與計算機編程軟件（比如VC++）的數據采集測試系統，并逐漸將其應用于電熱水器溫度信號采集測試中。在早期，該測試方法有成本較低、實現簡單等特點，但是隨著科技的進步，該測試方法也暴露出采集速度慢、編程復雜、精度低、上位機顯示差等缺點，不能完全滿足現在對電熱水器多路溫度數據采集處理的要求。

針對電熱水器溫度測量中基于低速單片機和VC++的溫度信號檢測方法存在編程復雜、采集速度慢、精度低和顯示效果差等問題，提出了基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的電熱水器溫度信號的測量方法。

1 虛擬儀器軟件LabVIEW和PIC單片機

1.1 虛擬儀器軟件LabVIEW

虛擬儀器技術是當今計算機輔助測試領域一項重要的技術，它是隨著軍用測量技術的發展而衍生出來的。虛擬儀器的核心思想就是利用計算機豐富的系統資源和高速處理能力，將硬件設備完成的測試功能用軟件方法實現。

LabVIEW 軟件已經從最初簡單的數據采集和儀器控制的工具發展成科技人員用來設計、發布虛擬儀器軟件的圖形化平臺，成為了測試、測量和控制行業的標準軟件平臺。

1.2 PIC單片機

PIC系列產品具有指令集精簡、代碼壓縮率高、功耗低、驅動能力強、運行速度快等特點。基于這些優勢，使PIC系列單片機在多路數據采集測試中被廣泛應用。

在PIC系列單片機中，8位單片機憑借其功能完善、性價比高、兼容性好的優勢，被廣泛應用于汽車、家電等領域。本文主要介紹的就是PIC16F883型號的8位單片機。該單片機有4 K的程序存儲器，512字節的數據存儲器，10位A/D的轉換精度，同時，有多達11路的模擬信號輸入通道，高達20 MHz的時鐘頻率，非常適合對多路模擬信號的采集和處理。

2 基于LabVIEW和PIC的信號采集與處理

基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的溫度信號測量原理框圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，通過布置在電熱水器對應位置的溫度傳感器（熱敏電阻）獲得了初始數據后，依靠LabVIEW編寫的采集顯示程序加上配套的PIC高速數據采集模塊，對初始數據進行高速采集并加以保存。

2.1 多路溫度信號的LabVIEW采集

溫度信號屬于快速連續變化的信號，在傳統的電熱水器溫度測試中，常常利用低速微芯片（單片機）系統來實現多路變化溫度信號的采集。但由于該類型的芯片響應速度慢、多線程處理能力不足，可能會出現信號漏采、誤采等問題。

圖2為利用LabVIEW軟件與PIC16F883單片機配合實現多路溫度信號采集原理圖。

從圖2中可以看出，當設置在電熱水器內膽上的多個溫度傳感器探測到溫度變化時，通過信號線把溫度信號1、溫度信號2直到溫度信號n傳輸到PIC芯片中進行信號的采集和初步處理，并把轉換后的數據存入數據緩沖區中，等待上位機的讀取。

2.2 多路溫度信號的LabVIEW處理

利用新型的LabVIEW虛擬儀器軟件可以最大程度地發揮虛擬儀器的優勢，在編程處理上完全脫離了燒寫微芯片程序過程煩瑣、程序編寫復雜的問題，同時，配合PIC高速單片機芯片可以很精確地取得多路溫度信號數據，以此來提高測量的精度。

本文介紹的測試處理方法是基于G語言的LabVIEW來編寫的。該軟件不僅編程簡單、人機界面友好，還易于實時修改，非常適合應用于當前多路溫度測試系統中。

2.3 LabVIEW軟件處理

LabVIEW軟件程序主要是讀取采集到的多路溫度信號，并在相應窗口中顯示，按實際需求對信號進行比較處理。這樣就實現了對電熱水器內膽上各點溫度信號的采集顯示和處理。

3 溫度采集處理

當把LabVIEW虛擬儀器技術應用于多路溫度信號測量系統中時，完全可以構建出新型的電熱水器多路溫度信號測量系統。在能效測試實驗中，使用構建的新系統對電熱水器內膽上的各點進行溫度測試，并通過LabVIEW編寫的軟件采集和處理數據，得到多路溫度數據曲線，并通過各個曲線得到相應的最高和最低溫度點。

由此可以看出，基于LabVIEW虛擬儀器軟件技術構建的新系統，實現了對多路溫度信號的采集和處理，獲得了相應的實驗數據，用PIC單片機內置的10位高精度A/D精確采集出多路溫度信號，并通過串口通訊顯示和保存了采集到的溫度信號。很明顯，在同時滿足采樣率快、精度高和編程簡易的基礎上，新方法構建的系統具有很大的優勢。

4 結論

實驗表明，基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機的測量方法與其他測試方法相比，具有可靠性高、操作簡單，精度高等優點，非常適合應用于電熱水器測溫系統中，充分體現了LabVIEW虛擬儀器技術和PIC高速單片機處理技術在多路溫度信號測量中的優越性。將這些技術應用于電熱水器內膽上多路溫度信號的測試中，對提高家電測試的效率、精確度和操作性發揮重要的作用。隨著虛擬儀器技術和PIC單片機處理技術的進一步發展，該方法將會不斷得到完善和擴充，進而被應用于更多的測試系統中，發揮出巨大的作用。

參考文獻

[1]高聰杰，李松巖，徐赫.基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統[J].微計算機信息，2008（19），135-136.

[2]陳錫輝.LabVIEW8.20程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2007.

〔編輯：白潔〕

摘 要：針對在儲水式電熱水器測溫中基于普通單片機和C語言的測試方法存在編程復雜、采集速度慢、精度偏低和無法在計算機中同步顯示等問題，提出了基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的多路溫度測量方法。該方法與其他測試方法相比，具有可靠性高、操作簡單、精度高等優點，非常適合應用于儲水式電熱水器多路溫度數據的采集和處理中。

關鍵詞：電熱水器測溫；多路溫度信號；PIC單片機；LabVIEW虛擬儀器軟件

中圖分類號：TP274+.2 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）07-0043-02

電熱水器作為直接使用電能加熱提供熱水的家用電器，因其具有便于安裝、使用方便、安全等特點，在國內已被廣泛應用。電熱水器性能的提高和改善也受到了各家電企業的關注。

本文以儲水式電熱水器為重點研究對象。在電熱水器的性能測試中，對其各部分溫度信號的測量是尤為關鍵和重要的。所以，本文介紹的技術主要是應用于電熱水器性能測試中對溫度信號的采集和測量的，并通過采集的溫度數據來有效控制出水溫度，提高沐浴的舒適度。

在國內，許多家電企業都開發了基于低速單片機與計算機編程軟件（比如VC++）的數據采集測試系統，并逐漸將其應用于電熱水器溫度信號采集測試中。在早期，該測試方法有成本較低、實現簡單等特點，但是隨著科技的進步，該測試方法也暴露出采集速度慢、編程復雜、精度低、上位機顯示差等缺點，不能完全滿足現在對電熱水器多路溫度數據采集處理的要求。

針對電熱水器溫度測量中基于低速單片機和VC++的溫度信號檢測方法存在編程復雜、采集速度慢、精度低和顯示效果差等問題，提出了基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的電熱水器溫度信號的測量方法。

1 虛擬儀器軟件LabVIEW和PIC單片機

1.1 虛擬儀器軟件LabVIEW

虛擬儀器技術是當今計算機輔助測試領域一項重要的技術，它是隨著軍用測量技術的發展而衍生出來的。虛擬儀器的核心思想就是利用計算機豐富的系統資源和高速處理能力，將硬件設備完成的測試功能用軟件方法實現。

LabVIEW 軟件已經從最初簡單的數據采集和儀器控制的工具發展成科技人員用來設計、發布虛擬儀器軟件的圖形化平臺，成為了測試、測量和控制行業的標準軟件平臺。

1.2 PIC單片機

PIC系列產品具有指令集精簡、代碼壓縮率高、功耗低、驅動能力強、運行速度快等特點。基于這些優勢，使PIC系列單片機在多路數據采集測試中被廣泛應用。

在PIC系列單片機中，8位單片機憑借其功能完善、性價比高、兼容性好的優勢，被廣泛應用于汽車、家電等領域。本文主要介紹的就是PIC16F883型號的8位單片機。該單片機有4 K的程序存儲器，512字節的數據存儲器，10位A/D的轉換精度，同時，有多達11路的模擬信號輸入通道，高達20 MHz的時鐘頻率，非常適合對多路模擬信號的采集和處理。

2 基于LabVIEW和PIC的信號采集與處理

基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機技術的溫度信號測量原理框圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，通過布置在電熱水器對應位置的溫度傳感器（熱敏電阻）獲得了初始數據后，依靠LabVIEW編寫的采集顯示程序加上配套的PIC高速數據采集模塊，對初始數據進行高速采集并加以保存。

2.1 多路溫度信號的LabVIEW采集

溫度信號屬于快速連續變化的信號，在傳統的電熱水器溫度測試中，常常利用低速微芯片（單片機）系統來實現多路變化溫度信號的采集。但由于該類型的芯片響應速度慢、多線程處理能力不足，可能會出現信號漏采、誤采等問題。

圖2為利用LabVIEW軟件與PIC16F883單片機配合實現多路溫度信號采集原理圖。

從圖2中可以看出，當設置在電熱水器內膽上的多個溫度傳感器探測到溫度變化時，通過信號線把溫度信號1、溫度信號2直到溫度信號n傳輸到PIC芯片中進行信號的采集和初步處理，并把轉換后的數據存入數據緩沖區中，等待上位機的讀取。

2.2 多路溫度信號的LabVIEW處理

利用新型的LabVIEW虛擬儀器軟件可以最大程度地發揮虛擬儀器的優勢，在編程處理上完全脫離了燒寫微芯片程序過程煩瑣、程序編寫復雜的問題，同時，配合PIC高速單片機芯片可以很精確地取得多路溫度信號數據，以此來提高測量的精度。

本文介紹的測試處理方法是基于G語言的LabVIEW來編寫的。該軟件不僅編程簡單、人機界面友好，還易于實時修改，非常適合應用于當前多路溫度測試系統中。

2.3 LabVIEW軟件處理

LabVIEW軟件程序主要是讀取采集到的多路溫度信號，并在相應窗口中顯示，按實際需求對信號進行比較處理。這樣就實現了對電熱水器內膽上各點溫度信號的采集顯示和處理。

3 溫度采集處理

當把LabVIEW虛擬儀器技術應用于多路溫度信號測量系統中時，完全可以構建出新型的電熱水器多路溫度信號測量系統。在能效測試實驗中，使用構建的新系統對電熱水器內膽上的各點進行溫度測試，并通過LabVIEW編寫的軟件采集和處理數據，得到多路溫度數據曲線，并通過各個曲線得到相應的最高和最低溫度點。

由此可以看出，基于LabVIEW虛擬儀器軟件技術構建的新系統，實現了對多路溫度信號的采集和處理，獲得了相應的實驗數據，用PIC單片機內置的10位高精度A/D精確采集出多路溫度信號，并通過串口通訊顯示和保存了采集到的溫度信號。很明顯，在同時滿足采樣率快、精度高和編程簡易的基礎上，新方法構建的系統具有很大的優勢。

4 結論

實驗表明，基于LabVIEW虛擬儀器軟件和PIC高速單片機的測量方法與其他測試方法相比，具有可靠性高、操作簡單，精度高等優點，非常適合應用于電熱水器測溫系統中，充分體現了LabVIEW虛擬儀器技術和PIC高速單片機處理技術在多路溫度信號測量中的優越性。將這些技術應用于電熱水器內膽上多路溫度信號的測試中，對提高家電測試的效率、精確度和操作性發揮重要的作用。隨著虛擬儀器技術和PIC單片機處理技術的進一步發展，該方法將會不斷得到完善和擴充，進而被應用于更多的測試系統中，發揮出巨大的作用。

參考文獻

[1]高聰杰，李松巖，徐赫.基于LabVIEW的信號輸出與數據采集系統[J].微計算機信息，2008（19），135-136.

[2]陳錫輝.LabVIEW8.20程序設計從入門到精通[M].北京：清華大學出版社，2007.

〔編輯：白潔〕