專利名稱：特殊實驗室溫濕度測控裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
實驗室設(shè)備都有各自的溫度、濕度要求，特別是一些精密儀器或特殊行業(yè)，他們的實驗室對溫濕度要求更高，例如在根紡織、印染行業(yè)中，檢測環(huán)境溫度、濕度的變化對紡織品的各項技術(shù)指標(biāo)均有很大的影響。對這些特殊實驗室溫濕度測控是特殊要求實驗室進(jìn)行科學(xué)實驗等必須的工作，傳統(tǒng)的測試與控制是以單片機(jī)為核心，根據(jù)不同的濕度要求，通過硬件設(shè)定不同的調(diào)節(jié)終態(tài)，可以將實驗空間的濕度調(diào)節(jié)到設(shè)定值。通常是使用溫度計、濕度表等儀表和輸出模擬量的電測控儀表來測控數(shù)據(jù)，是由人工讀取和記錄模擬儀表上的溫濕度值。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(shù)和測控測試技術(shù)的發(fā)展，為了更好地了解特殊要求實驗室的溫濕度變化規(guī)律，傳統(tǒng)的測控方法和裝置已經(jīng)不能適應(yīng)實驗室的需要，需要研究新的測控裝置。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)誤差大、測不方便、實時性差、效率低下等不足，本發(fā)明提供一種特殊實驗室溫濕度測控裝置，能夠適應(yīng)特殊要求實驗室的需要，更好地了解實驗室的溫濕度變化規(guī)律，精確控制實驗室的溫濕度。同時，使得測控和控制更準(zhǔn)確，結(jié)果顯示更形象直觀，操作更方便，并易于實現(xiàn)功能擴(kuò)展。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括計算機(jī)、溫濕度感知模塊、信號調(diào)理電路、多功能數(shù)據(jù)采集卡、控制輸出電路和執(zhí)行裝置。溫濕度感知模塊包括溫度傳感器和濕度傳感器，主要完成實驗室溫濕度的感知，并將溫濕度信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路通過整形、濾波，將傳感器的電信號變換成多功能數(shù)據(jù)采集卡輸入范圍內(nèi)的電信號；多功能數(shù)據(jù)采集卡將經(jīng)過濾波去噪后的傳感器數(shù)據(jù)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換采集進(jìn)計算機(jī)；計算機(jī)將采集來得溫濕度值的電信號濾波后，變換成相應(yīng)的溫濕度值，然后在顯示器上通過虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的多個虛擬儀器，顯示相應(yīng)的圖線，并將數(shù)據(jù)存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值由帶死區(qū)的PID控制算法生成控制信號；控制信號再經(jīng)由多功能數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)/模轉(zhuǎn)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(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器，這其中風(fēng)扇用來排氣，可以降低實驗環(huán)境的溫濕度，加濕器用來增加實驗環(huán)境的濕度，電吹風(fēng)用于提高實驗環(huán)境的溫度。
本發(fā)明還提供了一種特殊實驗室溫濕度的測控方法，包括如下步驟 a)設(shè)定實驗室的溫濕度值； b)由溫度傳感器和濕度傳感器采集實驗室溫濕度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號； c)多功能數(shù)據(jù)采集卡將經(jīng)過信號調(diào)理電路調(diào)理后的實驗室的溫濕度電信號采集到計算機(jī)中； d)計算機(jī)通過濾波將溫濕度電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫濕度值，在儀器顯示界面上顯示和存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值由帶死區(qū)的PID控制算法生成控制信號； e)控制信號經(jīng)由控制輸出電路送達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)——風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器； f)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制命令，完成相應(yīng)的溫濕度調(diào)節(jié)控制的動作； g)經(jīng)過調(diào)節(jié)后的實驗室溫濕度情況通過溫度傳感器和濕度傳感器感知，被再次送入計算機(jī)； h)通過多次以上閉環(huán)自動控制過程，使得實驗室的溫濕度達(dá)到設(shè)定值。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明能夠采用虛擬儀器技術(shù)，利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。靈活高效的軟件能創(chuàng)建完全自定義的用戶界面，模塊化的硬件能方便地提供全方位的系統(tǒng)集成。該裝置充分展現(xiàn)了虛擬儀器技術(shù)性能高、開發(fā)時間少的優(yōu)勢，并為裝置的擴(kuò)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、易于操作和實現(xiàn)的優(yōu)點，同時測控結(jié)果通過計算機(jī)屏幕顯示形象直觀，軟件實現(xiàn)各種傳統(tǒng)測試儀器使操作更方便，并且還可以較容易地實現(xiàn)功能擴(kuò)展。
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。



圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 裝置實施例參照圖1，本發(fā)明的裝置包括計算機(jī)、溫濕度感知模塊、信號調(diào)理電路、多功能數(shù)據(jù)采集卡、控制輸出電路和執(zhí)行裝置。溫濕度感知模塊包括溫度傳感器和濕度傳感器，主要完成實驗室溫濕度的感知，并將溫濕度信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至信號條例電路；信號調(diào)理電路通過整形、濾波，將傳感器的電信號變換成多功能數(shù)據(jù)采集卡輸入范圍內(nèi)的電信號；多功能數(shù)據(jù)采集卡將經(jīng)過濾波去噪后的傳感器數(shù)據(jù)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換采集進(jìn)計算機(jī)；計算機(jī)將采集來得溫濕度值的電信號濾波后，變換成相應(yīng)的溫濕度值，然后在顯示器上通過虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的多個虛擬儀器，顯示相應(yīng)的圖線，并將數(shù)據(jù)存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值由帶死區(qū)的PID控制算法生成控制信號；控制信號再經(jīng)由多功能數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)/模轉(zhuǎn)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(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器，這其中風(fēng)扇用來排氣，可以降低實驗環(huán)境的溫濕度，加濕器用來增加實驗環(huán)境的濕度，電吹風(fēng)用于提高實驗環(huán)境的溫度。
方法實施例包括如下步驟 a)在計算機(jī)中通過LabVIEW圖形編程軟件創(chuàng)建的控制子VI中設(shè)定實驗室的溫濕度值； b)控制子VI發(fā)送實驗室測試與控制命令，由溫度傳感器和濕度傳感器采集實驗室溫濕度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號； c)多功能數(shù)據(jù)采集卡將經(jīng)過信號調(diào)理電路調(diào)理后的實驗室的溫濕度電信號采集到計算機(jī)中； d)計算機(jī)通過由虛擬儀器軟件LabView開發(fā)的濾波子VI完成信號的濾波，將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫濕度值，并在LabView開發(fā)的虛擬儀器顯示界面上顯示和存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值由帶死區(qū)的PID控制算法生成控制信號； e)控制信號通過控制子VI發(fā)送控制命令，控制命令經(jīng)由控制輸出電路送達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)——風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器； f)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制命令，完成相應(yīng)的溫濕度調(diào)節(jié)控制的動作； g)經(jīng)過調(diào)節(jié)后的實驗室溫濕度情況通過溫度傳感器和濕度傳感器感知，被再次送入計算機(jī)； h)通過多次以上閉環(huán)自動控制過程，使得實驗室的溫濕度達(dá)到設(shè)定值。
所述溫度信號感知模塊采用硅單晶溫度傳感器和相應(yīng)的電路，將溫度轉(zhuǎn)換成電壓信號濕度信號捕獲模塊采用UD-08濕度傳感器和相應(yīng)的電路將濕度轉(zhuǎn)換成電壓信號。
所述多功能數(shù)據(jù)采集卡采用的是美國NI公司生產(chǎn)的PCI-6251 DAQ卡。它是一款通用的DAQ卡，可以直接插入微機(jī)的PCI總線接口。
控制電路從PXI-DAQ卡的數(shù)字輸出端口接收控制信號，然后控制繼電器的動作，使電吹風(fēng)、風(fēng)扇和加濕器工作在相應(yīng)的狀態(tài)下。
所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的風(fēng)扇的工作電壓是12VDC，用普通繼電器對它進(jìn)行控制；電吹風(fēng)和超聲波加濕器工作在220VAC電壓下，用兩個固態(tài)繼電器分別對它們進(jìn)行控制。
本發(fā)明所述裝置中的干擾可能是因為電路接觸不良，或是A/D轉(zhuǎn)換過程中由于軟件或硬件的不完善產(chǎn)生的采樣壞值。其表現(xiàn)為時域波形中突然出現(xiàn)的窄脈沖。利用LabVIEW圖形編程軟件創(chuàng)建濾波子VI，根據(jù)本裝置中溫濕度是連續(xù)變化的，而且變化率不大，可將脈沖干擾值X(輸入的信號值)與前一點的值Y(采樣點的值)進(jìn)行加權(quán)平均后輸出。改進(jìn)的方法可以有效抑制脈沖干擾。
利用LabVIEW圖形編程軟件創(chuàng)建的控制子VI是將當(dāng)前溫濕度值與設(shè)定值進(jìn)行比較后生成控制字，再調(diào)用LabVIEW自帶的子儀器Write to Digital Port.vi，將控制字通過指定的數(shù)字I/O通道輸出。
數(shù)據(jù)存儲則是調(diào)用LabVIEW中Write Characters To File.vi將經(jīng)過處理的溫濕度值存入一個電子表格文件中。
權(quán)利要求
1、特殊實驗室溫濕度測控裝置，包括計算機(jī)、溫濕度感知模塊、信號調(diào)理電路、多功能數(shù)據(jù)采集卡、控制輸出電路和執(zhí)行裝置，其特征在于溫濕度感知模塊包括溫度傳感器和濕度傳感器，完成實驗室溫濕度的感知，并將溫濕度信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至信號調(diào)理電路；信號調(diào)理電路通過整形、濾波，將傳感器的電信號變換成多功能數(shù)據(jù)采集卡輸入范圍內(nèi)的電信號；多功能數(shù)據(jù)采集卡將經(jīng)過濾波去噪后的傳感器數(shù)據(jù)通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換采集進(jìn)計算機(jī)；計算機(jī)將采集來得溫濕度值的電信號濾波后，變換成相應(yīng)的溫濕度值，然后在顯示器上通過虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的多個虛擬儀器，顯示相應(yīng)的圖線，并將數(shù)據(jù)存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值由帶死區(qū)的PID控制算法生成控制信號；控制信號再經(jīng)由多功能數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)/模轉(zhuǎn)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(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器。
2、利用權(quán)利要求1所述裝置的特殊實驗室溫濕度測控方法，其特征在于包括下述步驟
(a)設(shè)定實驗室的溫濕度值；
(b)由溫度傳感器和濕度傳感器采集實驗室溫濕度，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號；
(c)多功能數(shù)據(jù)采集卡將經(jīng)過信號調(diào)理電路調(diào)理后的實驗室的溫濕度電信號采集到計算機(jī)中；
(d)計算機(jī)通過濾波將溫濕度電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的溫濕度值，在儀器顯示界面上顯示和存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值由帶死區(qū)的PID控制算法生成控制信號；
(e)控制信號經(jīng)由控制輸出電路送達(dá)執(zhí)行機(jī)構(gòu)——風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器；
(f)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)控制命令，完成相應(yīng)的溫濕度調(diào)節(jié)控制的動作；
(g)經(jīng)過調(diào)節(jié)后的實驗室溫濕度情況通過溫度傳感器和濕度傳感器感知，被再次送入計算機(jī)；
(h)通過多次以上閉環(huán)自動控制過程，使得實驗室的溫濕度達(dá)到設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種特殊實驗室溫濕度測控裝置及方法，溫濕度感知模塊將溫濕度信號轉(zhuǎn)換成電信號傳輸至信號調(diào)理電路；經(jīng)過調(diào)理的信號通過多功能數(shù)據(jù)采集卡采集進(jìn)計算機(jī)；計算機(jī)將采集來得溫濕度值的電信號濾波后變換成相應(yīng)的溫濕度值，在顯示器上顯示相應(yīng)的圖線，并將數(shù)據(jù)存入硬盤，同時根據(jù)設(shè)定的溫濕度值生成控制信號；控制信號再經(jīng)由多功能數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)/模轉(zhuǎn)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(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括風(fēng)扇、電吹風(fēng)和加濕器。本發(fā)明成本低、測控方法簡單、精度高、易于操作和實現(xiàn)，同時測控結(jié)果通過計算機(jī)屏幕顯示形象直觀，軟件實現(xiàn)各種傳統(tǒng)測試儀器使操作更方便，并且還可以較容易地實現(xiàn)功能擴(kuò)展。
文檔編號G05D27/00GK101286074SQ20081001839
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者郭陽明, 翟正軍, 馬捷中 申請人:西北工業(yè)大學(xué)