1、畢業設計（論文）基于labview的糧倉溫濕度檢測系統院 別控制工程學院專業名稱 測控技術與儀器班級學號 5090914學生 廖訢凱指導教師 宋愛娟2013年6月13日35 / 38基于labview的溫濕度檢測系統摘要隨著科技的不斷發展，測控技術愈加的自動化，智能化，數字化和網絡化。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向，美國NI公司研制開發的labview虛擬儀器具有強大的數據處理能力，擁有良好的人機設計界面，能夠充分發揮計算機的功能，可以創造出功能強大的儀器，實現普通儀器所不能實現的功能。隨著氣象事業的逐步發展，氣象要素的數據測量也步入自動化。溫度和濕度是兩個重要環境參數，直

2、接影響到糧食的儲存，因此有必要對其進行時時的檢測，本設計借助虛擬儀器技術的易開發、靈活性強和使用方便等優點，將其和傳統測量系統結合起來，基于labview 軟件設計出可以采集多路溫度和多路濕度信號的溫濕度檢測系統，具有溫濕度數據顯示、波形顯示、溫濕度超限報警等功能，并且操作簡單。本系統采用溫濕度傳感器，將所采集到的溫度和濕度，經過變換，轉換成電壓信號送入數據采集卡中，再通過RS-485接入計算機中，在計算機軟件的支持下，完成自動采集自動處理等功能。關鍵詞：labview，溫濕度，檢測the detection system Based on labview of the temperature

3、 and humidity Author：Li ao XinkaiTutor：Song AijuanAbstractWith the continuous development of science and technology, measurement and control technology increasingly automation, intelligent, digital and network. The closely combining of instrument and computer is currently an important direction，The

4、labview which United States NI company research and develop has the powerful data processing ability, have a good man-machine interface design, can give full play to the function of the computer, can create a powerful instrument, realize functions that common instrument cant.With the gradual develop

5、ment of the meteorological service, meteorological data measurement alsointoautomation. Temperature and humidity are two important environmental parameter, directly affect the food store, Therefore it is necessary to carry out their every test, This design by means of the virtual instrument technolo

6、gy is easy development, flexibility and easy to use, and we combine it and the traditional measurement . Based on labview software designed temperature and humidity detection system With temperature and humidity data display, waveform display, temperature and humidity transfinite alarm, and other fu

7、nctions, which can acquisite multichannel temperaturesignal and multiple humidity signaland is easy to operate.The system which uses the temperature and humidity sensor, will convert the temperature and humidity signal collected into a voltage signal and sent it to the data acquisition card.Key Word

8、s: labview, Temperature and humidity, detection目 錄1 緒論22 系統總體方案設計52.1系統功能52.2 系統組成框圖63下位機設計73.1 器件的選擇73.1.1 DS18B20溫度傳感器73.1.2. 濕度傳感器HS1101介紹143.1.3數據采集卡153.1.4 RS-485接口183.2設計思路203.3調理電路設計214上位機程序設計224.1登陸界面224.2 基于LabVIEW的數據采集與存儲234.3超限報警275程序的調試305.1 程序的運行305.2程序調試技術30致32參考文獻331 緒 論1.1 設計的背景與目的伴隨

9、著以計算機和網絡為代表的信息技術的快速發展，基于計算機軟件平臺的測量系統被廣泛應用于各行各業中，“軟件就是儀器”的思想得到廣泛的認同和實踐。美國國家儀器公司(National Instruments,NI)提供的虛擬儀器·程序設計語言LabVIEW，已經成為開發測量控制系統的重要工具，在各個領域得到了普遍的應用1。 虛擬儀器的主要特點有：盡可能采用通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件；可充分發揮計算機的能力，有強大的數據處理功能，可以創造出功能強大的儀器；用戶可以根據自己的需要定義和制造各種儀器，并且購置費用低、可重復利用；技術更新非常快、開發與維護費用較低、系統開放、方便與外設、網

10、絡連接。隨著氣象事業的逐步發展，氣象要素的數據測量也步入自動化。傳統的氣象要素測量系統體積龐大，所需要的硬件設備較多，使用時受人員、地點、空間等諸多因素的影響較大。而且這類測量系統和傳統儀器一樣，功能、作用都由生產商在生產時定義好，一旦成型，用戶就無法在使用過程中根據自身的需要對儀器的功能和作用進行重新定義。而如果借助虛擬儀器技術的易開發、靈活性強和使用方便等優點，將其和傳統測量系統結合起來，來完成氣象要素的數據采集和處理功能，還可以根據用戶自身的需要來對系統的功能和作用進行自我定義和修改，節省了大量的人力、物力，使得對于氣象要素的數據采集和處理變得更加簡單、方便。糧食在存儲期間，由于環境、氣

11、候和通風條件等因素的變化，糧倉的溫度或濕度會發生異常，這極易造成糧食的腐爛或發生蟲害。同時糧倉中糧食儲存質量還受到糧倉中氣體、微生物以與其他蟲害等因素的影響。為保證糧食倉庫具有一個正常的溫濕環境，有必要對倉溫度，包括糧食里面的溫濕度進行監測，所以設計出一個簡單方便的溫濕度檢測系統具有十分重要的意義。1.2 研究現狀20世紀70年代，因為個人電腦技術的出現，人們開始考慮用電報來處理傳統儀器測試的數據，同時GPIB技術也發展起來，促進了IEEE488.2標準的誕生；20世紀80年代，隨著計算機技術進一步發展，計算機主板上有多個擴展槽，并出現了插在計算機里的數據采集卡，這樣的系統已經可以進行一些簡單

12、的數據采集工作，將采集到的數據直接由計算機軟件進行處理，這就是虛擬儀器技術的雛形；20世紀90年代，計算機總線速度進一步提高，PCI總顯得數據傳輸速率達到了132Mbps，1996年底，NI在PCI數據總線的基礎上提出了第一代PXI(PCI eXtensions for Instrumentation )系統的技術規。到21世紀初，全球已有超過25000用戶在使用虛擬儀器技術，其中不乏國際知名的大公司，像Nokia、Simens、Tektronix等。在世界財富500強中的制造業廠商，95%都采用了虛擬儀器技術。虛擬儀器在國外發展都很快，以美國NI公司為代表的很多企業都已已經推出了基于虛擬儀器

13、設計的儀器產品。同時在國外虛擬儀器都是相關理工科大學生的必須要學習的一門課。近幾年來，世界各大虛擬儀器公司開發了很多虛擬儀器開發平臺軟件，供使用者組建適合自己的虛擬儀器以與測試系統。其中尤其以美國NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI開發最早且最具影響力。LabVIEW采用的是圖形化編程方案，是非常實用的開發軟件；Labwindows/CVI是采用C語言進行編程的、在Windows環境下的標準ANSIC開發軟件。除了上述幾種軟件，還有美國HP公司開發的H-VEE和HPTIG軟件，美國Tektronix公司開發的Ez-Test和Tek-TNS軟件，以與美國 HEM Data公司開

14、發的Sanp-Master軟件，都是國際上公認的非常優秀虛擬儀器開發軟件。當今虛擬儀器的系統開發采用的總線包括GPIB通用接口總線、傳統的RS-232串行總線、RS-485串行總線、VXI總線，以與USB總線等。世界各國的公司，特別是美國的NI公司，為了使虛擬儀器能適應各種總線的配置，開發了大量的軟件和適應要求的硬件，從而可以使使用者靈活地組建各種各樣的不同復雜程度的虛擬儀器自動測控系統。虛擬儀器的開發公司，在測量結果的數據處理、表達模式與其變換方面不斷地改革和創新，發布了各種軟件，建立了開發工具庫和數據處理的高級分析庫，進一步擴大了虛擬儀器的功能。隨著微型計算機技術的發展，虛擬儀器將逐步取代

15、傳統儀器而成為測試儀器的主流。據專家預測，到2015年我國有70%的儀器為虛擬儀器。虛擬儀器將在航天、通信、醫療、電力、石油、鐵路等行業普與與應用。1.3 論文構成與研究容本文重點介紹了利用LabVIEW開發環境設計上位機的檢測界面，溫濕度傳感器通RS-485串行總線與采集板卡相連接介入上位機，從而實現對糧倉溫濕度的檢測。本文主要進行以下幾方面的工作： 1、論述了智能溫濕度檢測系統的課題目的與意義，智能溫度檢測系統的國外發展概況與本論文的主要容。2、溫濕度檢測系統的設計思路與方案，對系統軟件開發平臺進行選擇。3、 糧倉溫濕度檢測系統軟件整體設計方案，與上位機和下位機的設計過程。4、對所做工作進

16、行了總結，對未來的研究作了展望。2 系統總體方案設計本論文設計開發的是基于LabVIEW的糧倉溫濕度檢測系統，根據從總體到局部的設計原則，通過對系統功能的分析，將整個系統分解為實現不同功能的幾個部分，然后分別對每個部分進行設計。為了能夠實現溫濕度檢測系統所提出的各項具體的功能，可以將整個系統分解為上位機和下位機兩個部分:上位機為裝有LabVIEW2010軟件的PC機，下位機為采集卡與外圍電路組成的小系統。兩個部分是通過RS-485串口進行通信的。其中下位機部分主要完成溫濕度信號的采集以與溫濕度數據的輸出;上位機部分完成對硬件的驅動，溫濕度數據顯示、數據處理與存儲，溫濕度超限報警與人機交互操作界

17、面的生成。2.1系統功能傳統的氣象要素測量系統體積龐大，所需要的硬件設備較多，使用時受人員、地點、空間等諸多因素的影響較大。而且這類測量系統和傳統儀器一樣，功能、作用都由生產商在生產時定義好，一旦成型，用戶就無法在使用過程中根據自身的需要對儀器的功能和作用進行重新定義，另外這類測量系統與其它儀器設備的連接也十分有限，并且圖形界面較小，人工讀取數據信息量很小，數據無法編輯、存儲，同時系統封閉、可擴展性差，技術更新速度慢，開發和維護費用較高?；谝陨蟼鹘y儀器的缺點，本論文設計了一個基于LabVIEW的糧倉溫濕度檢測系統。此溫度檢測系統主要實現以下功能：1、采集卡與PC機的串口通信，能與時地將溫度數

18、據傳給PC機，并將在上位機界面行程曲線，直觀的表現溫濕度變化。2、檢測參數的顯示:如測試時間、設定溫濕度、當前溫濕度等，當溫濕度超出某個圍進行報警等。3、溫濕度實時監測曲線顯示，而且具有數字顯示和波形圖顯示。4、測試結果的數據保存：用戶可以將采集到的溫濕度數據的一部分或者全部保存在Excel表格中，方便查詢和打印。2.2 系統組成框圖溫濕度傳感器開發軟件計算機數據采集卡測試對象溫度數據傳輸濕度傳感器把被測量的物理量轉換為電量；信號調理電路對傳感器轉換的電信號進行放大、濾波、隔離等預處理；數據采集卡采集信號調理電路的電壓信號，轉換成計算機能處理的數字信號；通過數據采集卡驅動程序，將數字信號讀入計

19、算機，再由LabVIEW編寫上位機界面。3下位機設計3.1 器件的選擇3.1.1 DS18B20溫度傳感器1簡介繼美國DALLAS半導體公司生產的DS1820傳感器之后，該公司又推出了一種新型數字式溫度傳感器DS18B20，這是一種最新的數字化單總線器件7,8，它是一種改進型數字溫度傳感器，基于最新一代適配微處理器而制造的，較之于傳統的熱敏電阻，該類傳感器可以直接讀取溫度值，并可通過一定的編程實現912位數字讀數，其次讀寫信息可通過單總線來完成，方便快捷，另外，DS18B20可以直接由其懸掛的總線供電，而無需外加電源，從而使系統結構簡單化，也增加了其可靠性。DS18B20單總線獨特與其經濟的特

20、點，便于用戶組建所需的傳感器網絡，使得測量系統有了全新的構建方式。DS18B20數字溫度傳感器支持單總線接口，能夠實現-55+125的溫度測量圍，并且在-10+85圍，測量誤差為±0.5。并且可單獨設定實際系統的分辨率，并不論斷電與否，均能保存在EEPROM中，現場溫度的測量以單線總線數字方式傳輸，即溫度的測量值通過串行通訊的方式傳輸，大大提高了系統的抗干擾能力。因此DS18B20數字式溫度傳感器能夠應用于復雜惡劣的環境中溫度的測量，如地下實驗監測、生產線溫度檢測控制和家用電器的溫度控制，因此廣泛用于工業、農業、軍事等的溫度測量控制領域。2. 技術性能描述DS18B20有以下幾點特點

21、：獨特的單線總線接口方式：DS18B20與上位機連接時可通過一條傳輸線路實現雙向數據傳輸?？赏ㄟ^數據線供電，供電電壓容許圍大，為+3.0+5.5V，也可選用外部+5V供電。實際工作過程中，不需要添加外圍器件。用戶可自行設定溫度報警上下限值，其值是非易失性的。可測溫度圍為-55+125，測溫分辨率為0.5（-10+85），2（-55+125）。負壓特性，電源反接時能夠自動保護DS18B20不會被燒毀，此時的芯片無常工作。轉換速度快，效率高，可在93.75ms完成9位溫度轉換。可實現多點測溫，多個DS18B20溫度傳感器可并聯在唯一的三線上。適用于各種微處理器和上位機系統。含64位的只讀存儲ROM

22、，每片DS18B20出廠前就有唯一的產品序號。大型測溫系統，單線上可掛接多片DS18B20傳感器。3.DS18B20引腳DS18B20有兩種封裝形式9。一種是采用3腳PR35封裝，另一種是8腳SOIC封裝。本系統采用PR3三腳封裝，管腳排列與封裝如圖3-1所示：圖3-1 DS18B20的引腳和封裝1腳GND:地2腳I/O：數據輸入/輸出端(即單線總線)，屬于漏極開路輸出。外接上拉電阻后，常態下成高電平。3腳VDD:電源端，為可供選用的外部+5V電源端，不用時接地。4.DS18B20的部結構DS18B20的部結構框圖如下圖3-2所示，主要由7個部分組成：寄生電源；溫度傳感器；64位激光ROM與單

23、線接口；高速暫存器，即便筏式RAM,用于存放中間數據；TH觸發寄存器和TL觸發寄存器，用來存儲用戶自行設定的溫度上下限值；存儲器和控制邏輯；8位CRC（循環冗余校驗碼）發生器。圖3-2 DS18B20的部結構框圖64位光刻ROM，結構如下8位CRC編碼48位產品序列號8位產品系列號MSB LSB MSB LSB MSBLSB光刻ROM中的64位序列號中高8位是CRC校驗碼，接著是48位的產品序列號，低8位是產品類型的編號。這64位序列號是傳感器DS18B20的地址序列碼，在出廠前已經被刻錄好，每個DS18B20傳感器的地址是不一樣的，這樣就可以使得多個DS18B20采用一線總線進行通信。非易失

24、性溫度報警觸發器TH和TL，主要作用是在系統控制中利用軟件設置用戶需要的溫度報警上下限。高速暫存寄存器 DS18B20的部存儲器包含有一個高速暫存RAM和一個非易失性的E2RAM,用來存儲TH和TL，寫入RAM的數據在校驗結束后傳入E2RAM。配置寄存器的作用是確定溫度值的數字轉換分辨率，位于高速暫存器中的第5個字節，DS18B20溫度傳感器工作時將溫度轉換為相應精度的數值，該轉換過程是按照配置寄存器中的分辨率進行的。TM測試模式位為這一字節中的最高位，用來設置該傳感器的模式是在工作模式還是在測試模式。第7、6位R0、R1作為分辨率設置位，決定溫度轉換的精度位數，0011模式分別表示分辨率為9

25、12位，所需要的溫度數據轉換時間隨設定的分辨率的提高而延長，實際應用中應該綜合權衡考慮分辨率和轉換時間。高速暫存器由9個連續的字節組成的，分配如下表所示溫度低位溫度高位THTL配置保留保留保留8位CRCLSB MSB 前兩位用來存放當前溫度的測量值，溫度的低8位是第一個字節，溫度的高8位是第二個字節，緊接著后面兩個是TH、TL位為溫度易失性的備份，三個保留位是系統計算所用，最后一個字節CRC校驗所用，用來保證通信正確。 當溫度傳感器DS18B20接收到溫度轉換命令后就開始啟動轉換。轉換后的溫度值以16位二進制補碼形式存儲于高速寄存器的前兩個字節中。該溫度值通過單總線接口傳到單片機中。DS18B

26、20溫度傳感器完成溫度轉換后，就把測得的溫度值與TH和TL作比較，如果出現T大于TH或T小于TL，則將告警標志位置位，并對主機發出的告警搜索命令做出響應。從而，多只DS18B20溫度傳感器可以同時測量溫度并進行告警搜索。CRC的產生 循環冗余校驗碼CRC在64位光刻ROM的最高字節，主要用來實現串行通信中的數據校驗，主機根據ROM的前56位算出CRC值，然后比較傳感器中的CRC值，判斷接收的數據是否正確。5.DS18B20的控制方法 DS18B20在硬件上與單片機的連接方法有兩種10，一種是采用寄生電源供電，這時的傳感器DS18B20的VDD和GND接地，它的 I/O口與單片機任意一個I/O口

27、相連，還要接一個值為4.7K的上拉電阻。DS18B20從單線信號線上汲取能量，當I/O端口為高電平時，能量存儲于部電容里。信號線I/O為低電平時，消耗電容上的能量，等到高電平到來寄生電源電容再次被供電。另外一種是采用外部電源供電，DS18B20的VDD接外部電源，GND接地，I/O口連接單片機的I/O口，而此時注意電源電流一定是足夠的，也可以保證轉換精度，而且在理論上，總線可接任意多個DS18B20傳感器，組成多點測溫系統。 比較兩種工作方式，寄生電源工作方式：無需本地電源，在無常規電源的條件下也可以讀取ROM；電路簡潔，只用一根I/O口就能實現測溫。但是這種方式下，I/O線必須要能夠保證在溫

28、度轉換期間有足夠的能量，電流達到1mA, 當多個溫度傳感器掛接在一根I/O線上進行多點測溫時，光靠4.7K上拉電阻不能提供所需能量，使得DS18B20不能進行精確地溫度轉換，因而會造成無法轉換溫度或者造成很大的溫度誤差，綜上所述，寄生電源供電方式只適合于單一溫度傳感器測溫情況，不適合采用電池供電系統中，并且工作電源必須保證在5V,否則會造成較大的溫度誤差。外部電源供電方式：這是DS18B20的最佳工作方式，穩定性好，可靠性高，抗干擾能力強，且電路簡單，溫度測量精度高，可開發出穩定可靠的多點溫度監測系統。分析比較，本系統采用外部電源供電方式。DS18B20有六條控制命令，其功能分為兩類：溫度轉換

29、命令和存儲器命令。如表3-1所示：表3-1 DS18B20的功能命令命令描述約定代碼 總線響應溫度轉換命令溫度轉換啟動溫度轉換44H主機發出命令后，若讀時隙中讀到0，則表示溫度正在轉換，若為1，說表示轉換結束存儲器命令讀SRAM從SRAM中讀取包括CRC在的全部字節BEH傳感器會從字節0開始輸出9個字節，其中包括CRC，如果不需要讀取全部9個字節，主機可以根據輸出復位脈沖終止當前的讀操作寫SRAM向SRAM中的TH、TL和配置寄存器中寫入數據4EH將需要的數據寫入SRAM的溫度報警上下限值和配置寄存器復制SRAM復制SRAM中的TH、TL和配置寄存器的值到E2PROM中48H將SRAM中的TH

30、、TL和配置寄存器的值復制到E2PROM中，主機發出命令后，若隨后的讀時隙中讀到0，則表示復制正在進行；若讀到1，表示復制結束回讀E2PROM從E2PROM中將TH、TL和配置寄存器的值回讀到SRAM中B8H 從E2PROM中將TH、TL和配置寄存器的值回讀到SRAM中，主機發出該命令后，若隨后讀時隙中讀到0，則表示回讀正在進行；若讀到1，則回讀結束讀電源讀取DS18B20的供電方式B4H主機發出這個命令后，若隨后的讀時隙中讀到0，則表示當前使用的是寄生電源，若讀到1，則表示當前使用的是外部供電CPU對DS18B20的訪問流程是先進行初始化，然后再進行ROM操作，最后才能執行存儲器操作和數據操

31、作。而傳感器DS18B20的每一部操作都必須嚴格保證它的工作時序和通信協議。6. DS18B20的測溫原理DS18B20的測溫原理如圖3-3所示：圖3-3 DS18B20的測溫原理圖DS18B20的測溫原理：圖中溫度對低溫度系數振蕩器的振蕩頻率影響不大，它產生的固定頻率的脈沖信號作為減法計數器1的脈沖輸入，高溫度系數晶振的振蕩頻率受溫度的影響變化明顯，產生脈沖信號送給減法計數器2。圖中計數門未標出，DS18B20在計數門打開時會對低溫度系數振蕩器的時鐘脈沖開始計數，以完成溫度采集，計數門的開啟時間由高溫度系數振蕩器控制。減法計數器1和溫度寄存器在測量前被預先置入一個-55所對應的基數值，前者對

32、低溫度系數晶振產生的脈沖信號實現減法計數，后者里的值在減法計數器1的預置值減到0的時候加1，然后重新裝入減法計數器1的預置值，重新開始對低溫度系數晶振產生的脈沖信號計數，循環下去直到減法計數器2計數到0，溫度寄存器停止累加，此時其中的值即為所測溫度值。斜率累加器的作用是補償以與修正測溫過程中的非線性，用來對減法計數器的預置值進行修正。上述過程會一直重復到計數門關閉，直至溫度寄存器值成為被測溫度值。7.應用圍(1) 該產品適用于冷凍庫，糧倉，儲罐，電訊機房，電力機房，電纜線槽等測溫和控制領域。(2) 軸瓦，缸體，紡機，空調，等狹小空間工業設備測溫和控制。(3) 汽車空調、冰箱、冷柜、以與中低溫干

33、燥箱等。(4) 供熱/制冷管道熱量計量，中央空調分戶熱能計量和工業領域測溫和控制。8. DS18B20使用中的注意事項DS18B20具有體積小、精度高、測溫電路簡單、價格低廉、占用總線少等優點，但是在實際使用中應該注意幾個方面的問題11：需要比較復雜的軟件對較小的硬件開銷做補償，因為DS18B20與微處理器間的數據傳送方式是串行方式，所以在對該傳感器讀寫編程時，一定要遵循嚴格的讀寫時序，否則會無法讀取測溫值。在使用高級語言如PL/M、C等設計系統程序時，最好對傳感器操作部分采用匯編語言實現。多點測溫系統設計時要特別注意，實際應用中單總線上并非可以懸掛任意多個DS18B20溫度傳感器，一般來說，

34、當單總線上的溫度傳感器多于8個時，就需要考慮處理微處理器的總線驅動問題。由于總線分布電容會使得信號波形產生畸變，用來連接DS18B20溫度傳感器的總線電纜有長度的限制。用DS18B20溫度傳感器進行長距離測溫系統的設計時，要充分考慮總線分布電容和阻抗匹配問題。實際試驗中發現，采用普通信號電纜傳輸距離超過50m時，測溫數據的讀取將發生錯誤。而當總線電纜為雙絞線帶屏蔽電纜時，正常通訊距離可達150m,通訊距離在采用每米絞合次數更多的雙絞線帶屏蔽電纜時進一步加長。 一般來說建議采用屏蔽4芯雙絞線測溫電纜，一對線接地和信號，另一對接電源和地線，屏蔽層在源端單點接地。重視DS18B20溫度傳感器的硬件連

35、接和軟件設計，因為在測溫程序設計時，當某個傳感器接觸不好或者出現斷線時，讀程序將沒有返回信號。3.1.2. 濕度傳感器HS1101介紹濕度傳感器 HS1101/HS1100 基于獨特工藝設計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產?？梢詰糜谵k公自動化、車廂空氣質量控制、家電、工業控制系統等。在需要濕度補償的場合他也可以得到很大的應用。其特點：全互換性在標準環境下不需校正；長時間飽和下快速脫濕； 可以自動化焊接包括波峰焊或水浸； 高可靠性與長時間穩定性； 專利的固態聚合物結構； 可用于線性電壓或頻率輸出回爐； 最大參數值Ta=25 除非特別標定； 工作溫度 Ta -40100 ； 儲存溫度

36、 Tstg -40125；其他各項參數值見表3.3,表3.4表3.3特征參數 (Ta=25,10KHz,除非特別標定)表3.4最大參數值參數符號參數值單位工作溫度Ta-40100儲存溫度Tstg-40125供電電壓Vs10Vac濕度圍RH0100%RH焊接時間T=260t10S特征參數符號MinTypMax單位濕度測量圍RH1995供電電壓Vs510V標稱電容55%RHC177180183pF溫度效應Tcc0.04pF/平均靈敏度(33%75%RH)C/%RH0.34pF/%RH漏電流Ix1nA恢復時間150小時結露tr10s遲滯+/-1.5%長時間穩定性0.5%RH/yr反應時間ta5S曲線

37、精度（10%90%）+/-2%RH（Ta=25 除非特別標定）3.1.3數據采集卡數據采集卡(DAQ)，是指從傳感器和其它待測設備等模擬和數字被測單元中自動采非電量或者電量信號,送到上位機中進行分析,處理。數據采集系統是結合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產品來實現靈活的、用戶自定義的測量系統。 數據采集卡，即實現數據采集(DAQ)功能的計算機擴展卡，可以通過USB、PXI、PCI、PCI Express、火線(1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash、485、232、以太網、各種無線網絡等總線接入個人計算機。1、數據采集卡的產生為了滿足IBM-PC機與其兼容機用

38、于數據采集與控制的需要，國外許多廠商生產了各種各樣的數據采集板卡（或I/O板卡）。這類板卡均參照IBM-PC機的總線技術標準設計和生產，用戶只要把這類板卡插入IBM-PC機主板上相應的I/O擴展槽中，就可以迅速方便地構成一個數據采集與處理系統，從而大大節省了硬件的研制時間和投資，又可以充分利用IBM-PC機的軟硬件資源，還可以使用戶集中精力對數據采集與處理中的理論和方法進行研究、進行系統設計以與程序的編制等。2、數據采集卡的分類基于PC總線的板卡種類很多，其分類方法也有很多種。按照板卡處理信號的不同可以分為模擬量輸入板卡(A/D卡)、模擬量輸出板卡(D/A卡)、開關量輸入板卡、開關量輸出板卡、

39、脈沖量輸入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多個功能，如數字量輸入/輸出板卡將模擬量輸入和數字量輸入/輸出集成在同一卡上。根據總線的不同，可分為PXI/CPCI板卡和PCI板卡。還有其它一些專用I/O板卡，如智能接口卡、虛擬存儲板（電子盤）、信號調理板、專用（接線）端子板等，這些種類齊全、性能良好的I/O板卡與IPC配合使用，使系統的構成十分容易。在工業現場，我們會安裝很多的各種類型的傳感器，如壓力的、溫度的、流量的、聲音的、電參數的等等，受現場環境的限制傳感器信號如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號不能遠傳或者因為傳感器太多布線復雜，我們就會選用分布式或者遠程的采集卡（模塊）在現場把信

40、號較高精度地轉換成數字量，然后通過各種遠傳通信技術（如485、232、以太網、各種無線網絡）把數據傳到計算機或者其他控制器中進行處理。這種也算作數據采集卡的一種，只是它對環境的適應能力更強，可以應對各種惡劣的工業環境。如果是在比較好的現場或者實驗室，如學校的實驗室，就可以使用USB/PCI這種采集卡。和常見的置采集卡不同，外置數據采集卡一般采用USB接口和1394接口，因此，外置數據采集卡主要指USB采集卡和1394采集卡。 數據采集卡，絕大多數集中在采集模擬量、數字量、熱電阻、熱電偶，其中熱電阻可以認為是非電量（其實本質上還是要用電流驅動來采集）其中模擬量采集卡和數字量采集卡用得是最廣泛的。

41、現在市場上有一種二合一采集卡，二合一，指的是數字模擬采集卡，AV+DV采集卡，數字、模擬二合一，數字輸入輸出，模擬接口輸入(DV/AV/S-video)。最后雖然說是采集卡，但實際應用中經常需要它輸出控制信號。采集卡廣泛應用于安防監控、教育課件錄制、大屏拼接、多媒體錄播錄像、會議錄制、虛擬演播室、虛擬現實、安檢X光機、雷達圖像信號、VDR紀錄儀、醫療X光機、CT機、胃腸機、陰道鏡、工業檢測、智能交通、醫學影像、工業監控、儀器儀表、機器視覺等領域。3、技術參數通道數：就是板卡可以采集幾路的信號，分為單端和差分。常用的有單端32路/差分16路、單端16路/差分8路。采樣頻率：單位時間采集的數據點數

42、，與AD芯片的轉換一個點所需時間有關，例如：AD轉換一個點需要T = 10uS，則其采樣頻率f = 1 / T為100K，即每秒鐘AD芯片可以轉換100K的數據點數。它用赫茲（Hz），常有100K、250K、500K、800K、1M、40M等。緩存的區別與它的作用：主要用來存儲AD芯片轉換后的數據。有緩存可以設置采樣頻率，沒有則不可以。緩存有RAM和FIFO兩種:FIFO應用在數據采集卡上，主要用來存儲AD芯片轉換后的數據。做數據緩沖，存儲量不大，速度快,RAM是隨機存取存的簡稱。一般用于高速采集卡，存儲量大，速度較慢。分辨率：采樣數據最低位所代表的模擬量的值，常有12位、14位、16位等，（

43、12位分辨率，電壓5000mV）12位所能表示的數據量為4096（2的12次方），即±5000 mV電壓量程可以表示4096個電壓值，單位增量為（5000 mV）/ 4096=1.22 mV。精度：測量值和真實值之間的誤差，標稱數據采集卡的測量準確程度，一般用滿量程(FSR，full scale range)的百分比表示，常見的如0.05%FSR、0.1%FSR等，如滿量程圍為010V，其精度為0.1%FSR，則代表測量所得到的數值和真實值之間的差距在10mv以。量程：輸入信號的幅度，常用有±5V、±10V 、05V 、010V ，要求輸入信號在量程進行。增益：輸

44、入信號的放大倍數，分為程控增益和硬件增益，通過數據采集卡的電壓放大芯片將AD轉換后的數據進行固定倍數的放大。由兩種型號PGA202 (1、10、100、1000) 和PGA203 (1、2、4、8)的增益芯片。觸發：可分為觸發和外觸發兩種，指定啟動AD轉換方式。4、PCI-6220數據采集卡介紹16位, 250 kS/s, 16路模擬輸入，高達24路數字I/O; 32位計數器;  數字觸發NI-MCal校準技術提高了測量精度關聯(Correlated)DIO (8條時鐘線, 1 MHz)NIST校準認證書以與70多個信號調理選項另有5倍采樣速率的高速M系列和4倍分辨率的高精度。詳細參

45、數 通用 DAQ產品系列M系列總線類型PCIOS支持Windows, 實時系統, Linux, Mac OS測量信號類型電壓, 數字,頻率,正交編碼器Labview RT支持是模擬輸入 通道數16 SE/8 DI采樣率250 kS/s是否同步采樣否分辨率16 bits最大電壓圍-10.10 V精度圍3100 v敏感度圍97.6 V最小電壓圍-0.2.0.2 V精度圍112 V敏感度圍5.2 V量程數4板上存儲量4095 樣本帶寬700 kHz模擬輸出 通道數0電流驅動5 mA數字I/O 通道數24 DIO定時方式硬件, 軟件邏輯電平TTL最大時鐘速率1 MHz最大輸入圍0.5 V最大輸出圍0.

46、5 V輸入電流源電流, 漏電流輸出電流源電流, 漏電流電流驅動24 mA/448 mA可編程輸入濾波器是支持模式I/O是可編程上電狀態是輸出阻抗0.2 計時器/定時器 2分辨率32 bits最大信號源頻率80 MHz最小輸入脈沖寬度12.5 ns邏輯電平TTL最大量程0.5 VDMA通道數2時基穩定度50 ppm脈沖生成是緩沖操作是短時脈沖干擾消除是定時/觸發/同步 RTSI 同步總線是觸發方式數字物理特性 長度15.5 cm寬度9.7 cmI/O連接器68-pin VHDCI母頭3.1.4 RS-485接口RS485采用差分信號負邏輯，+0.2V+6V表示“0”，- 6V- 0.2V表示“1

47、”。RS485有兩線制和四線制兩種接線，四線制只能實現點對點的通信方式，現很少采用，現在多采用的是兩線制接線方式，這種接線方式為總線式拓樸結構在同一總線上最多可以掛接32個結點。在RS485通信網絡中一般采用的是主從通信方式，即一個主機帶多個從機。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時只是簡單地用一對雙絞線將各個接口的“A”、“B”端連接起來。而忽略了信號地的連接，這種連接方法在許多場合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個原因：(1)共模干擾問題： RS-485接口采用差分方式傳輸信號方式，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發

48、器有一定的共模電壓圍，RS-485收發器共模電壓圍為-7+12V，只有滿足上述條件，整個網絡才能正常工作。當網絡線路中共模電壓超出此圍時就會影響通信的穩定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI問題：發送驅動器輸出信號中的共模部分需要一個返回通路，如沒有一個低阻的返回通道（信號地），就會以輻射的形式返回源端，整個總線就會像一個巨大的天線向外輻射電磁波。由于PC機默認的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機的RS485電路：（1）通過RS232/RS485轉換電路將PC機串口RS232信號轉換成RS485信號，對于情況比較復雜的工業環境最好是選用防浪涌帶隔離珊的產品。（2）通過PCI多串口卡

49、，可以直接選用輸出信號為RS485類型的擴展卡。1技術特性（1）. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(26)V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(26)V表示。接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。（2）. RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps 。（3）. RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。（4）. RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mb/S，傳輸速率與傳輸距離成反比，在100Kb/S的傳輸速率下，才可

50、以達到最大的通信距離，如果需傳輸更長的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個節點，如果使用特制的485芯片，可以達到128個或者256個節點，最大的可以支持到400個節點。2 RS-232與 RS-422之間轉換原理和接法通常我們對于視頻服務器、錄像機、切換臺等直接播出、切換控制主要使用串口進行，主要使用到 RS-232、RS-422與 RS-485三種接口控制。下面就串口的接口標準以與使用和外部插件和電纜進行探討。RS485 通訊協議 RS-232、RS-422與 RS-485標準只對接口的電氣特性做

51、出規定，而不涉與接插件、電纜或協議，在此基礎上用戶可以建立自己的高層通信協議。例如：視頻服務器都帶有多個 RS422串行通訊接口，每個接口均可通過 RS422通訊線由外部計算機控制實現記錄與播放。視頻服務器除提供各種控制硬件接口外，還提供協議接口，如 RS422接口除支持 RS422的 Profile協議外，還支持 Louth、 Odetics、BVW等通過 RS422控制的協議。 RS-232、RS-422與 RS-485都是串行數據接口標準，都是由電子工業協會（EIA）制訂并發布的，RS-2

52、32在 1962年發布。RS-422由 RS-232發展而來，為改進 RS-232通信距離短、速率低的缺點， RS-422定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mbps，傳輸距離延長到 4000英尺（速率低于 100Kbps時），并允許在一條平衡總線上連接最多 10個接收器。RS-422是一種單機發送、多機接收的單向、平衡傳輸規，被命名為 TIA/EIA-422-A標準。為擴展應用圍，EIA又于 1983年在 RS-422基礎上制定了 RS-485標準，增加了多點、雙

53、向通信能力，即允許多個發送器連接到同一條總線上，同時增加了發送器的驅動能力和突保護特性，擴展了總線共模圍，后命名為 TIA/EIA485-A標準。 3. RS-422與 RS-485串行接口標準（1）平衡傳輸 。RS-485與 RS-232不一樣，數據信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為 A，另一線定義為 B。通常情況下，發送驅動器 A、B之間的正電平在+2+6V，是一個邏輯狀態，負電平在-2V6V，是另一個邏輯狀態。另有一個信號地 C，在 RS-4

54、85中還有一“使能”端?！笆鼓堋倍耸怯糜诳刂瓢l送驅動器與傳輸線的切斷與連接。當 “使能”端起作用時，發送驅動器處于高阻狀態，稱作 “第三態”，即它是有別于邏輯“1”與“0”的第三態。RS-485電氣規定由于 RS-485是從 RS-422基礎上發展而來的，所以 RS-485許多電氣規定與 RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。 RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信。 RS-485總線，在要求通信距離為幾十米到上千米時，廣泛采用 RS-485串行

55、總線標準。RS-485采用平衡發送和差分接收，因此具有抑制共模干擾的能力。加上總線收發器具有高靈敏度，能檢測低至 200mV的電壓，故傳輸信號能在千米以外得到恢復。 RS-485采用半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發送狀態，因此，發送電路須由使能信號加以控制。 RS-485用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線。應用 RS-485可以聯網構成分布式系統，其允許最多并聯 32臺驅動器和 32臺接收器。 RS-485與 RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不同的， RS-485是-7V至+12V

56、之間，而 RS-422在-7V至+7V之間;RS-485滿足所有 RS-422的規，所以 RS-485的驅動器可以用在 RS-422網絡中應用。RS-485與 RS-422一樣，其最大傳輸距離約為 1219米，最大傳輸速率為 10Mbps。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在 100Kbps速率以下，才可能使用規定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般 100米長雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。（2） RS-485的網絡安裝注意要點  RS-485支持 32個節點，因此多節點構成網絡。網絡拓撲一般采用終端匹配的總線型結構，不支持環形或星形網絡。在構建網絡時，應注意如下幾點： 采用一條雙絞線電纜作總線，將各個節點串接起來，