湿度和温度的虚拟仪器测量外文翻译资料

 2022-09-06 10:44:46

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湿度和温度的虚拟仪器测量

Nedyu Nedev,Zvezditza Nenova, Stefan Ivanov

电力及电力工程基础部和自动化、信息和控制系统

加布洛沃技术大学

加布罗沃，保加利亚

摘要

虚拟仪器技术的应用日益广泛与传统的测量装置。他们允许测量和控制各种参数，模拟试验的模型提供一个真实的过程，提供方便的用户界面建立一个基于互联网的虚拟实验室的机会。这提出了一个基于计算机的发展的结果系统中的数据采集和LabVIEW的虚拟测量湿度和温度的仪器，使能基于互联网的虚拟实验室的创建。这个虚拟仪器仪表使可能的远程测量湿度和温度和训练以外的教育实验室。所提出的方法可以远程进行真实的实验，使它可以使用虚拟在培养工程专业领域的学生那里是必不可少的练习时间。

关键词 虚拟仪器；测量；湿度；温度；数据采集；

1简介

虚拟仪器的出现与微电子与信息技术的发展技术。它补充了传统的能力仪器仪表。虚拟仪器是建立在个人计算机（PC）的基础，专业硬件和软件作为设备的屏幕被替换计算机显示器，和开关和按钮-由键盘和鼠标。此外在测量的构造仪器，虚拟仪器被广泛应用于自动化测量与控制系统的构建。实验室查看软件包（实验室虚拟仪器工程工作台）给建筑带来极大的方便虚拟仪器。它特别是面向数据采集工具的开发和控制。这个互联网的发明导致了发展网络测量和控制应用。基于互联网的测量系统提供了一个方便研究人员可以进行测试，他们的新平台发展。除了研究作业和进行远程监控和控制，使用虚拟实验室的训练目的越来越需要。在虚拟仪器的帮助下进行训练真正的实验 ，可以模拟许多参数的变化，并可以测试一些因素的影响这将是难以实现的实际条件。重要优点是实施自我教育的可能性学员通过互联网远程学习。

在这方面，本论文提出了一种基于计算机的数据采集系统（数据采集系统）和LabVIEW用于测量和监测的虚拟仪器可用于携带的温度和湿度真实的实验和监测这些参数，并在培养工程专业学生。建议的虚拟仪器仪表允许基于网络的实现测量，提供远程测量和远程学习，以及对校外学生的自学实验室。

2 数据采集系统

湿度和温度的测量是非常重要的在环境监测工作中要解决的问题食品的工艺过程，贮存条件，在温室里工作，室内空气控制。这个基于开发的微机系统的结构方案湿度和温度的测量显示在图1。

该系统是建立在传感器元件的基础上湿度和温度，测量模块用于连接传感元件的温度和湿度多功能模块数据采集与控制该。溶胶-凝胶法制备薄膜传感元件作为传感器元件的温度和湿度。湿敏元件的基础上的：二氧化硅，掺杂双；SiO2、TiO2和SiO2掺杂Ce掺杂；，首席执行官这些传感器元件分别由hum_i表示，hum_2，hum_3他们是阻抗型。他们的等效电路图最常包含电阻和并联电容器的电容[ 32，33 ]。温度传感元件的基础上，在不同温度。这些传感器元件分别表示ter_l，ter_2，ter_3。他们是NTC热敏电阻，改变其电阻随温度的变化他们被放置。

电脑

多功能信号采集卡

服务器

温度传感器元件

传感器模块

湿度传感器元件

图1.湿度和温度测量系统的结构图

湿度测量模块是建立在能斯特的基础交流电桥，可调差动放大器和精确幅度检测器。它是专为操作在15到93%的相对的范围内的传感元件湿度（相对湿度）。湿度的结构图测量模块为代表的图2。

单片机微处理器PIC 18F2520

可调放大器与检测器

脉冲宽度调制

USB端口

UART / USB转换器

电源供应5v

网桥

RC发生器

湿度传感器

图2.湿度测量模块的结构图

TN一安的桥式电路连接测量传感器元件及其邻近的臂-传感器元件相同的操作之一，以弥补温度影响。后者被放置在一个参考湿度对应的最小值测量范围（在这种情况下- 15%相对湿度），并在相同的测量湿度传感器元件的温度操作。在低水平提高模块的灵敏度相对湿度，差分放大器的增益和检测器由软件控制的多路复用器的改变包括在他们的结构。该模块具有电压输出在电子探测器的输出处形成的脉宽调制（脉宽调制）输出的比例为模拟输入信号处理后的相对湿度从picls系列单片机。

此外，它提供一个模块直接连接到个人电脑的机会通过USB接口，通过USB实现UART /转换器。温度测量模块是建立在一个555定时器。其结构图如图3所示。

它的目的是测量温度的范围内- 10至120°C.各自的termistor元件连接到在555定时器的时间设定电路多谐振荡器模式。从定时器电路的频率signalfis形成的，这似乎是一个输出信号的模块和测量温度的信息参数的信息。对热敏电阻的电阻变化的特点

作为温度传感元件的温度变化具有高度非线性和指数型。通过选择定时器的其他时间设置元素的值电路，非线性特性的特性（吨）减少和所需的输出频率范围为不同的传感元素的实现.

基于555定时器的变换器电路

电源供应5v

脉冲宽度调制

单片机微处理器PIC 16F1825

温度传感器

图3.温度测量模块的结构图

此外，在模块的输出，从图16家庭微控制器的脉宽调制信号成比例测量温度。测量模块

有电源，提供稳定的直流电压 5伏这些源被连接到网络的交替电压220V。

特点u =F（RH）f = F（t）分别对测量湿度和温度的模块在图4和图5。

图4.湿度测量模块中的特性

图5.温度测量模块的射频特性

为了确定所需参数的值—相对湿度RH和温度t测量量U和f，数学回归模型

的逆特征RH= Frsquo;(U)和t=Frsquo;(f)得到。为此，由最小二乘法，

逼近是由这些特性的多项式m阶（M lt;=N），分别，

在逼近中使用的点的数目。

自特征的相对湿度RH= Frsquo;(U)是高度非线性的，他们每个人分为2个部分，其中被发现近似类型（1）的相关数学模型。温度t=Frsquo;(f)近似多项式的类型（2）的整个测量范围。

对于输出信号的转换测量模块转换为数字代码，并连接到一台电脑上数据采集模块采用镍usb-6008使实现的单端（SE）（范围plusmn;IOV）或4差分（二）模拟输入的采样频率10kHz一计数器输入测量频率/时间区间。此外，该模块有12个数字输入/输出和2模拟输出。

3虚拟仪器

控制系统的操作，虚拟仪器（VIS）基于LabVIEW软件包已设计。本软件是基于开发环境的图形化编程language-g，设计工作gptb VXI、PXI接口，RS-232设备，rs-4s5，USB接口，以及使用该系统的数据采集板个人电脑的数据总线。它使用熟悉的术语和图标并解释程序的活动主要与图形符号而不是文本。模拟操作的实际设备使用硬件和软件。在实验室查看每一个虚拟代表面板：前面板和框图7。在前面面板，类似于面板的实际设备，控制工具和指标定位。框图是程序这就决定了相应的虚拟的功能仪表。

A对湿度的测量

虚拟仪器的数据采集 Hum Measurement.vi 一直被设计测量潮湿的—湿度测量模块端各湿度传感元件。前面图6中的面板和框图

最大值最小值偏 差 平 均值

统计

相对湿度

传感器选择

湿度测量

图6.虚拟仪器的数据采集 Hum Measurement.vi前面板a和方框图b

第六是为操作时，输出的输出测量湿度模块被连接到一个模拟电压采集卡的USB ni-600s模块输入。配置的物理信道是从快递图书管经过虚拟仪器的数据采集助手。

工作的传感器（hum_i，hum_2或hum_3）选择通过开关壳体结构的声___选择，控制开关传感器选择。对于所使用的传感器的每一个介绍数学模型（Ⅰ）的特点用“公式”表示虚拟仪器。对于每个传感器

元素引入了各自的电压模型范围。在方框图中设置了一个阈值电平，并且当到达它的相应的数学模型切换。

模拟和数字显示在面板上使用显示相对湿度的当前值。他们使监测的最小和最大测量相对湿度值通过“最小值”和“最大值”价值指标。此外，统计估计的平均值和标准偏差的确定和可视化。他们是计算的基础上，其数量是由数据采集助手设置。

完成测量后，停止按钮按下，位于虚拟仪器的前端。然后测量结束，并允许对话框打开文件的路径和文件名的选择以保存测量数据。

B对温度的测量

虚拟仪器数据采集temp_measurement.vi已为温度测量而设计的温度测量模块。前面板和框图第六是在图7。

温度

统计最大小值偏差 平均值

时间间隔 热敏电阻选择 循环次数

温度

频率

温度测量

图7虚拟仪器数据采集temp_measurement.vi的前面板和方框图

配置数据采集USB通信信道NI-6008模块表达虚拟仪器的数据采集辅助使用。有机会与三温度传感元件。特定传感器的选择元（ter_l，ter_2或ter_3）是利用“termistor选择开关，控制箱结构更好的选择。通过“公式”的数学模型的特征（2）的传感器模块，包括介绍相应的温度传感器。

在面板上显示模拟和数字指标呈现的信号频率的电流值从传感器模块和测量温度。一虚拟示波器监测温度变化时间。阅读的最大和最小的指标温度，和统计估计-平均值和标准偏差定位于前面板。在一个测量周期的时间可以被设置为“时间”间隔的控制和测量的数量统计估计数的确定--由“数量”循环控制。

测量结束时按停止按钮，对于温度的测量值可以保存在文件。

4 基于网络的测量

互联网提供了一种新的媒介，创造各种各样的研究和教育用途的应用。内置LabVIEW Web服务器用于对网络组织测量和控制。客户站只需六支持。此支持提供安装无论是LabVIEW和LabVIEW运行时引擎程序自动添加必要的软件组件虚拟仪器的开控系统通过互联网或本地网络。

服务器需要LabVIEW软件安装。这个内置LabVIEW的HTTP服务器提供访问和消费者使用的可视化程序。在某个时候，只有一个用户可以使用一个虚拟仪器，其他的可以监视

仪器的性能结果。曾经请求来自用户控制某一虚拟仪器，HTTP服务器检查是否加载并使用另一个用户。如果这两个条件得到满足，它允许访问控制请求虚拟仪器。操作完成后保存必要的数据，用户必须释放控制的虚拟仪器，以便它可以被另一个用户使用。传输控制协议

连接是用于访问和控制虚拟仪器从服务器。用这种连接当虚拟仪器被用户控制的数据被保存，没有任何风险数据丢失的链接到服务器将不会被关闭，直到用户自己不这样做。

一个嵌入式虚拟仪器的HTML网页的创建通过使用网络发布工具，从主菜单“工具LabVIEW的。从下拉菜单的名称，VI是选择被集成到HTML文件。默认情况下，它显示当前VI的标题。选择另一个使用“浏览”选项。

有一个选择的三种类型的视图的虚拟面板上互联网页面：

bull;内置工具-它可以控制的虚拟；

bull;图像-它显示了一个静态图像的VI面板；

bull;监控-它提出的第六图像被刷新一定时间间隔。刷新时间在几秒钟内指定

网页发布工具提供了一个标题的选项对网页的创建和进入一个c1aritying文本虚拟仪器。同时测量温度和湿度。这VI集成到一个HTML页面如图8了。

停止

相对湿度

温度

湿度温度测量

湿度温度测量

图8.VI humidity_ and_ temperature.vi集成到一个HTML页面

温度和测量模块的数据湿度进入usb-6008输入频率和电压信号类型。他们被转换成数字形式，进入安装编程环境LabVIEW上位机。同样，其余的开发VI可以集成到HTML页面。

通过发达国家的学生有了湿度和温度测量的机会，他们可以选择各种传感器连接测量基于计算机的测量模块和数据系统。他们也有机会在实践中引入传感器模块特性的数学模型，监测测量值的变化及其统计估计以及将结果保存到一个文件中。它也可能的替换传感器元件，分别-数学模型，学生必须获得并进入对应的可见光。

当使用LabVIEW的HTTP服务器可用，学生可以在这两种教

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