基于普通数据采集卡的虚拟远程温度控制系统[图]

摘要：为了降低系统的成本和提高LabVIEW的通用性，提出了采用普通数据采集卡来构建虚拟远程温度控制系统，可完成温度测控、数据存取、曲线打印、错误事件处理和数据远程通信等功能。实验结果表明本系统有比较好的测试和控制效果，并可方便进行远程测控，实现了LabVIEW与普通数据采集卡的完美结合，比传统测控系统有更好的灵活性和开放性。

自20世纪90年代以来，随着计算机技术的迅猛发展，虚拟仪器技术在数据采集、自动测试和测量仪器领域得到广泛应用，促进和推动测试系统和测量仪器的设计方法与实现技术发生了深刻的变化。从定义上看，虚拟仪器似乎只是新一代的测量仪器。然而虚拟仪器所具有的诸多特点使其早已突破测试领域的范围，在控制领域也得到越来越广泛的使用。目前，虚拟仪器在国外的应用已经非常普及，在控制领域的应用也越来越多，在国内已有很多院校的实验室引入了虚拟仪器系统，清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验。

LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench)的简称，是美国国家仪器公司(NATIONAL INSTRUMENT，简称NI)的创新软件产品，是目前最流行的虚拟仪器开发平台。然而LabVIEW驱动程序库中提供的驱动程序均是面向NI公司生产的数据采集卡(DAQ data acquisition board)的。对于非NI公司的板卡，由于“Measurement＆Automation”软件不可识别，所以LabVIEW环境下不能直接对其进行驱动。而NI公司生产的板卡价位较高，对于国内大多数用户来说难以接受。本文利用调用动态链接库机制在LabVIEW中实现了对通用板卡UA201D的驱动，解决了LabVIEW与国内普通数据采集卡的尴尬局面。完成了在LabVIEW环境下利用普通数据采集卡实现对温度信号的采集、调理，实现远程测量和控制，测量数据的实时显示、存储和读取，并能在网络上发布。

1 系统构建方案

根据采用总线的不同及其相应的I/O接口硬件设备，虚拟仪器的构成方式主要有5种类型：PC-DAQ系统、GPIB(General Purpose Inter-face Bus)系统、VXI (VME Bus Extensions for Instrumentations)系统、PXI (PCI Bus Extensions for Instrumentation)系统和串口系统。本系统采用了PC-DAQ方式，它是以数据采集板、信号调理电路及计算机为仪器平台组成的插卡式虚拟仪器系统。

本系统由温度测量电路、信号调理电路、数据采集卡、计算机和温度控制电路组成。系统组成框图如图1所示。

电阻炉是热加工设备，其温度为被控对象；温度传感器采用Pt100铂热电阻，用来测定电阻炉的温度，测温范围设置为0～200℃；信号调理模块将热电阻输出的微小电压转换成数采集卡可识别的0～+5V的信号；数据采集卡采用北京优采公司生产的PCI总线数据采集产品UA201D，有效的将外部硬件设备与计算机相连；双向晶闸管是执行器件。炉温由热电阻测量，热电阻输出的电信号经信号调理模块放大、滤波后，再经过数据采集卡进入计算机，计算机根据炉内实际温度和系统的给定温度求出偏差，再利用PID控制算法求出系统的输出控制信号，并将此信号转换为控制后端电路工作的高低电平，通过数据采集卡输出给外部双向晶闸管，改变输入给电阻炉的功率，从而改变炉内的温度，最终达到控制温度的作用。

2 系统硬件设计中的关键技术

系统硬件电路如图2所示，上面部分是测温电路，下面部分是温控电路，这两部分电路的设计主要涉及到测温电路中传感器铂电阻的使用和温控电路中执行器件双向晶闸管技术。

2.1 Pt100的使用

Pt100温度检测器是一种以白金(Pt)做成的电阻式温度检测器，属于正温度系数热电阻传感器。选用WZP-120型铂电阻温度传感器。其主要技术参数如下：

测量范围：-200℃～+850℃；
     允许偏差值△℃：B级±(0.30+0.005|T|)；
     热响应时间<30s；
     允通电流≤5mA。

2.2 BTA12的使用

本系统所用的执行器件是双向可控硅，又称双向晶闸管，型号为BTA12。控温所用可控硅电路的任务是通过调压来实现交流调功。通常，由晶闸管实现交流调压的途径有两条：一是调相，二是脉冲调功，在此使其工作在脉冲调功方式，相对于前者而言，这种方式具有不对电网造成严重污染和干扰其它用电设备的优点。