基于LabVIEW的温湿度测量系统设计

基于NIUSB-6009数据采集卡

的温湿度实时测量系统设计

讲解人：刘祥2011年10月Thesoftwareistheinstrucments!

一设计要求

实现利用一个有网络连接的计算机通过普通IE浏览器时时测量某一地点的温湿度及观看此地点的实时画面。所测地点有一台能运行LabVIEW且联网的计算机作为服务器。

二所用器件

NIUSB-6009+12V开关电源温湿度变送器(JWSK-6VBC02B)网络摄像头IP03

三器材介绍（1）NIUSB-6009

8analoginputsat12or14bits,upto48kS/s;

2analogoutputsat12bits,software-timed;

12TTL/CMOSdigitalI/Olines;

One32-bit,5MHzcounter;

在本次设计中，只用到两个模拟信号输入端AI0（引脚2和3）和AI3（引脚11和12），分别采集来自传感器的温度电压信号和湿度电压信号。

（2）温湿度变送器供电：DC12V输出：0—5V测温范围：-40—120℃湿度范围：0—100%RH共有红﹑黑、蓝、黄四根线，分别接+12V地﹑湿度通道（AI3+）﹑温度通道（AI0+）。

此次设计所用型号为:

JWSK-6VBC02BJWSK-6VBC02B，根据技术参

数和选型参数即可知道该产品

的各项指标，简便明了。

(3)百斯特开关电源型号S-145-12

直流输出电压12V

额定输出电流12A

输出电流范围0~12A(14Am

直流输出功率144W

波纹及噪音120mVp-p

直流电压可调范围10.6~13.2V

输出电压容差±1.0%

进线稳定度±0.5%

负载稳定度±0.5%

效率80.5%

(4)网络摄像头IP03与IP-2031配合使用时可同时连接2支网络摄像机，实现同一网口共用2支摄像机，观看两个图像功能，轻松组建成独立式网络摄像机系统直接接RJ45和电源，即插即用。利用iMultiView软件对多个iCAMView进行同屏监视，并具有动态监测录像功能。本设计中单独使用IP03，用电脑USB口驱动，提供视频信息。

四系统事物演示五使用LabVIEW编程实现数据采集及处理六LabVIEW

网页发布

在远程客户端连接服务端面板之前，需要先配置并启动服务器中LabVIEW的Web服务器，而后在远程客户端必须安装LabVIEW

Run-Time引擎和VC2008MSMs_x86.msi才能通过网页连接服务端VI面板。利用WebServer的好处是用户无需任何的编程就能在远程计算机上通过网页连接服务端的VI前面板进行浏览和操作。但这种方式传输速率较低，在传输大量数据时有可能造成数据的丢失，故其较适合在数据传送量不大的情况下使用。还有一些其他的网络通信方式，对计算机知识尤其是网络协议方面的要求很高，我也没有多研究。

设计过程中的一些问题一：理论上电压输出波形应该是很平稳的直流波形，对于电压，0到5V对应-40到120℃，换算出温度（t）与电压(v)的对应关系式：

t=32v-40(单位分别为摄氏度和伏特)刚开始测量时电压波动非常大，差不多有1V，而1V电压相当于32℃，实际上这是不可能的。当时分析了很多原因，换了多个设备元器件测量分析了多个引脚电压，最后分析认为是温湿度传感器没有很好的滤波电路。利用NIELVISII进行频谱分析，频率为44kHz的噪声幅值很大，另外还有很多频率成分的噪声。为了滤除这些交流噪声，我们又设计了几个低通滤波电路。经过不断改进，最终使用了R=5.1kΩ，C=4.7×1000000pF=4.7×10^(-6)F,即截止频率为

f=1/(2πRC)=1/(2×3.14×5100×4.7×10^（-6）)Hz=6.6Hz（截止频率很低，高频成分滤除）RC低通滤波电路经过滤波，电压输出非常稳定了，经过再次测量，此滤波电路对电压直流分量有一定的衰减，滤波前后直流电压相差28mV，对应于温度δt=0.028×32℃=0.896℃，因此在LabVIEW程序处理中补偿0.9℃。即

t=32v-39.10

对于湿度，0-5V电压（v）对应0-100%湿度（h），即有h=（100÷5）v=20v（单位分别为V,RH）

经ELVISII万用表测量，滤波前后直流电压衰减了55mV,换算成湿度值为20×0.055=1.1，因此最终经过补偿，得到电压与湿度值的关系式：

h=20v+1.1小补充：空气湿度是指空气潮湿的程度，可用相对湿度(RH)表示。相对湿度是指空气实际所含水蒸气密度和同温下饱和水蒸气密度的百分比值。相对湿度（Relativehumidity）用气体中的水蒸气压（e）与其气体的饱和水蒸气压（es）的比／用百分比表示∶rh=e/es×100%经测定，专家认为室内最佳湿度如下：居室环境：40%-70%RH(相对湿度)

最有利的防病、治病环境：40%~55%RH

二：关于信号采集卡输入方式信号源与测量系统的连接方法有差分方式(Differential)，参考单端方式（RSE），非参考单端方式(NRSE)。本次设计采用的是差分输入方式，差分输入的好处总结如下：（1）差分信号在低电平应用时非常有效。因为如果一个信号的电平非常低，那么这个信号就比较容易受到其他信号的干扰，而差分信号使这个信号的电平加倍。（2）由于差分信号是电平相同而且反向的两根信号，不需要参考平面作为信号回路，这样就不需要地平面或电源平面的连续性和完整性。（3）如果两根信号都存在噪声干扰，就可以通过相减来抵消噪声，因此差分信号对共模干扰有着天然的免疫力。（4）相对于单点信号，差分信号的开关时序会比较精确，因为单点信号受到噪声干扰后时序或占空比通常会发生变化。

但差分方式也有一个弊端，每个信号占用两个通道，例如本系统中温度电压信号连接了AI0和AI4，这样就使通道利用率降低。参考单端方式（RSE）：（1）以系统地作为参考进行测量（2）每个信号使用一个通道（3）不能抑制共模电压

有多个AIGND，可防止信号之间

的相互串扰

非参考单端方式（NRSE）(1)每个信号使用一个通道

（2）以AISENSE为参考端进行测量

（3）AISENSE是浮地端，不以地为

参考，只有一个

（4）不能抑制共模电压

接地小结：对于接地信号，如果引脚够用，果断采用差分方式；如果不够用，采用非参考单端方式，一般不用参考单端方式，因为这种方式中接地环路的电势差会造成测量误差，还会引入交流噪声和直流漂移量。本系统只有两路信号，通道完全够用，因此采用差分方式。

三：网页发布的实验效果并不理想，只是在实验室不同IP地址电脑之间实现的很好，离得稍微远一点，例如在十二公寓，网页就打不开了，我怀疑这主要是网速问题。因此此系统能否使用，还得看网络给不给力。要是再加上视频传输对网络要求会更高，我觉得用现在的方式实现有些困难。又在网上查了查，可能需要换一些通信协议这次设计到目前为止还没有实现网络摄像头画面实时传输这一设计要求，接下来我会继续研究，争取尽快实现。

三：其他问题

使用NIUSB-6009和IP03时需要安装驱动，相关驱动可以网上下载或者购买产品时也会赠送。安装时可能一个小小