基于NIUSB-6009數(shù)據(jù)采集卡

的溫濕度實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)

講解人：劉祥2011年10月Thesoftwareistheinstrucments!

一設(shè)計(jì)要求

實(shí)現(xiàn)利用一個(gè)有網(wǎng)絡(luò)連接的計(jì)算機(jī)通過普通IE瀏覽器時(shí)時(shí)測(cè)量某一地點(diǎn)的溫濕度及觀看此地點(diǎn)的實(shí)時(shí)畫面。所測(cè)地點(diǎn)有一臺(tái)能運(yùn)行LabVIEW且聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)作為服務(wù)器。

二所用器件

NIUSB-6009+12V開關(guān)電源溫濕度變送器(JWSK-6VBC02B)網(wǎng)絡(luò)攝像頭IP03

三器材介紹（1）NIUSB-6009

8analoginputsat12or14bits,upto48kS/s;

2analogoutputsat12bits,software-timed;

12TTL/CMOSdigitalI/Olines;

One32-bit,5MHzcounter;

在本次設(shè)計(jì)中，只用到兩個(gè)模擬信號(hào)輸入端AI0（引腳2和3）和AI3（引腳11和12），分別采集來自傳感器的溫度電壓信號(hào)和濕度電壓信號(hào)。

（2）溫濕度變送器供電：DC12V輸出：0—5V測(cè)溫范圍：-40—120℃濕度范圍：0—100%RH共有紅﹑黑、藍(lán)、黃四根線，分別接+12V地﹑濕度通道（AI3+）﹑溫度通道（AI0+）。

此次設(shè)計(jì)所用型號(hào)為:

JWSK-6VBC02BJWSK-6VBC02B，根據(jù)技術(shù)參

數(shù)和選型參數(shù)即可知道該產(chǎn)品

的各項(xiàng)指標(biāo)，簡(jiǎn)便明了。

(3)百斯特開關(guān)電源型號(hào)S-145-12

直流輸出電壓12V

額定輸出電流12A

輸出電流范圍0~12A(14Am

直流輸出功率144W

波紋及噪音120mVp-p

直流電壓可調(diào)范圍10.6~13.2V

輸出電壓容差±1.0%

進(jìn)線穩(wěn)定度±0.5%

負(fù)載穩(wěn)定度±0.5%

效率80.5%

(4)網(wǎng)絡(luò)攝像頭IP03與IP-2031配合使用時(shí)可同時(shí)連接2支網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，實(shí)現(xiàn)同一網(wǎng)口共用2支攝像機(jī)，觀看兩個(gè)圖像功能，輕松組建成獨(dú)立式網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)系統(tǒng)直接接RJ45和電源，即插即用。利用iMultiView軟件對(duì)多個(gè)iCAMView進(jìn)行同屏監(jiān)視，并具有動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)錄像功能。本設(shè)計(jì)中單獨(dú)使用IP03，用電腦USB口驅(qū)動(dòng)，提供視頻信息。

四系統(tǒng)事物演示五使用LabVIEW編程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及處理六LabVIEW

網(wǎng)頁發(fā)布

在遠(yuǎn)程客戶端連接服務(wù)端面板之前，需要先配置并啟動(dòng)服務(wù)器中LabVIEW的Web服務(wù)器，而后在遠(yuǎn)程客戶端必須安裝LabVIEW

Run-Time引擎和VC2008MSMs_x86.msi才能通過網(wǎng)頁連接服務(wù)端VI面板。利用WebServer的好處是用戶無需任何的編程就能在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上通過網(wǎng)頁連接服務(wù)端的VI前面板進(jìn)行瀏覽和操作。但這種方式傳輸速率較低，在傳輸大量數(shù)據(jù)時(shí)有可能造成數(shù)據(jù)的丟失，故其較適合在數(shù)據(jù)傳送量不大的情況下使用。還有一些其他的網(wǎng)絡(luò)通信方式，對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)尤其是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議方面的要求很高，我也沒有多研究。

設(shè)計(jì)過程中的一些問題一：理論上電壓輸出波形應(yīng)該是很平穩(wěn)的直流波形，對(duì)于電壓，0到5V對(duì)應(yīng)-40到120℃，換算出溫度（t）與電壓(v)的對(duì)應(yīng)關(guān)系式：

t=32v-40(單位分別為攝氏度和伏特)剛開始測(cè)量時(shí)電壓波動(dòng)非常大，差不多有1V，而1V電壓相當(dāng)于32℃，實(shí)際上這是不可能的。當(dāng)時(shí)分析了很多原因，換了多個(gè)設(shè)備元器件測(cè)量分析了多個(gè)引腳電壓，最后分析認(rèn)為是溫濕度傳感器沒有很好的濾波電路。利用NIELVISII進(jìn)行頻譜分析，頻率為44kHz的噪聲幅值很大，另外還有很多頻率成分的噪聲。為了濾除這些交流噪聲，我們又設(shè)計(jì)了幾個(gè)低通濾波電路。經(jīng)過不斷改進(jìn)，最終使用了R=5.1kΩ，C=4.7×1000000pF=4.7×10^(-6)F,即截止頻率為

f=1/(2πRC)=1/(2×3.14×5100×4.7×10^（-6）)Hz=6.6Hz（截止頻率很低，高頻成分濾除）RC低通濾波電路經(jīng)過濾波，電壓輸出非常穩(wěn)定了，經(jīng)過再次測(cè)量，此濾波電路對(duì)電壓直流分量有一定的衰減，濾波前后直流電壓相差28mV，對(duì)應(yīng)于溫度δt=0.028×32℃=0.896℃，因此在LabVIEW程序處理中補(bǔ)償0.9℃。即

t=32v-39.10

對(duì)于濕度，0-5V電壓（v）對(duì)應(yīng)0-100%濕度（h），即有h=（100÷5）v=20v（單位分別為V,RH）

經(jīng)ELVISII萬用表測(cè)量，濾波前后直流電壓衰減了55mV,換算成濕度值為20×0.055=1.1，因此最終經(jīng)過補(bǔ)償，得到電壓與濕度值的關(guān)系式：

h=20v+1.1小補(bǔ)充：空氣濕度是指空氣潮濕的程度，可用相對(duì)濕度(RH)表示。相對(duì)濕度是指空氣實(shí)際所含水蒸氣密度和同溫下飽和水蒸氣密度的百分比值。相對(duì)濕度（Relativehumidity）用氣體中的水蒸氣壓（e）與其氣體的飽和水蒸氣壓（es）的比／用百分比表示∶rh=e/es×100%經(jīng)測(cè)定，專家認(rèn)為室內(nèi)最佳濕度如下：居室環(huán)境：40%-70%RH(相對(duì)濕度)

最有利的防病、治病環(huán)境：40%~55%RH

二：關(guān)于信號(hào)采集卡輸入方式信號(hào)源與測(cè)量系統(tǒng)的連接方法有差分方式(Differential)，參考單端方式（RSE），非參考單端方式(NRSE)。本次設(shè)計(jì)采用的是差分輸入方式，差分輸入的好處總結(jié)如下：（1）差分信號(hào)在低電平應(yīng)用時(shí)非常有效。因?yàn)槿绻粋€(gè)信號(hào)的電平非常低，那么這個(gè)信號(hào)就比較容易受到其他信號(hào)的干擾，而差分信號(hào)使這個(gè)信號(hào)的電平加倍。（2）由于差分信號(hào)是電平相同而且反向的兩根信號(hào)，不需要參考平面作為信號(hào)回路，這樣就不需要地平面或電源平面的連續(xù)性和完整性。（3）如果兩根信號(hào)都存在噪聲干擾，就可以通過相減來抵消噪聲，因此差分信號(hào)對(duì)共模干擾有著天然的免疫力。（4）相對(duì)于單點(diǎn)信號(hào)，差分信號(hào)的開關(guān)時(shí)序會(huì)比較精確，因?yàn)閱吸c(diǎn)信號(hào)受到噪聲干擾后時(shí)序或占空比通常會(huì)發(fā)生變化。

但差分方式也有一個(gè)弊端，每個(gè)信號(hào)占用兩個(gè)通道，例如本系統(tǒng)中溫度電壓信號(hào)連接了AI0和AI4，這樣就使通道利用率降低。參考單端方式（RSE）：（1）以系統(tǒng)地作為參考進(jìn)行測(cè)量（2）每個(gè)信號(hào)使用一個(gè)通道（3）不能抑制共模電壓

有多個(gè)AIGND，可防止信號(hào)之間

的相互串?dāng)_

非參考單端方式（NRSE）(1)每個(gè)信號(hào)使用一個(gè)通道

（2）以AISENSE為參考端進(jìn)行測(cè)量

（3）AISENSE是浮地端，不以地為

參考，只有一個(gè)

（4）不能抑制共模電壓

接地小結(jié)：對(duì)于接地信號(hào)，如果引腳夠用，果斷采用差分方式；如果不夠用，采用非參考單端方式，一般不用參考單端方式，因?yàn)檫@種方式中接地環(huán)路的電勢(shì)差會(huì)造成測(cè)量誤差，還會(huì)引入交流噪聲和直流漂移量。本系統(tǒng)只有兩路信號(hào)，通道完全夠用，因此采用差分方式。

三：網(wǎng)頁發(fā)布的實(shí)驗(yàn)效果并不理想，只是在實(shí)驗(yàn)室不同IP地址電腦之間實(shí)現(xiàn)的很好，離得稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)，例如在十二公寓，網(wǎng)頁就打不開了，我懷疑這主要是網(wǎng)速問題。因此此系統(tǒng)能否使用，還得看網(wǎng)絡(luò)給不給力。要是再加上視頻傳輸對(duì)網(wǎng)絡(luò)要求會(huì)更高，我覺得用現(xiàn)在的方式實(shí)現(xiàn)有些困難。又在網(wǎng)上查了查，可能需要換一些通信協(xié)議這次設(shè)計(jì)到目前為止還沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攝像頭畫面實(shí)時(shí)傳輸這一設(shè)計(jì)要求，接下來我會(huì)繼續(xù)研究，爭(zhēng)取盡快實(shí)現(xiàn)。

三：其他問題

使用NIUSB-6009和IP03時(shí)需要安裝驅(qū)動(dòng)，相關(guān)驅(qū)動(dòng)可以網(wǎng)上下載或者購買產(chǎn)品時(shí)也會(huì)贈(zèng)送。安裝時(shí)可能一個(gè)小小