采用LabVIEW软件系统实现室内气流测量仪表的设计

来源：华体会官方网页登录入口发布时间：2023-12-29 23:04:33

在暖通空调领域，随着测试技术的发展及测试要求的逐步的提升，一些具有与计算机直接通信功能的高精度温湿度测试仪表已经在科研和工程中被普遍的应用。然而对于整个检测系统而言，单个仪器本身存在一些限制：仪器本身只能显示某一时间点的数据，不能看到参数的实时变化趋势；仪器本身缺乏数据处理能力，而某些测试场合需要不同测量仪表所测参数进行计算而得出有利用价值的分析指标，比如PMV（预测平均评价）、PPD（预测不满意百分比）；受仪器本身记忆卡内存的限制，仪器只能存储有限量个数据。与此同时，各个品牌的仪表与计算机通信的方式不完全相同，有RS232串行通信、GPIB总线通信等。因此，如何把这些仪表整合到同一个平台上，开发一个功能强大的综合检测系统已成为一个新的工程应用方向。

本设计采用一款多功能的室内气流测量仪表，通过选不一样的探头，测量温度、湿度、风速、风压、风量、二氧化碳浓度、湿球温度、露点温度及水蒸气含量等参数。仪表自身带有信号输出功能，通过USB或者RS 232接口可以直接与计算机进行通信。但是在整个检测系统中，还需要与其他测量仪器所测试参数结合在一起做多元化的分析，系统软件LabVIEW就能满足这个要求。

LabVIEW是美国国家仪器公司推出的创新软件产品，是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境，被视为一个标准的数据采集和仪器控制系统软件。它既能够最终靠波形图像动态实时地显示仪器测得的数据，又可以实时分析处理波形，显示数据，得到用户最终需要得到的各种参数，从而避免等到采集结束后一定要通过其他的软件来进行数据处理的问题。

LabVIEW软件最大的特点是，可以把不同通信协议与通信方式的仪器综合地开发到同一平台上，其包含了各种仪器通信总线标准的功能函数，不仅提供数百种不同接口测试仪器的驱动程序，还支持VISA，SCPI和IVI等最新的程序软件标准，为用户设计开发不同的先进检测系统，提供软件支持。本设计通过应用Lab-VIEW的 VISA节点，设计一种USB串口通信程序。

本设计的目标是通过温湿度、风速等测试仪表采集实时数据，通过对数据的分析计算，得出热舒适的PMV和PPD，设计原理如图1所示。要实现该功能，首先一定要解决数据采集问题，即仪器与LabVIEW之间的通信程序；其次是要编写计算PMV与PPD的程序。

LabVIEW中的 VISA节点用于串口通信。通过LabVIEW中VISA函数实现串口初始化、串口写、读、检测并清空缓存、关闭来实现仪器与LabVIEW通信。在程序运行时，测量仪器设置为USB连接。程序运行时能够最终靠循环间隔时间设置采集时间间隔。

通过文件 I／O函数进行采集数据的记录与保存。通过打开、格式化、写入、关闭文本来实现采集数据的记录。

通过生成表格和波形图来显示在线数据。由于电子表格和波形图输入必须是数值，而读取缓冲区的数据是字符串，在程序设计时必须对字符串与数值进行转换，才能在波形图中显示。

通过反应人体对热平衡的偏离程度的人体热负荷得出PMV指标，计算公式如下：

式中：M为人体能量代谢率（单位：W／m2）；W为人体所做机械功（单位：W／m2）；Pa为人体周围水蒸气分压力（单位：Pa）；ta为人体周围空气温度（单位：℃）；fcl为服装面积系数；tcl为衣服外表面温度（单位：℃）；tr为平均辐射温度（单位：℃）；hc为对流换热系数（单位：W／（m2·K））；Icl为服装热阻（单位：m2·℃／W）；var为平均风速（单位：m／s）。

针对以上五个公式，运用LabVIEW编写PMV，PPD计算程序。由式（2）可知，tcl的计算是一个迭代过程，它通过LabVIEW中While循环结构实现；hc，fcl通过条件结构可以进行判断，最后将式（2）～式（4）代入式（1）求出PMV。具体程序如图2所示。

为了验证程序的正确性，运用Matlab编写相同的计算程序，与LabVIEW计算结果比较。通过一天测试的结果，比较曲线所示。由图可看出，不管是变化趋势，还是各个测试时刻的数据点都完全吻合。由此得出，LabVIEW的数据后期处理功能强大且稳定。

图4显示了数据采集以及PMV，PPD计算的在线个参数rh，ta，v，tr与输入参数m，CLO一起通过程序运算，得到PMV，PPD结果。

某些检测系统在工程运用中会出现随着系统连续运行时间的延长，而采样速度越来越慢的情况，直到系统崩溃。这里检验采样频率对检测系统的影响。本设计中仪器的最高出样频率为10 Hz。实验中，分别采取了10 Hz，8 Hz，4 Hz的采样频率对检测系统进行连续测试，测试结果如图5所示。由图可看出，采样频率随着测试时间的延长，不断的衰减。采样频率越高，衰减的越快，越迅速。当以10 Hz采样时，系统运行不到5 min就开始崩溃；当以4 Hz采样时，系统也只能平均运行30 min。不管是采用高的采样频率，还是低的采样频率，只要是系统连续运行，系统早晚都一定会出现崩溃。因此，能得出，采样频率不是导致检测系统崩溃的原因。

测试系统通过创建文件记录数据，波形显示记录数据，表格显示记录数据三种方式来记录数据。鉴于上面提到的计算机运行崩溃的问题，在10 Hz的采样频率下，分别测试在三种记录数据的情况下计算机的运作情况。图6表示了以10 Hz的采样频率测试时计算机CPU和内存的运用情况。从图中看出，创建文件和波形显示记录数据时，计算机的运行稳定，CPU使用率在7％左右，内存占用 75 000 KB左右；当采用表格记录数据时，系统一开始运行，计算机的CPU使用率和内存占用空间都在不断升高，直到系统运行到4 min时，CPU的使用率达到100％，系统崩溃。

在4.2.1节中系统以10 Hz采样时，采样频率也是在第4 min的时间开始衰退，两者出现的时间点吻合。鉴于上面讲述的情况，实验发现，当LabVIEW系统采用内置表格记录数据时，记录的数据不断占用系统内存，直至计算机崩溃，最后导致检测系统的崩溃，使得出现采样频率持续衰减的现象。

鉴于以上问题的所在，在进行系统改进时，还是采用三种方式记录数据，只是在表格记录数据时，限制表格记录数据的内存大小。经过改进后的程序以10 Hz的采样频率测试，测试结果如图7所示。从图中看出，改进后的检测系统在连续运行5 h，采样频率依然稳定，计算机内存只是在开始的3 min内增加，之后到达一个稳定值。CPU的使用率同样是在开始的3 min内有所增加，之后迅速回到7％并保持稳定。

该系统经过长时间的测试，运行稳定。实验根据结果得出，通信安全、可靠；计算机得到了实时准确的测量数据；程序对测量数据的后期处理功能强大，界面友好美观，能满足多数场合下的热舒适性测试。不足之处在于传输速度不高，传输距离不远，这是受到串口通信的限制。另外，由于系统内存大小的限制，实时看到的数据量有限，所有测试数据必须等测试结束后打开文本查看。本设计为10通道串口通信热舒适检测系统，至于不是串口通信的测量仪器，只要能提供输出信号，采样同样的方法也能接入到本检测系统中。目前，该系统已经运用于小空间热舒适的测试。然而，现在的实测中需要测试几百，甚至几千几万个点，最终得出整个测试区域的温度场、湿度场、浓度场等，进而可以与计算机模拟场作比较，因此，通过上述研究的方法实现测试点扩张成为后续要解决的问题。

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上两节分别解决了基本状态机的第（1~5）个问题，但是是不是具备一种模式能够综合队列型状态机模式和用户界面事件型模式的优点呢？这样做才能够同时避免基本状态机的第（1~5）个问题。答案是肯定的，本节将介绍如何将状态机与事件结构结合起来形成一种新的、稳定的模式。状态机模式的基本构成元素是while循环和case结构，而事件结构模式的基本构成元素是while循环和event结构，因此新的模式应该由while循环、case结构和event结构组成。而while循环的目的是为了能够更好的保证程序的持续运行，因此必须在最外层，这样就只剩下了图 20所示的两种组合方式。在第一种方式中，每次循环的运行需要经过一个事件结构才可以在一定程度上完成case中各个分支的运行，那么到

程序设计模式(四)—状态机和事件结构的结合 /

挑战：通过PXI 控制板卡和LabVIEW软件，构建一套比较完整齐全的PCB板的功能测试(FCT)系统，利用该系统可实现对音频视频以及各种静态参数（电压、电流、频率）的综合性全自动测试，对于新开发生产的PCB板，工厂无需频繁更换测试硬件，只要添加制作一个测试夹具，重新连接线路，利用LabVIEW开发编写测试软件即可。应用方案：使用NI公司的PXI控制硬件平台结合NI的图形化编程软件LabVIEW快速并成功的开发构建出一个经济、灵活的PCB板功能检测系统(FCT检测系统)。该系统采用的PXI 控制板卡能轻松实现对音频、视频以及各种静态参数(电压、电流、频率)的综合性全自动测试，并且通过LabVIEW软件编程能轻松实现兼容GPIB,

1.前言随着数字化变电站和智能电网建设步伐的加快，电子式互感器得到了迅速的发展。电子式互感器包括电子式电流互感器和电子式电压互感器两种。为了能够更好的保证电子式互感器的准确度，确保系统安全、稳定，需要对互感器进行校验。电子式互感器校验系统用来对电子式互感器的比差和角差进行校验。与传统互感器相比，电子式互感器在测量原理、结构和输出信号的方式上发生了根本的变化，其校验原理和方法与传统互感器校验原理和方法完全不同，因此传统互感器的校验方法不能应用到电子式互感器的校验中。 LabVIEW是一种图形化的编程语言（G语言），有别于传统的文本式的编程语言，它将各种功能封装成函数模块，能快速建立系统的图形用户界面，具有开发效率高，开发周期短的特点，

门禁，又称出入管理控制管理系统，是一种管理人员进出的数字化管理系统。目前，随工业自动化的发展和人们对应用需求的逐步的提升，门禁监控系统得到了慢慢的变多的应用，但传统的门禁监控系统一般都会采用门禁控制和视频图片摄录相分离的实现办法，这给现场布线带来了很多的不便，同时其成本也会大幅度的提升。在该方案中提到的基于ARM9与Linux的嵌入式门禁监控系统集门禁控制和图片摄录功能于一体，并详细描述了其系统的软件设计。本门禁系统使用B／S软件架构，采用嵌入式服务器boaserver，结合CGI技术，嵌入式数据库以及嵌入式图形库来实现门禁系统的需求。 1 系统工作原理及组成 1．1 系统工作原理本门禁监控系统采用B／S

设计 /

重新启动计算机，完成LabVIEW 8.2的配置，就能开始运行LabVIEW 8.2了。用户都能够通过以下几种方式运行LabVIEW 8.2。（1）通过桌面快捷方式运行LabVIEW程序；（2）进入LabVIEW 8．2安装路径，双击 LabVlEW．exe 运行程序；（3）在开始菜单中选择开始所有程序 National Instrument LabVIEW 8.2 或开始所有程序 National Instrument LabVIEW 8.2 LabVIEW ，运行程序。运行LabVIEW 8.2应用程序，经过自动初始化窗口之后，出现图1所示的LabVIEW 8.2启动窗口。

8．2 /

软件控制设计方面，根据LED图文显示屏系统的具体实际的要求，按照工程实际需要，具体设计了四个模块：编辑功能模块，字模提取模块，效果添加及预览模块，通讯模块。本文将对这四个模块逐一进行描述。 1引言跟着社会的慢慢的提升与发展，人们在获取信息的同时，也对信息获取的方法和信息质量有了更高的要求，传统的信息显示方式正逐步被LED显示系统所取代。因此，如何开发出灵活、高效的控制管理系统是一个非常有意义的研究课题，本文从工程实际出发，设计了LED显示屏控制管理系统，从信息的编辑、提取、显示和控制等方面做研究，开发出通用的控制管理系统，为LED显示屏的应用提供良好的基础。 2系统功能 2.1目标设计 LED显示屏控制管理系统主要是通过图文控制器实现LED

的开发 /

为了解决基于LabVIEWFPGA模块的DMAFIFO深度设定不当带来的数据不连续问题，结合LabVIEWFPGA的编程特点和DMA FIFO的工作原理，提出了一种设定FIFO深度的方法。对FIFO不同深度的实验表明，采用该方法设定的FIFO深度能够比较好地满足系统对数据连续传输的要求。研究结果对深入展开研究和工程设计具有一定的指导意义。引言数据进入FPGA的速率高于传出的速率，持续的传输会造成数据的溢出，断续的传输可能会造成数据不连续。使用基于LabVIEW FPGA的DMA FIFO作为主控计算机和FPGA之间的缓存，若DMAFIFO深度设置的合适，FIFO不会溢出和读空，那么就能实现数据输出FPGA是连续

FPGA模块实现FIFO深度设定 /

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