基于虛擬儀器的可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)

1、基于虛擬儀器的可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)一、 設(shè)計(jì)目標(biāo)：采用傳感器裝置檢測(cè)可燃?xì)怏w濃度信號(hào)，通過計(jì)算機(jī)LabVIEW編程，完成一整套可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集啟停，系統(tǒng)時(shí)間延遲控制、濃度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、濃度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析、濃度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)的波形圖表顯示和數(shù)值顯示、濃度越線報(bào)警功能，由模塊化的設(shè)計(jì)思想最終實(shí)現(xiàn)濃度采集的整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)。二、 設(shè)計(jì)原理如圖3-1所示為本次設(shè)計(jì)的總體框圖。氣敏傳感器QM-NG1采集得到濃度信息，采集卡采集到傳感器得到的信息數(shù)據(jù)后，通過I/O通道與LabVIEW軟件連接，通過LabVIEW軟件設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分析，處理，報(bào)警等功能，完成可燃?xì)?/p>

2、體濃度檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。圖3-1 濃度檢測(cè)設(shè)計(jì)總框圖三、 設(shè)計(jì)內(nèi)容1、 硬件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用氣敏傳感器QM-NG1。QM-NG1 是采用目前國(guó)際上工藝最成熟，生產(chǎn)規(guī)模最大的Sn02材料作為敏感基體制作的廣譜性氣體傳感器。該產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是對(duì)各種可燃性氣體以及有毒氣體具有高度的敏感性。如圖4-1為氣敏傳感器原理圖。元件工作時(shí)需要通電預(yù)熱一段時(shí)間，在元件沒有接觸氣體時(shí)，其電導(dǎo)率急劇增加，約1分鐘達(dá)到穩(wěn)定后可正常使用，這段變化在設(shè)計(jì)電路時(shí)可采用延時(shí)處理解決。元件在接觸標(biāo)定氣體后負(fù)載電阻兩端的電壓以較快的時(shí)間上升，在氣體離去后，電壓值會(huì)逐漸下降恢復(fù)。因此可以通過數(shù)據(jù)采集卡NI PCI-6221檢測(cè)壓值

3、（0-5V）的大小，根據(jù)電壓值與氣體濃度值的對(duì)應(yīng)公式，可以將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的濃度值，從而得到濃度值的大小。圖4-1 氣敏傳感器QM-NG1工作原理圖2、軟件設(shè)計(jì)如圖4-3所示為整體系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì)，圖4-4為前面板的數(shù)據(jù)顯示部分，圖4-5為程序框圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的控制、濃度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、濃度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析、濃度數(shù)據(jù)的顯示與統(tǒng)計(jì)、濃度越線報(bào)警模塊。圖4-3系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面板圖4-4 系統(tǒng)前面板數(shù)據(jù)顯示模塊圖4-5 系統(tǒng)程序框圖設(shè)計(jì)1、 系統(tǒng)控制模塊如圖4-6為系統(tǒng)控制模塊前面板設(shè)計(jì)圖4-6 系統(tǒng)控制前面板如圖4-7為控制模塊程序框圖。通過事件結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，設(shè)定“確定按鈕值改變”或者“取消

4、按鈕值改變”時(shí)執(zhí)行事件結(jié)構(gòu)中相應(yīng)程序。當(dāng)按下“開始采集”按鈕時(shí)，事件結(jié)構(gòu)控制運(yùn)行指示燈亮，從而輸入到條件結(jié)構(gòu)為真值，條件結(jié)構(gòu)程序執(zhí)行；當(dāng)按下“停止采集”按鈕時(shí)，事件結(jié)構(gòu)控制運(yùn)行指示燈滅，輸入到條件結(jié)構(gòu)的判斷值為假，從而程序暫停運(yùn)行；當(dāng)按下“停止”按鈕時(shí)，while循環(huán)條件不成立，程序停止運(yùn)行。通過“定時(shí)時(shí)間延遲控件”放置延遲時(shí)間函數(shù)，并用輸入控件給其設(shè)定延遲時(shí)間，從而可以控制系統(tǒng)每隔設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行一次濃度數(shù)據(jù)采集。 圖4-7 系統(tǒng)控制模塊程序框圖2、濃度數(shù)據(jù)采集如圖4-8所示，通過程序框圖中的“測(cè)量I/ODAQ助手”建立DAQ數(shù)據(jù)采集通道，配置DAQ采集通道與硬件采集通道匹配，選擇電壓采集，根

5、據(jù)采集到電壓的大小，通過線性變換轉(zhuǎn)換成相應(yīng)濃度值的大小，此處將采集到的電壓值（0-5V）放大20倍，對(duì)應(yīng)濃度為0-100ppm。圖4-8 數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖3、數(shù)據(jù)預(yù)處理采用數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊，將采集到的數(shù)組數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)據(jù)，方便濃度顯示等模塊的調(diào)用。此模塊采用數(shù)組子集函數(shù)，取出數(shù)字最低位數(shù)字，并通過數(shù)據(jù)類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換函數(shù)，將只有一個(gè)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度的數(shù)組類型轉(zhuǎn)換成單個(gè)雙精度數(shù)據(jù)類型，通過數(shù)據(jù)顯示控件和進(jìn)度條顯示燃?xì)鉂舛?。通過一維數(shù)組循環(huán)移位函數(shù)和For循環(huán)中的移位寄存器將每個(gè)數(shù)據(jù)依次移到最低位輸出。圖4-9為數(shù)據(jù)預(yù)處理程序框圖設(shè)計(jì)。圖4-9 一維數(shù)組向二維數(shù)組轉(zhuǎn)換程序框圖4、 濃度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析

6、圖4-10為濃度數(shù)據(jù)分析的前面板。圖4-10 平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差顯示模塊如圖4-11所示，選擇“數(shù)學(xué)概率與統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差與方差”，輸入采集到的氣體濃度值，可得到所采集數(shù)據(jù)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，并將其在數(shù)值顯示控件及垂直進(jìn)度條中顯示出來。圖4-11 平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差顯示模塊程序框圖5、 濃度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)與顯示圖4-12為濃度數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的前面板，圖4-13為數(shù)據(jù)的數(shù)組顯示部分前面板。圖4-12 濃度數(shù)據(jù)直方圖前面板圖4-13 數(shù)據(jù)顯示前面板數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：如圖4-14，選擇“數(shù)學(xué)概率與統(tǒng)計(jì)直方圖函數(shù)”，輸入數(shù)據(jù)為采集到的濃度數(shù)據(jù)，選擇XY圖顯示直方圖統(tǒng)計(jì)結(jié)果，橫坐標(biāo)X顯示濃度大小，縱坐標(biāo)Y顯示不同濃度數(shù)量統(tǒng)計(jì)，通過“

7、右鍵節(jié)點(diǎn)屬性Y標(biāo)尺范圍最大值、最小值”和數(shù)據(jù)輸入控件設(shè)定直方圖的Y標(biāo)尺顯示范圍。 圖4-14 濃度直方圖設(shè)計(jì)程序框圖數(shù)據(jù)顯示：采用二維數(shù)組存放采集到的濃度數(shù)據(jù)，由于采集到的數(shù)據(jù)是長(zhǎng)度為96的一維數(shù)組，一維數(shù)組在屏幕上顯示占據(jù)控件較大，所以將其轉(zhuǎn)換成了二維數(shù)組顯示。調(diào)用重排數(shù)組維數(shù)函數(shù)，將原來的一維數(shù)組轉(zhuǎn)換為16列，6行的二維數(shù)組，并通過顯示數(shù)組控件在前面板上顯示。程序框圖設(shè)計(jì)如圖4-15所示。圖4-15 濃度數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)程序框圖6、 濃度越線報(bào)警模塊圖4-16為濃度越線報(bào)警模塊前面板。圖4-16 濃度越線報(bào)警模塊前面板聲音播放：如圖4-17所示，調(diào)用輸入文件路徑函數(shù)與聲音播放函數(shù)，即可控制播放

8、相應(yīng)的聲音文件。 圖4-17 聲音模仿子VI設(shè)計(jì)如圖4-18所示，使用旋鈕輸入預(yù)警上限和報(bào)警上限值，并且在數(shù)值顯示控件中顯示設(shè)定的濃度值。判定當(dāng)輸入濃度大于設(shè)定的限制時(shí)，控制布爾型顯示控件分別發(fā)出黃色和紅色的閃爍報(bào)警，同時(shí)，調(diào)用聲音播放子VI，使其分別播放不同的報(bào)警聲音。在波形圖表中需要同時(shí)顯示濃度值、預(yù)警上限值、爆炸上限值，需要設(shè)置波形圖表屬性，使其以不同顏色顯示相應(yīng)的三條曲線。圖4-18 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)程序框圖五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象程序運(yùn)行時(shí)，按下“采集分析”按鈕，開始采集濃度數(shù)據(jù)，濃度曲線保持在幅值為8附近，當(dāng)可燃?xì)怏w釋放時(shí)，濃度曲線迅速上升，如果繼續(xù)釋放濃度，當(dāng)濃度值曲線越過預(yù)警濃度曲線后，濃度預(yù)警燈開始閃爍，并預(yù)警聲音開始報(bào)警，如果繼續(xù)增加濃度，達(dá)到爆炸限制時(shí)，爆炸指示燈閃爍，出現(xiàn)爆炸警告聲音。如果停止燃?xì)獾尼尫?，濃度曲線會(huì)逐漸下降，直到保持原來水平。此外，濃度直方圖會(huì)在設(shè)定的顯示范圍內(nèi)實(shí)時(shí)顯示濃度數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，打開數(shù)據(jù)記錄菜單，可以實(shí)時(shí)查看具體濃度值。圖5-1為剛釋放燃?xì)鈺r(shí)的前面板，圖5-2為濃度數(shù)據(jù)顯示結(jié)果。圖5-1 剛釋放燃?xì)鈺r(shí)運(yùn)行結(jié)果圖5-2 濃度數(shù)據(jù)顯示