基于LabVIEW的窖池溫度監(jiān)測系統(tǒng)

(四川理工學(xué)院自動化與信息工程學(xué)院 四川 自貢 643000)

基于LabVIEW的窖池溫度監(jiān)測系統(tǒng)

周曉陽姚毅

(四川理工學(xué)院自動化與信息工程學(xué)院四川自貢643000)

在濃香型白酒的發(fā)酵過程是一個厭氧型微生物發(fā)酵的過程，因此傳統(tǒng)的發(fā)酵方式在溫度測量時其工序復(fù)雜，耗費的人力物力極大。本檢測系統(tǒng)基于LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計了一種新型的窖池測量系統(tǒng)，極大地解放了測量人員的勞動強度。

溫度測量；虛擬儀器；DAQ;發(fā)酵過程

我國有數(shù)千年的白酒釀造歷史，其中濃香型白酒更是數(shù)千年歷史中的瑰寶。濃香型白酒目前使用的是固態(tài)發(fā)酵，在發(fā)酵過程中，溫度對于發(fā)酵的影響極為關(guān)鍵。溫度較高則容易使糟子發(fā)糊發(fā)燒，溫度過低則發(fā)酵緩慢[1]。因此，設(shè)計一款能夠?qū)崟r采集、保存、指示報警窖池溫度數(shù)據(jù)的系統(tǒng)對于實際生產(chǎn)具有重大意義。

一、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要由熱敏電阻、差分放大電路、DAQ卡、PC組成，圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

(一)溫度傳感器的選擇

在發(fā)酵的過程中窖池內(nèi)溫度保持在15～38℃，因此市面上幾乎所有的傳感器都能滿足這個測溫范圍[2]。但由于窖池內(nèi)的環(huán)境復(fù)雜性，因此對于傳感器的耐蝕性和防液體能力較高。本設(shè)計使用的溫度傳感器為德國賀利氏AA級PT100鉑熱電阻，其精度達到了±0.10+0.0017∣t∣℃。圖2為溫度在0～49℃時該熱敏電阻的溫度-阻值曲線。

圖2 Pt100在0～49℃的阻值曲線

由賀利氏Pt100在0～49℃的阻值分布表和阻值曲線可看出，該傳感器在0～49℃內(nèi)的阻值變化時極為線性的，滿足我們對熱敏電阻的要求。

(二)測溫電路

由于傳感器采用了熱敏電阻，我們需要將電阻值轉(zhuǎn)化為0～5V的電壓信號才能供采集卡采集[3]。故設(shè)計了該測溫電路，該電路為反向差分放大電路，放大倍數(shù)為150倍。該電路一共兩個作用：1、將電阻變化轉(zhuǎn)為電壓值輸出，2、將電壓放大到可采集的范圍內(nèi)以提高精度。

測溫電路設(shè)計如圖3所示，先調(diào)節(jié)VR1，使圖中A點的電壓值u恒定為3.800V。當(dāng)溫度為0℃時，Pt100的阻值為100Ω，此時，運算放大器兩端差分信號為0，因此輸出為0；當(dāng)溫度為49℃時，輸出為4.870V。經(jīng)過放大之后，測量的數(shù)據(jù)可靠性和精確性將大大增加。

圖3 反向差分放大測溫電路

(三)數(shù)據(jù)采集卡

本設(shè)計采用了江蘇恒瑞鋒測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)的USB_HRF4626基本版數(shù)據(jù)采集卡。該采集卡是一種基于USB總線的高速高精度同步數(shù)據(jù)采集卡，采集精度較高的同時成本較低。該采集卡具有8路16位高精度高速同步AD，可實時采集多路模擬量，并能實時將高速采集的數(shù)據(jù)保存至設(shè)定好的文件夾中。

二、上位機

(一)虛擬儀器VI

LabVIEW(laboratory virtual instrument engineering workbench)程序稱為虛擬儀器程序，簡稱VI，VI包括三部分;前面板、程序框圖和圖標(biāo)/連接器[4]。

LabVIEW采用圖形化的編程。具有直觀而靈活的圖形化編程界面，使得開發(fā)人員的編程工作得以簡化[5]。圖4為典型的虛擬儀器結(jié)構(gòu)方框圖

圖4 典型的虛擬儀器結(jié)構(gòu)方塊圖

同時，LabVIEW設(shè)計的程序可以最終生成exe程序，這樣大大方便了程序的移植性。

(二)窖池溫度檢測程序

該上位機的程序流程圖如圖5所示

圖5 溫度檢測程序流程圖

由于經(jīng)過前端電路而得到的采集卡的數(shù)據(jù)是電壓信號，因此在此處需設(shè)計一個程序，將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為溫度數(shù)據(jù)，其計算公式如下

(1)

ΔR=R-100

(2)

(3)

其中Δu為數(shù)據(jù)采集卡采集到的電壓值，單位為V，u為通過反向差分放大電路調(diào)節(jié)VR1得到的恒壓值，其中u=3.8000V，R為Pt100的實時阻值，ΔR為Pt100從0℃之后溫度上升的過程中的實時阻值與0℃時的阻值之差，R與ΔR的單位都為Ω，T為實時溫度，單位為℃。

通過式(1)(2)(3)，聯(lián)合求解可以得到最后的式(4)

(4)

按照式(4)設(shè)計的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序如圖6所示。

圖6 電壓轉(zhuǎn)溫度程序

(三)窖池溫度檢測系統(tǒng)前面板

前面板由于面向的使用者為技術(shù)人員與現(xiàn)場的工作人員，要求面板的設(shè)計簡潔、有效、易識別和讀取?；谶@幾個原則，設(shè)計了如圖7的檢測系統(tǒng)的前面板。

圖7 窖池溫度檢測系統(tǒng)前面板顯示

三、結(jié)語

本文基于LabVIEW與數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計了一種性價比高，采集數(shù)據(jù)精確的窖池溫度測量系統(tǒng)。經(jīng)現(xiàn)場測量，與實際溫度差距的誤差在±0.03℃，在保證了較好的測量精度的同時盡量地降低了設(shè)計和生產(chǎn)成本。

[1]吳衍庸等.濃香型曲酒微生物技術(shù)[M].1.成都:四川科學(xué)技術(shù)出版社,1986:17-21.

[2]時曉，周二干，陳力，滕琳.淺談濃香型酒醅發(fā)酵溫度[J].釀酒科技,2012(2):67-69.

[3]唐軍，羅德雄，杜秀君.基于PT100的溫度測量系統(tǒng)設(shè)計[J].電子測試,2016(18):29-31+130.

[4]張華，鄭賓，吳曉棟.基于LabVIEW的溫度測試系統(tǒng)[J].電子器件,2013,36(2):243-246.

[5]鄭立君，劉桂禮.基于LabVIEW和多傳感器融合技術(shù)的數(shù)據(jù)中心濕溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].信號與系統(tǒng),2015,21(1):34-38.

白酒標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)過程實現(xiàn)智能控制應(yīng)用研究；

周曉陽(1992-)，男，在讀研究生，四川理工學(xué)院自動化與信息工程學(xué)院，研究方向:智能測試與專家系統(tǒng)。

計劃編號：2015JY0208；