基于LabVIEM 的煙霧報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

向紅娓 彭韜

（1.湖南化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南株洲 412000；2.株洲中車電力機(jī)車研究所有限公司，湖南株洲 412000）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，在給人們的生活帶來便捷的同時(shí)也增加了火災(zāi)隱患，尤其是在人口分布密集的城市[1]。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，在所有火災(zāi)中，家庭火災(zāi)占全國(guó)火災(zāi)的30%左右，這意味著家庭火災(zāi)幾乎每天都有發(fā)生[2]。如果火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能在最短的時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)，就可避免或大大降低不必要的損失。

為了減少火災(zāi)發(fā)生，降低損失，就需設(shè)計(jì)一款可靠性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性強(qiáng)的煙霧報(bào)警器系統(tǒng)。煙霧報(bào)警系統(tǒng)基于LabVIEM 編程，可根據(jù)實(shí)際需求修改遠(yuǎn)程端的操作指令，具有靈活性[3]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，基于Lab‐VIEM編程的煙霧報(bào)警系統(tǒng)能滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

1 系統(tǒng)硬件選項(xiàng)與設(shè)計(jì)

1.1 傳感器的電路設(shè)計(jì)

本次設(shè)計(jì)選用Mq-2 型傳感器[4]。QM-N10 起到感應(yīng)煙霧濃度的作用，主要將感應(yīng)到的煙霧信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)傳入比較器中。

當(dāng)“+”輸入端電壓低于“-”輸入端時(shí)，比較器輸出為低電平，此時(shí)發(fā)光二極管正向?qū)袅?；反之，發(fā)光二極管截止燈不亮。其中R3 為限流電阻，起到保護(hù)發(fā)光二極管的作用。P1有四個(gè)端口，“1”端VCC主要為電路提供電源，“2”端用來接收數(shù)字信號(hào)，“3”端用來接收模擬信號(hào)，“4”端為公共端。

1.2 數(shù)據(jù)采集卡選型

本次設(shè)計(jì)選用NI USB-6008 數(shù)據(jù)采集卡[5]。提供模擬I/O、數(shù)字I/O 和32位計(jì)數(shù)器。USB-6008提供基本的數(shù)據(jù)采集功能，用于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)記錄、便攜式測(cè)量和大學(xué)實(shí)驗(yàn)室。本機(jī)采用輕質(zhì)機(jī)械外殼，采用總線供電，運(yùn)輸方便。傳感器和信號(hào)可以通過螺栓終端接口輕松連接到USB-6008。NI-DAQmx驅(qū)動(dòng)程序及其附帶的配置實(shí)用程序簡(jiǎn)化了配置和測(cè)量。該采集卡與本次設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警系統(tǒng)的采集十分契合，因此本次設(shè)計(jì)選擇NI USB-6008數(shù)據(jù)采集卡。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 登錄程序設(shè)計(jì)

首先用兩個(gè)字符串控件，用作用戶名和密碼的輸入，利用布爾按鈕、文本以及圖片等控件，設(shè)計(jì)出登錄程序前面板。用一個(gè)布爾按鈕作為登錄按鈕，設(shè)置一個(gè)登錄驗(yàn)證。

當(dāng)用戶輸入的用戶名和密碼與設(shè)計(jì)者設(shè)置的用戶名和密碼一致時(shí)，登錄驗(yàn)證通過，此時(shí)按下登錄按鈕即可登錄。

2.2 采集程序設(shè)計(jì)

利用NI-DAQmx 和布爾按鈕、布爾指示燈、波形圖、儀表盤等控件，設(shè)計(jì)出采集程序前面板。

按下開始/暫停鍵即刻開始采集煙霧信號(hào)，并在波形圖、儀表盤中清晰顯示。當(dāng)煙霧濃度低于設(shè)定值時(shí)，不產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，布爾燈亮綠燈；當(dāng)煙霧濃度大于設(shè)定值時(shí)，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，布爾燈亮紅燈。再次按下開始/暫停鍵時(shí)暫停采集，當(dāng)按下查詢按鈕時(shí)，暫停采集，此時(shí)打開查詢界面即可查詢每日采集到的信號(hào)。

2.3 儲(chǔ)存數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)儲(chǔ)存功能是一項(xiàng)非常重要的功能，煙霧報(bào)警系統(tǒng)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就能夠記錄著我們平時(shí)生活中的煙霧濃度是否超標(biāo)。

本次設(shè)計(jì)選用TDMS 文件進(jìn)行數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，TDMS文件放置，通過While循環(huán)、結(jié)構(gòu)條件、局部變量、創(chuàng)建數(shù)組等并將所用控件連線，得TDMS儲(chǔ)存數(shù)據(jù)框圖。

2.4 查詢數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)

查詢數(shù)據(jù)程序設(shè)計(jì)是用多個(gè)按鈕分別完成查詢、清除、退出功能，用字符串輸入控件輸入需要查詢的日期，用字符串顯示控件顯示其查詢到的數(shù)據(jù)總數(shù)，再使用波形圖表客觀顯示出所查詢的數(shù)據(jù)起伏，以及用表格顯示出精確的數(shù)據(jù)。

利用While循環(huán)結(jié)構(gòu)、事件結(jié)構(gòu)、TDMS文件的讀取等與之前放置的各種控件進(jìn)行連線排版使其正常運(yùn)行。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

搭建好數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所需要的后臺(tái)程序后，可以運(yùn)行程序進(jìn)行測(cè)試。連接外部設(shè)備后再打開軟件的主界面。

為了驗(yàn)證煙霧采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，選用了USB 的煙霧傳感器進(jìn)行煙霧濃度采集，該煙霧傳感器操作方便快捷，能夠直觀的將數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，采集到的數(shù)據(jù)將通過LabVIEW 界面顯示。

設(shè)置好連接通道后，打開串口，采樣速率設(shè)置為1.00，為1S 采集1 個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。開始數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)波形。

運(yùn)行程序點(diǎn)擊查詢，就會(huì)彈出查詢界面，輸入需要查詢的日期，單擊查詢就會(huì)顯示出查詢的波形數(shù)據(jù)以及表格數(shù)據(jù)。

運(yùn)行程序時(shí)也對(duì)數(shù)據(jù)的保存和清除功能進(jìn)行了測(cè)試，當(dāng)點(diǎn)擊保存后，在對(duì)應(yīng)的目錄下的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)了接收到的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊清空后，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)得到清空。該系統(tǒng)可以流暢、準(zhǔn)確的采集煙霧濃度信號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的有效分析和快速保存。

4 結(jié)論

基于LabVIEW 設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警系統(tǒng)可以流暢、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)采集煙霧濃度信號(hào)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)的有效分析和快速保存。與其他大數(shù)據(jù)信息采集處理系統(tǒng)相比，基于LabVIEW 設(shè)計(jì)的煙霧報(bào)警系統(tǒng)價(jià)格低廉，使用量大，開發(fā)周期短，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)單，而且LabVIEW 具有極高的靈活度，具有較高的技術(shù)和操作潛力，應(yīng)用范圍廣泛。