1系统概述
1.1系统功能划分
本系统结合LabVIEW以及相应的硬件，实现对温湿度的测量、显示和控制。系统的功能可以划分为：
（1）温度测量与显示。通过温度传感器将环境温度转化为连续的电压信号，经调理后由数据采集卡进行A/D转换，并将数据送入计算机，交由仪器功能软件处理并显示。
（2）湿度测量与显示。其实现同温度测量基本相同，但在调理电路中要利用温度信号进行补偿。
（3）数据存储。将经过仪器功能软件处理的温湿度数据存储到一个指定的电子表格文件中。
（4）温湿度控制。在用户输入温湿度设定值后，仪器功能软件将其与当前量进行比较，然后产生相应的控制量输出。功能组成如1所示。
1.2系统结构
本系统的测试环境是一个60cm×50cm×40cm的封闭玻璃箱。系统由软件和硬件两大部分组成，其结构框图如2所示。
系统的硬件部分将温湿度信号转换成电信号，并进行调理和A/D转换，将数据传入计算机，同时按照仪器功能软件的指令对温湿度进行控制，它由温湿度传感器、调理电路、DAQ卡（数据采集卡）、控制电路、风扇、电吹风、加湿器组成。其中风扇用来排气，可以降低实验环境的温湿度，超声波加湿器用来增加实验环境的湿度，电吹风用于提高实验环境的温度。
软件部分负责将从DAQ卡输入的数据进行处理，使其变换成相应的温湿度值，然后在显示器上显示相应的图线，并存入硬盘，同时接收用户输入的温湿度设定值，生成控制信号。
2硬件模块设计
2.1温湿度信号的捕获
温度信号捕获采用硅单晶温度传感器和相应的电路，将温度转换成电压信号。其组成框图如3所示。
湿度信号捕获采用UD208湿度传感器和相应的电路将湿度转换成电压信号。其组成框图如4所示。
2.2控制电路设计
控制电路的工作原理是从DAQ卡的数字输出端口接收控制信号，然后控制继电器的动作，使电吹风、风扇和加湿器工作在相应的状态下。
风扇的工作电压是12VDC，用普通继电器对它进行控制；电吹风和超声波加湿器工作在220VAC电压下，用两个固态继电器分别对它们进行控制。
本系统采用的是美国NI公司生产的PCI26251DAQ卡。它是一款通用的DAQ卡，可以直接插入微机的PCI总线接口。
为确保DAQ卡数字I/O通道的安全，使用三级管来驱动继电器，如5所示。
Port接DAQ卡的数字I/O通道中相应的位，R0和R2将流经Port的电流限制在3mA以下，R1的大小为200Ω，它将普通继电器的输入端电压限制在5V以下。
3软件设计
3.1软件工作原理描述
针对以软件即仪器的虚拟仪器技术，系统的软件模块设计是系统的核心。仪器功能软件是利用Lab2VIEW图形编程软件创建的。
本系统软件设计思想是：系统从DAQ卡指定的通道中读取数据，在对数据进行相应的处理后将其存储并在前面板上显示，同时生成控制信号送入输出通道。
其间各个节点的执行由数据流驱动的，也就是说每个节点只有当在它之前的所有节点将相应的数据传输过来后才能执行。
因此，可以根据要实现的功能，将系统分成几个模块，分别创建虚拟仪器，然后将它们作为子VI，在一个新建的VI中调用它们组成完整的系统。
3.2滤波设计
由于在温湿度原始信号采集的过程中，容易受到脉冲干扰的影响，所以程序中要对输入的温湿度信号进行判断，若为干扰则将其按一定算法将其滤掉，否则将输入信号直接输出。
脉冲干扰来源于爆炸、放电等原因。本系统中产生脉冲干扰可能是因为电路接触不良，或是A/D转换过程中由于软件或硬件的不完善产生的采样坏值。其表现为时域波形中突然出现的窄脉冲。
本系统采用以下的判断脉冲干扰的方法：先根据实验确定一阈值M，当前输入的信号值X同前一个采样点的值Y的差的绝对值小于M，则将X直接输出，否则便认为X为脉冲干扰。
处理脉冲干扰有多种方法，如根据本系统中温湿度是连续变化的，而且变化率不大，所以可以将干扰值X用前一个采样点的值代替，这样可以很好地消除脉冲干扰的影响，但这种方法也有不足。如所示，设阈值为2，假设图中左起第3点（实际值为22）受到幅度为-3的脉冲干扰，取值变为19，因其与前一点值21的差值不大于阈值，将被保留，但第4个点的值23与第3点的值相差大于阈值，因此会被当作干扰而被第3点的值19所代替，依此类推会使结果发生很大偏差。
针对上述方法中的缺点进行改进，可将脉冲干扰值X与前一点的值Y进行加权平均后输出。例如，最为简单的加权可以取两者的平均，即权值均为0.5，也可以根据实际改变两者的比例。改进的方法可以有效抑制脉冲干扰。
3.3控制设计
控制子VI是将当前温湿度值与设定值进行比较后生成控制字，再调用LabVIEW自带的子仪器WritetoDigitalPort.vi，将控制字通过指定的数字I/O通道输出。
主要算法思想是（以温度为例）：当温度大于设定的温度时，向数字I/O通道相应位写入‘1’，继电器接通，风扇启动，使温度降低，反之亦然。同时，当设定温度与当前温度之差的绝对值小于某一设定值时，向数字I/O通道相应位写入‘0’，继电器关闭，风扇（电吹风）停止，使温度值稳定在设定值左右的一定范围内。
该设定值的作用，就是避免继电器反复工作，以确保控制系统工作稳定。湿度的控制思想与温度的一样。
设x、m分别为温度和湿度值，y、n分别为温度和湿度设定值，Tt、Wt分别表示温度和湿度调节的容限。
1显示了在各种情况下控制子VI输出的控制字，其中T代表True，F代表False，控制字完成对风扇或电吹风动作的控制。
3.4数据存储设计
数据存储则是调用LabVIEW中WriteCharactersToFile.vi将经过处理的温湿度值存入一个电子表格文件中。数据存储子程序如7所示，该子程序通过.1fs.1fs对存储数据格式进行了设置，而测试数据的存储或读取则通过设置存储控件类型T或F来实现。
7中，路径输入用于选择数据存储的路径，路径输出则是用于选择数据读取的路径，通过DBL进行温度值和湿度值的设定。
4实验结果
本设计使用LabVIEW和数据采集卡实现温湿度测控的虚拟仪器系统，替换了老的实验设备，并进行了实验。8、9分别显示了采用虚拟仪器技术设计的系统的输出情况。
8显示了最终的温湿度曲线。图中的曲线是在将加湿器关闭后调节温度获得的，温度的设置值依次为35、45、60、40（℃）。由图中可以看出：在绝对湿度不变情况下，相对湿度随温度的增加而降低。
显示了未经软件处理的温湿度电压曲线。本图的时间轴坐标区间比小，这样可以更清楚地观察温湿度信号的变化情况，判断温湿度信号是否已达到平衡状态，便于校准和比较。本图显示了温度从60℃变化到40℃时，温湿度电压信号的变化情况。
T1、H1为系统所测的温湿度值，T2、H2为校准表所示温湿度值。2显示了系统所测的稳态下的温湿度值与校准表的示值间的关系。
由2可以看出，本系统的温湿度调节温差分别小于2℃和2.2RH.
5结语
虚拟仪器技术利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、控制和自动化的应用。
灵活高效的软件能创建完全自定义的用户界面，模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成。该系统的研制过程充分展现了虚拟仪器技术性能高、开发时间短的优势，并为今后系统的扩展提供了最低成本的途径。