根據(jù)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)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)。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-NG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

2、氣 體濃度檢測(cè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)。氣敏傳感器QM-NG1數(shù)據(jù)采集卡NIP CI-6221系統(tǒng)延時(shí)，米集啟停，程序啟停采集傳感器輸出電壓越限報(bào)警閃爍燈，越限聲音報(bào)警HZ系統(tǒng)控制模塊數(shù)據(jù)分析模塊濃度平均值，標(biāo)準(zhǔn)偏差丄數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換模塊T數(shù)據(jù)采集，電壓濃度值轉(zhuǎn)換越限報(bào)警模塊數(shù)據(jù)顯示模 塊軟件 LabVIEW波形圖表顯 示，濃度數(shù) 據(jù)顯示圖3-1濃度檢測(cè)設(shè)計(jì)總框圖設(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-NGo1 QM-NG1是采用目前國際上工藝最成熟，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1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1約1分鐘達(dá)到穩(wěn)定后可

3、正常使用，這段變 元件在接觸標(biāo)定氣體后負(fù)載電阻兩端的電 電壓值會(huì)逐漸下降恢復(fù)。因此可以通過數(shù)如圖4-1為氣敏傳感器原理圖1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， 化在設(shè)計(jì)電路時(shí)可采用延時(shí)處理解決1 壓以較快的時(shí)間上升，在氣體離去后， 據(jù)采集卡NI PCI-6221檢測(cè)壓值（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1H-5VA(A(Bl2.2KRGND圖4-1氣敏傳感器QM-NG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)。

4、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。iw-30-cC4C血J：*pl可燃?xì)怏w師報(bào)警靈統(tǒng)丿J*也5JS圖4-3系統(tǒng)設(shè)計(jì)前面板4i5-0.ay丘一J礙濟(jì)審93J1,下蒼;Y叩m.l逸圖4-4系統(tǒng)前面板數(shù)據(jù)顯示模塊BTE -rI： 一0I曰aa_且3譚aJ卜二nn 甘*s一*+ MI四0-蘆FUIr illra上*:I- fT eh5I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)WitSffK采集分析停止采歩圖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

5、 變”或者“取消按鈕值改變”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)一一時(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。DSL.* 1二ti：冃延遲時(shí)旬 卜斫I障止團(tuán)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/O DAC助手”建立D

6、AC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)

7、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 圖4-10為濃度數(shù)據(jù)分析的前面板。IWBWlS.O7160：140：1402O7120-0-10-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)一一概率與統(tǒng)計(jì)一一標(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4-13數(shù)據(jù)顯示前面板 lufl 砂1 （ :-l_j ；再血能 II；

8、：誓；-）4號(hào) .35 Ip-m In 兀E 卜活 b.aa Ma甜 1?騙 7|7 仙 1：期代嚴(yán) I他 R沖啓 ）.労|.也 I Ir Jg 走一_-”好 Ik列 *4 擊T忑丁 |F希K顧廠llH：aw 恥電 J施:J而”-ISsfi lfjs :話 引口恒豈飛3：；二二諒5 我 I（公 1 T磚0話/羋 （毆.*Ji I ； 汴肛二”2】:匚和 ： SZZI&J1最小區(qū)聞1 二;01 _1*-,T 圖4-12濃度數(shù)據(jù)直方圖前面板數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：如圖4-14，選擇“數(shù)學(xué)一一概率與統(tǒng)計(jì)一一直方圖函數(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)

9、丫顯示不同濃度數(shù)量統(tǒng)計(jì)，通過“右鍵一一節(jié)點(diǎn)屬性一一 丫標(biāo)尺一 范圍一一最大值、最小值”和數(shù)據(jù)輸入控件設(shè)定直方圖的 丫標(biāo)尺顯示范圍。最小區(qū)面S嚴(yán)暢弋卜S-二,MiniviLnnjk 0最大區(qū)間-J1U.1 D駐卜P三 J，圖4-14濃度直方圖設(shè)計(jì)程序框圖由于采集到的數(shù)據(jù)是長(zhǎng)度數(shù)據(jù)顯示：采用二維數(shù)組存放采集到的濃度數(shù)據(jù)，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。采集數(shù)據(jù)魯冃畫-M圖4-15濃度數(shù)據(jù)顯示設(shè)計(jì)程序框圖&濃度越線報(bào)

10、警模塊圖4-16為濃度越線報(bào)警模塊前面板。i?。?-1r-* P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。曙上限卜暫 廿匹r 卜 Rhnkin

11、g 曲五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象糧炸注意* Blinking fr -ITF 11 6二圖4-18報(bào)警模塊設(shè)計(jì)程序框圖iBEBai3：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。L111：IbtL 1*1) BO-g*國至回障止