作者 梁啟文 龍世瑜 梁麗玲 楊金華 許敏君 嶺南師范學院信息工程學院(廣東湛江524048)

      摘要：介紹了一種基于LabVIEW的電飯鍋數據采集系統設計方案，此方案選擇采用NI USB-6008數據采集卡DAQ對電飯鍋煮飯過程中的鍋頂溫度、鍋底溫度和繼電器電壓進行數據采集，通過LabVIEW構建數據采集系統軟件平臺，將采集到的數據進行顯示、存儲、圖像處理及分析，研究電飯鍋煮飯過程中的鍋頂和鍋底溫度曲線特征及繼電器輸出的電壓曲線特征，從而得出電飯鍋煮飯過程中繼電器的工作與控制溫度的關系。

      關鍵詞：電飯鍋;LabVIEW;DAQ;鍋頂溫度;鍋底溫度

      *基金項目：2018年度大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(項目編號：591)梁啟文(1978-)，男，實驗師，主要研究方向： 物聯網技術與開發(fā);龍世瑜(1967-)，男，高級實驗師，主要研究方向：電子設計與應用;梁麗玲(1995-)，女，嶺南師范學院電子信息工程專業(yè)學生;金華(1996-)，男，嶺南師范學院電氣工程及其自動化專業(yè)學生;許敏君(1995-)，女，嶺南師范學院電子信息工程專業(yè)學生。

　　0引言

　　電飯鍋是日常生活必備的廚具，研究電飯鍋最佳參考煮飯曲線，得出最佳烹飪數據經驗算法，是非常重要的。因此，利用LabVIEW與DAQ設計電飯鍋數據采集平臺，得出電飯鍋的鍋頂溫度曲線、鍋底溫度曲線、繼電器電壓曲線，并讀取在各個煮飯階段下的繼電器的占空比，為智能控制電飯鍋的平臺提供加熱控制的數據，更好地調整煮飯曲線，使煮出的米飯更香、更符合人們的口感，有著重要的意義。

　　1電飯鍋數據采集系統整體設計方案

　　整體系統設計利用LabVIEW軟件開發(fā)平臺對電飯鍋在煮飯過程中的進行數據采集，數據采集卡選為被廣泛使用的DAQ。系統包括硬件部分和軟件部分，電飯鍋數據采集系統整體設計框圖如圖1所示。

　　數據采集的對象是：電飯鍋的鍋頂溫度信號、鍋底溫度信號，繼電器電壓信號。電飯鍋溫度傳感器為NTC熱敏電阻類型的，設計方案是利用LabVIEW的程序，獲取來自數據采集卡DAQ從電飯鍋煮飯至保溫過程中采集到的數據(信號)：鍋頂溫度、鍋底溫度、繼電器輸出電壓，并在LabVIEW軟件平臺上實現原始信號的存儲及波形顯示，得到電飯鍋的鍋頂溫度曲線、鍋底溫度曲線、繼電器輸出的電壓曲線，通過編程計算繼電器的占空比并顯示數據，分析特征。

　　2電飯鍋數據采集系統硬件設計

　　硬件部分包括電飯鍋、DAQ、PC機、以及三者之間的連接線路。從電飯煲內部電源控制電路板中引出3個接口：鍋頂溫度傳感器接口、鍋底溫度傳感器接口、繼電器輸出接口。

　　采集的目的信號為溫度信號和繼電器電壓信號，但實際上從溫度傳感器采集到的是電壓信號，而不是實際的溫度物理信號。采集對象實則都為電壓信號，且為模擬信號，因此從電飯鍋的3個引出接線須連接至DAQ的AI/O模塊的任意3個模擬輸入接口，為了設計程序的方便，選ai0，ai1，ai2前3個接口。DAQ的USB連接連線連至PC機的USB接口，硬件的連接情況如表1所示。

　　由此，采集對象、DAQ、PC機就連接到一起，并構成了一個完整數據采集硬件系統。

　　3電飯鍋數據采集系統軟件設計

　　軟件設計

　　需要完成的功能是實現系統控制、對采集數據的收集、信號轉換、存儲、波形顯示、占空比讀取。LabVIEW中編程中包括兩部分的設計：前面板的設計和程序框圖的設計。由于從DAQ中采集到的為電壓信號，得到溫度信號需要在程序中對電壓信號進行轉換。由此得到LabVIEW數據采集系統框圖如圖2所示。

　　4程序框圖設計

　　4.1電飯鍋數據采集程序

　　在LabVIEW中有一個非常通用的VI函數“DAQ助手”，用來快速配置包括輸入采集與輸出波形在內的各種硬件功能^[1]。數據采集程序使用程序框圖中“DAQ助手”十分方便，根據DAQ與采集對象的連接線路，在配置界面設置采集信號為模擬輸入，選擇通道為ai0、ai1、ai2，添加可設置的采樣數和采樣率的輸入量?！癉AQ助手”的數據端就是采集到的信號，數據采集模塊編程如圖3所示。

　　4.2信號轉換程序

　　(1)“電壓-溫度”公式模塊

　　事實上，從DAQ中采集到的電飯鍋溫度傳感器的信號都為電壓信號，需具備電壓信號轉換為溫度信號的模塊。由于本設計的電飯鍋溫度傳感器為NTC熱敏電阻，根據Steinhart-Hart方程：1/T=C1+C2×lnRT+C3×lnRT3(攝氏溫度t=T-273.15)，可知熱敏電阻的電壓與溫度有一定的等式關系，設熱敏電阻為RT，電壓為VT，由電飯鍋內部電路板中熱敏電阻電路圖如圖4所示，可得到公式：

　　RT=5100×VT/(3.3-VT)

　　由Steinhart-Hart方程得出電飯鍋熱敏電阻的電壓-溫度轉換公式：

　　T=1/{C1+C2×ln[5100×VT/(3.3-VT)]+C3×ln[5100×VT/(3.3-VT)]3}-273.15

　　根據電飯鍋的50K熱敏電阻的分度表，用“三點法”計算C1、C2、C3三個系數。經較高精度運算可得到三個系數分別為0.00070249、0.00023998、4.3458E-8。得出電壓與溫度的等式關系后，在LabVIEW編程中構建“電壓-溫度”轉換公式模塊編程。