电饭锅数据采集平台的设计

作者 梁启文 龙世瑜 梁丽玲 杨金华 许敏君 岭南师范学院信息工程学院(广东湛江524048)

      摘要：介绍了一种基于LabVIEW的电饭锅数据采集系统设计方案，此方案选择采用NI USB-6008数据采集卡DAQ对电饭锅煮饭过程中的锅顶温度、锅底温度和继电器电压进行数据采集，通过LabVIEW构建数据采集系统软件平台，将采集到的数据进行显示、存储、图像处理及分析，研究电饭锅煮饭过程中的锅顶和锅底温度曲线特征及继电器输出的电压曲线特征，从而得出电饭锅煮饭过程中继电器的工作与控制温度的关系。

      关键词：电饭锅;LabVIEW;DAQ;锅顶温度;锅底温度

      *基金项目：2018年度大学生创新创业训练计划项目(项目编号：591)梁启文(1978-)，男，实验师，主要研究方向： 物联网技术与开发;龙世瑜(1967-)，男，高级实验师，主要研究方向：电子设计与应用;梁丽玲(1995-)，女，岭南师范学院电子信息工程专业学生;金华(1996-)，男，岭南师范学院电气工程及其自动化专业学生;许敏君(1995-)，女，岭南师范学院电子信息工程专业学生。

　　0引言

　　电饭锅是日常生活必备的厨具，研究电饭锅最佳参考煮饭曲线，得出最佳烹饪数据经验算法，是非常重要的。因此，利用LabVIEW与DAQ设计电饭锅数据采集平台，得出电饭锅的锅顶温度曲线、锅底温度曲线、继电器电压曲线，并读取在各个煮饭阶段下的继电器的占空比，为智能控制电饭锅的平台提供加热控制的数据，更好地调整煮饭曲线，使煮出的米饭更香、更符合人们的口感，有着重要的意义。

　　1电饭锅数据采集系统整体设计方案

　　整体系统设计利用LabVIEW软件开发平台对电饭锅在煮饭过程中的进行数据采集，数据采集卡选为被广泛使用的DAQ。系统包括硬件部分和软件部分，电饭锅数据采集系统整体设计框图如图1所示。

　　数据采集的对象是：电饭锅的锅顶温度信号、锅底温度信号，继电器电压信号。电饭锅温度传感器为NTC热敏电阻类型的，设计方案是利用LabVIEW的程序，获取来自数据采集卡DAQ从电饭锅煮饭至保温过程中采集到的数据(信号)：锅顶温度、锅底温度、继电器输出电压，并在LabVIEW软件平台上实现原始信号的存储及波形显示，得到电饭锅的锅顶温度曲线、锅底温度曲线、继电器输出的电压曲线，通过编程计算继电器的占空比并显示数据，分析特征。

　　2电饭锅数据采集系统硬件设计

　　硬件部分包括电饭锅、DAQ、PC机、以及三者之间的连接线路。从电饭煲内部电源控制电路板中引出3个接口：锅顶温度传感器接口、锅底温度传感器接口、继电器输出接口。

　　采集的目的信号为温度信号和继电器电压信号，但实际上从温度传感器采集到的是电压信号，而不是实际的温度物理信号。采集对象实则都为电压信号，且为模拟信号，因此从电饭锅的3个引出接线须连接至DAQ的AI/O模块的任意3个模拟输入接口，为了设计程序的方便，选ai0，ai1，ai2前3个接口。DAQ的USB连接连线连至PC机的USB接口，硬件的连接情况如表1所示。

　　由此，采集对象、DAQ、PC机就连接到一起，并构成了一个完整数据采集硬件系统。

　　3电饭锅数据采集系统软件设计

　　软件设计

　　需要完成的功能是实现系统控制、对采集数据的收集、信号转换、存储、波形显示、占空比读取。LabVIEW中编程中包括两部分的设计：前面板的设计和程序框图的设计。由于从DAQ中采集到的为电压信号，得到温度信号需要在程序中对电压信号进行转换。由此得到LabVIEW数据采集系统框图如图2所示。

　　4程序框图设计

　　4.1电饭锅数据采集程序

　　在LabVIEW中有一个非常通用的VI函数“DAQ助手”，用来快速配置包括输入采集与输出波形在内的各种硬件功能^[1]。数据采集程序使用程序框图中“DAQ助手”十分方便，根据DAQ与采集对象的连接线路，在配置界面设置采集信号为模拟输入，选择通道为ai0、ai1、ai2，添加可设置的采样数和采样率的输入量。“DAQ助手”的数据端就是采集到的信号，数据采集模块编程如图3所示。

　　4.2信号转换程序

　　(1)“电压-温度”公式模块

　　事实上，从DAQ中采集到的电饭锅温度传感器的信号都为电压信号，需具备电压信号转换为温度信号的模块。由于本设计的电饭锅温度传感器为NTC热敏电阻，根据Steinhart-Hart方程：1/T=C1+C2×lnRT+C3×lnRT3(摄氏温度t=T-273.15)，可知热敏电阻的电压与温度有一定的等式关系，设热敏电阻为RT，电压为VT，由电饭锅内部电路板中热敏电阻电路图如图4所示，可得到公式：

　　RT=5100×VT/(3.3-VT)

　　由Steinhart-Hart方程得出电饭锅热敏电阻的电压-温度转换公式：

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

　　根据电饭锅的50K热敏电阻的分度表，用“三点法”计算C1、C2、C3三个系数。经较高精度运算可得到三个系数分别为0.00070249、0.00023998、4.3458E-8。得出电压与温度的等式关系后，在LabVIEW编程中构建“电压-温度”转换公式模块编程。