基于LabVIEW的熱舒服測試系統(tǒng)

0 引 言
　　在暖通空調(diào)范圍，隨著測試技藝的生長及測試要求的不時提高，一些具有與計算機直接通訊功用的高精度溫濕度測試儀表曾經(jīng)在科研和工程中被普遍運用。但是關(guān)于整個測試系統(tǒng)而言，單個儀器本身存在一些限定：儀器本身只好顯示某一時間點的數(shù)據(jù)，無法看到參數(shù)的及時改變趨向；儀器本身缺乏數(shù)據(jù)處置才干，而某些測試場所須要不一樣測量儀表所測參數(shù)舉行計算而得出有使用價值的分析目標(biāo)，比如PMV(預(yù)測平均評價)、PPD(預(yù)測不滿意百分比)；受儀器本身記憶卡內(nèi)存的限定，儀器只好存儲有限量個數(shù)據(jù)。與此同時，各個品牌的儀表與計算機通訊的方式不完全類似，有RS 232串行通訊、GPIB總線通訊等。因而，如何把這些儀表整合到同一個平臺上，開發(fā)一個功用強悍的綜合測試系統(tǒng)已成為一個新的工程使用方向。
　　1 室內(nèi)溫濕度測量儀表
　　本設(shè)計采用一款多功用的室內(nèi)氣流測量儀表，議決挑選不一樣的探頭，測量溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)壓、風(fēng)量、二氧化碳濃度、濕球溫度、露點溫度及水蒸氣含量等參數(shù)。儀表本身帶有信號輸出功用，議決USB或許RS 232接口可以直接與計算機舉行通訊。但是在整個測試系統(tǒng)中，還須要與其他測量儀器所測試參數(shù)結(jié)合在一同舉行分析，系統(tǒng)軟件LabVIEW就能滿足這個要求。
　　2 LabVIEW的優(yōu)點與運用
　　LabVIEW是美國國度儀器公司推出的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，是現(xiàn)在使用最廣、生長最快、功用最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境，被視為一個規(guī)范的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。它既可以議決波形圖像靜態(tài)及時地顯示儀器測得的數(shù)據(jù)，又可以及時分析處置波形，顯示數(shù)據(jù)，得到用戶最后須要得到的各種參數(shù)，從而防止等到采集完畢后須要議決其他的軟件來舉行數(shù)據(jù)處置的疑問。
LabVIEW軟件最大的特征是，可以把不一樣通訊協(xié)議與通訊方式的儀器綜合地開發(fā)到同一平臺上，其包括了各種儀器通訊總線規(guī)范的功用函數(shù)，不只提供數(shù)百種不一樣接口測試儀器的驅(qū)動順序，還支持VISA，SCPI和IVI等最新的順序軟件規(guī)范，為用戶設(shè)計開發(fā)不一樣的先進測試系統(tǒng)，提供軟件支持。本設(shè)計議決使用Lab-VIEW的 VISA節(jié)點，設(shè)計一種USB串口通訊順序。
　　3 熱溫馨測試系統(tǒng)
　　本設(shè)計的目的是議決溫濕度、風(fēng)速等測試儀表采集及時數(shù)據(jù)，議決對數(shù)據(jù)的分析計算，得出熱溫馨的PMV和PPD，設(shè)計原理如圖1所示。要完成該功用，最先必需處理數(shù)據(jù)采集疑問，即儀器與LabVIEW之間的通訊順序；其次是要編寫計算PMV與PPD的順序。

　　3.1 測量儀器與LabVIEW的通訊
　　LabVIEW中的VISA節(jié)點用于串口通訊。議決LabVIEW中VISA函數(shù)完成串口原始化、串口寫、讀、檢測并清空緩存、關(guān)閉去完成儀器與LabVIEW通訊。在順序運轉(zhuǎn)時，測量儀器配置為USB銜接。順序運轉(zhuǎn)時可以議決循環(huán)距離時間配置采集時間距離。
　　3.2 數(shù)據(jù)的記載
　　議決文件I／O函數(shù)舉行采集數(shù)據(jù)的記載與保管。議決翻開、格式化、寫入、關(guān)閉文原本完成采集數(shù)據(jù)的記載。
　　3.3 數(shù)據(jù)的在線顯示
　　議決生成表格和波形圖來顯示在線數(shù)據(jù)。由于電子表格和波形圖輸進必需是數(shù)值，而讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)是字符串，在順序設(shè)計時必需對字符串與數(shù)值舉行轉(zhuǎn)換，才干在波形圖中顯示。
　　3.4 PMV與PPD順序設(shè)計
　　議決反響人體對熱平衡的偏離水平的人體熱負荷得出PMV目標(biāo)，計算公式如下：

式中：M為人體能量代謝率(單位：W／m2)；W為人體所做機械功(單位：W／m2)；Pa為人體四周水蒸氣分壓力(單位：Pa)；ta為人體四周空氣溫度 (單位：℃)；fcl為服裝面積系數(shù)；tcl為衣服外表面溫度(單位：℃)；tr為平均輻射溫度(單位：℃)；hc為對流換熱系數(shù)(單位：W／(m2·K))；Icl為服裝熱阻(單位：m2·℃／W)；var為平均風(fēng)速(單位：m／s)。
　　針對以上五個公式，運用LabVIEW編寫PMV，PPD計算順序。由式(2)可知，tcl的計算是一個迭代流程，它議決LabVIEW中While循環(huán)構(gòu)造完成；hc，fcl議決條件構(gòu)造舉行判別，開頭將式(2)～式(4)代入式(1)求出PMV。詳細順序如圖2所示。

　　為了驗證順序的正確性，運用Matlab編寫類似的計算順序，與LabVIEW計算后果比擬。議決一天測試的后果，比擬曲線如圖3所示。由圖可看出，不論是改變趨向，照舊各個測試時辰的數(shù)據(jù)點都完全吻合。由此得出，LabVIEW的數(shù)據(jù)后期處置功用強悍且固定。

　　4 后果與分析
　　4.1 系統(tǒng)運轉(zhuǎn)后果
　　圖4顯示了數(shù)據(jù)采集以及PMV，PPD計算的在線顯示后果。由采集到的4個參數(shù)rh，ta，v，tr與輸進參數(shù)m，CLO一同議決順序運算，得到PMV，PPD后果。

　　4.2 系統(tǒng)功用測試后果與分析
　　4.2.1 采樣頻率關(guān)于測試系統(tǒng)的影響
　　某些測試系統(tǒng)在工程運用中會出現(xiàn)隨著系統(tǒng)延續(xù)運轉(zhuǎn)時間的延伸，而采樣速度越來越慢的情況，直到系統(tǒng)崩潰。這里檢驗采樣頻率對測試系統(tǒng)的影響。本設(shè)計中儀器的最高出樣頻率為10 Hz。實驗中，辨別采用10 Hz，8 Hz，4 Hz的采樣頻率對測試系統(tǒng)舉行延續(xù)測試，測試后果如圖5所示。由圖可看出，采樣頻率隨著測試時間的延伸，不時的衰減。采樣頻率越高，衰減的越快，越快速。當(dāng)以10 Hz采樣時，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)不到5 min就開端崩潰；當(dāng)以4 Hz采樣時，系統(tǒng)也只好平均運轉(zhuǎn)30 min。不論是采用高的采樣頻率，照舊低的采樣頻率，只需是系統(tǒng)延續(xù)運轉(zhuǎn)，系統(tǒng)早晚都會出現(xiàn)崩潰。因而，可以得出，采樣頻率不是招致測試系統(tǒng)崩潰的原由。
4.2.2 數(shù)據(jù)記載關(guān)于測試系統(tǒng)的影響
　　測試系統(tǒng)議決創(chuàng)立文件記載數(shù)據(jù)，波形顯示記載數(shù)據(jù)，表格顯示記載數(shù)據(jù)三種方式來記載數(shù)據(jù)。鑒于上面提到的計算機運轉(zhuǎn)崩潰的疑問，在10 Hz的采樣頻率下，辨別測試在三種記載數(shù)據(jù)的情況下計算機的運轉(zhuǎn)情況。圖6表示了以10 Hz的采樣頻率測試時計算機CPU和內(nèi)存的運用情況。從圖中看出，創(chuàng)立文件和波形顯示記載數(shù)據(jù)時，計算機的運轉(zhuǎn)固定，CPU運用率在7％左右，內(nèi)存占用 75 000 KB左右；當(dāng)采用表格記載數(shù)據(jù)時，系一致開端運轉(zhuǎn)，計算機的CPU運用率和內(nèi)存占用空間都在不時長高，直到系統(tǒng)運轉(zhuǎn)到4 min時，CPU的運用率到達100％，系統(tǒng)崩潰。
 
　　在 4.2.1節(jié)中系統(tǒng)以10 Hz采樣時，采樣頻率也是在第4 min的時辰開端衰退，兩者出現(xiàn)的時間點吻合。鑒于上述情況，實驗覺察，當(dāng)LabVIEW系統(tǒng)采用內(nèi)置表格記載數(shù)據(jù)時，記載的數(shù)據(jù)不時占用系統(tǒng)內(nèi)存，直至計算機崩潰，最后招致測試系統(tǒng)的崩潰，使得出現(xiàn)采樣頻率繼續(xù)衰減的現(xiàn)象。

　　4.3 測試系統(tǒng)改進與分析
　　鑒于上述疑問的所在，在舉行系統(tǒng)改進時，照舊采用三種方式記載數(shù)據(jù)，只是在表格記載數(shù)據(jù)時，限定表格記載數(shù)據(jù)的內(nèi)存大小。閱歷改進后的順序以10 Hz的采樣頻率測試，測試后果如圖7所示。從圖中看出，改進后的測試系統(tǒng)在延續(xù)運轉(zhuǎn)5 h，采樣頻率仍然固定，計算機內(nèi)存只是在開端的3 min內(nèi)添加，之后抵達一個固定值。CPU的運用率一樣是在開端的3 min內(nèi)有所添加，之后快速回到7％并堅持固定。

　　5 結(jié)語
　　該系統(tǒng)閱歷長時間的測試，運轉(zhuǎn)固定。實驗后果標(biāo)明，通訊安全、牢靠；計算機得到了及時精確的測量數(shù)據(jù)；順序?qū)y量數(shù)據(jù)的后期處置功用強悍，界面友善美觀，能滿足非少數(shù)場所下的熱溫馨性測試。缺乏之處在于傳輸速度不高，傳輸距離不遠，這是遭到串口通訊的限定。另外，由于系統(tǒng)內(nèi)存大小的限定，及時看到的數(shù)據(jù)量有限，一切測試數(shù)據(jù)必需等測試完畢后翻開文本檢查。本設(shè)計為10通道串口通訊熱溫馨測試系統(tǒng)，至于不是串口通訊的測量儀器，只需能提供輸出信號，采樣一樣的方法也可以接入到本測試系統(tǒng)中?，F(xiàn)在，該系統(tǒng)曾經(jīng)運用于小空間熱溫馨的測試。但是，如今的實踐測試中須要測試幾百，甚至幾千幾萬個點，最后得出整個測試區(qū)域的溫度場、濕度場、濃度場等，進而可以與計算機模擬場舉行比擬，因而，議決上述揣摩的方法完成測試點擴張成為后續(xù)須要處理的疑問。