基于LabVIEW的發酵過程實時數據采集系統設計

l 引 言
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineer―ing Workbench)是美國國家儀器公司(National Instru―ment)開發的一種虛擬儀器平臺，他是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。LabVIEW功能強
大，提供豐富的數據采集、分析和存儲庫函數以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232／485在內的各種儀器通信總線標準的所有功能函數。利用LabVIEW設計的數據采集系統，可模擬采集各種信號，但是配備NI公司的數據采集板卡比較貴，在實際開發中可選用單片機系統對數據進行采集。
發酵是生物技術的一項最基本的工程，發酵的產量和質量是發酵工程的2個重要的技術指標。要提高發酵工程的產量和質量必須控制發酵過程的一些主要參數和影響反應過程的物質的含量，即發酵過程優化及控制。利用計算機對復雜的發酵過程進行數據檢測、分析和實施過程的最優化控制越來越受到人們的極大關注。由于發酵過程變量檢測的復雜性，有些至關重要的變量，例如菌體的濃度、比生長率、產物生成率等難以在線直接測量，然而可以在已建立的數學模型基礎上，通過測量與這些變量相關的一些可在線直接測量的變量，例如，尾氣中的氧氣、二氣化氮等濃度變化，從而得到這些變量的最優估計，為實施生化過程的在線最優控制提供先決條件。因此，本文設計一種基于LabVIEW的發酵過程尾氣中的氧氣、二氣化氮的濃度變化實時數據采集系統。并對其系統的組成、原理、實現做出詳細描述。

2 系統的組成及工作原理
本系統的數據采集系統由氧氣傳感器、二氧化碳傳感器和C8051F206單片機以及MAX 232組成。由單片機組成的小系統對溫度信號進行采集、調理和轉換，然后通過RS 232串口通訊將數據送給計算機，在LabVIEW開發平臺下，對數據進行各種處理、分析，并對信號進行存儲、顯示和打印，最后由PC機顯示實時測量的尾氣中氧氣、二氧化碳的含量和經過數據處理得到的RQ值，從而實現對發酵的整個過程進行在線檢測的實時測試系統。
2．1 硬件組成及設計原理
系統的硬件電路如圖1所示，采用C8051F206作為主芯片，氧氣傳感器選用電化學傳感器二氧化碳采用紅外傳感器。這兩種傳感器具有精度高、線性度好、重現性好，在一定條件下具有長期穩定性等優點。這種溫度傳感器特別容易和微電腦配合，組成自動測試系統。在此系統中，我們利用C8051F206提供的片內12位SAR ADC的強大功能，以標準的模擬信號(電流，電壓)轉換為數字信號。

由于單片機串口TTL電平與標準的RS 232C信號電平范圍不一致，所以在與之進行通訊的時候，首先要將TTL電平信號進行一定的轉換，使之符合RS 232C的信號規范。本系統中，選擇MAX公司的MAX 232進行電平信號轉換。
2．2 軟件設計
系統軟件設計主要包括主程序、中斷服務子程序等。軟件流程圖如圖2所示。

3 LabVIEW下的程序設計