基于LabVIEW的发酵过程实时数据采集系统设计

l 引 言
LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineer―ing Workbench)是美国国家仪器公司(National Instru―ment)开发的一种虚拟仪器平台，他是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。LabVIEW功能强
大，提供丰富的数据采集、分析和存储库函数以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232／485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数。利用LabVIEW设计的数据采集系统，可模拟采集各种信号，但是配备NI公司的数据采集板卡比较贵，在实际开发中可选用单片机系统对数据进行采集。
发酵是生物技术的一项最基本的工程，发酵的产量和质量是发酵工程的2个重要的技术指标。要提高发酵工程的产量和质量必须控制发酵过程的一些主要参数和影响反应过程的物质的含量，即发酵过程优化及控制。利用计算机对复杂的发酵过程进行数据检测、分析和实施过程的最优化控制越来越受到人们的极大关注。由于发酵过程变量检测的复杂性，有些至关重要的变量，例如菌体的浓度、比生长率、产物生成率等难以在线直接测量，然而可以在已建立的数学模型基础上，通过测量与这些变量相关的一些可在线直接测量的变量，例如，尾气中的氧气、二气化氮等浓度变化，从而得到这些变量的最优估计，为实施生化过程的在线最优控制提供先决条件。因此，本文设计一种基于LabVIEW的发酵过程尾气中的氧气、二气化氮的浓度变化实时数据采集系统。并对其系统的组成、原理、实现做出详细描述。

2 系统的组成及工作原理
本系统的数据采集系统由氧气传感器、二氧化碳传感器和C8051F206单片机以及MAX 232组成。由单片机组成的小系统对温度信号进行采集、调理和转换，然后通过RS 232串口通讯将数据送给计算机，在LabVIEW开发平台下，对数据进行各种处理、分析，并对信号进行存储、显示和打印，最后由PC机显示实时测量的尾气中氧气、二氧化碳的含量和经过数据处理得到的RQ值，从而实现对发酵的整个过程进行在线检测的实时测试系统。
2．1 硬件组成及设计原理
系统的硬件电路如图1所示，采用C8051F206作为主芯片，氧气传感器选用电化学传感器二氧化碳采用红外传感器。这两种传感器具有精度高、线性度好、重现性好，在一定条件下具有长期稳定性等优点。这种温度传感器特别容易和微电脑配合，组成自动测试系统。在此系统中，我们利用C8051F206提供的片内12位SAR ADC的强大功能，以标准的模拟信号(电流，电压)转换为数字信号。

由于单片机串口TTL电平与标准的RS 232C信号电平范围不一致，所以在与之进行通讯的时候，首先要将TTL电平信号进行一定的转换，使之符合RS 232C的信号规范。本系统中，选择MAX公司的MAX 232进行电平信号转换。
2．2 软件设计
系统软件设计主要包括主程序、中断服务子程序等。软件流程图如图2所示。

3 LabVIEW下的程序设计