基于labView的溫采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于LabVIEW的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘要：設(shè)計(jì)了基于LabV IEW的溫度采集系統(tǒng)。它利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器和STC公司生產(chǎn)的STC89C52單片機(jī)采集被測(cè)環(huán)境溫度，將測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳給計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)利用LabV IEW的V ISA讀取串口數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示，實(shí)現(xiàn)基于V ISA的串口溫度采集。關(guān)鍵詞：溫度傳感器；單片機(jī)；LabV IEW；溫度采集1引言虛擬儀器(Virtual Instrument)是基于計(jì)算機(jī)的軟硬件測(cè)試平臺(tái),它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測(cè)量?jī)x器。LabVIEW是由美國(guó)國(guó)家儀器公司(National Instruments Co.)推出的、主要面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟

2、件開發(fā)平臺(tái)，是一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運(yùn)行的集成化環(huán)境1。利用LabVIEW設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可模擬采集各種信號(hào)，但是配備NI公司的數(shù)據(jù)采集板卡比較貴，因此，可以選擇單片機(jī)小系統(tǒng)作為前端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)RS-232串口通訊將數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī),在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理、分析并對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和打印,從而實(shí)現(xiàn)了一種在LabVIEW環(huán)境下的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2 溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用STC公司生產(chǎn)STC89C52單片機(jī)作為溫度數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹骺匦酒?，溫度傳感器采用單總線方式的集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20。采集得到的數(shù)據(jù)利用單片機(jī)經(jīng)串口通信的方

3、式傳輸至計(jì)算機(jī)的串口。計(jì)算機(jī)上位機(jī)軟件采用數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)的LabV IEW軟件編寫,利用其所帶的V ISA驅(qū)動(dòng)進(jìn)行串口的數(shù)據(jù)采集和處理,實(shí)現(xiàn)了基于V ISA的串口溫度采集。2.1溫度采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)以AT89C51為中央處理單元,利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采集,采集到的信號(hào)被送到AT89C51中, 將采集到的溫度值在LCD上顯示并通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)，其原理圖如1所示(見(jiàn)附錄1)。 中央處理單元STC89C51本設(shè)計(jì)選用的中央處理單元是STC89C52單片機(jī)，STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROMFalsh Programmabl

4、e and Eras-able Read Only Memory）的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造,與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容2。其優(yōu)點(diǎn)有三：(1)低功耗、低價(jià)； (2)高速、高可靠；(3)抗靜電、干擾能力強(qiáng)；STC89C52標(biāo)識(shí)分別解釋如下：STC表示芯片為STC公司生產(chǎn)的的產(chǎn)品。8表示該芯片為8051內(nèi)核芯片。9標(biāo)示內(nèi)部含F(xiàn)alsh E2 PROM存儲(chǔ)器。C標(biāo)示該器件為COMS產(chǎn)品。5固定不變。2表示該芯片內(nèi)部程序存儲(chǔ)空間大小，1為4KB。2為8KB，3為12KB。

5、2.1.2 DS18B20數(shù)字溫度傳感器DSI8B20是DALLAS公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器,它體積小、經(jīng)濟(jì)。是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念3。它的測(cè)量溫度范圍為-55+125?，F(xiàn)場(chǎng)溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)溫度測(cè)量,如環(huán)境控制、設(shè)備或過(guò)程控制、測(cè)溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等。與前一代產(chǎn)品不同,新的產(chǎn)品支持35.5 V的電壓范圍,使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便。而且新一代產(chǎn)品更便宜,體積更小。DSI8B20可以程序設(shè)定912位的分辨率,精度為

6、77;0.5?？梢赃x擇更小的封裝方式,更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在EPROM中,掉電后依然保存。DS18B20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的,性能價(jià)格比也非常出色,繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后,DSI8B20開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念。DS18B20和DS18B22使電壓特性及封裝有更多的選擇,讓用戶可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測(cè)溫系統(tǒng)。DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由4部分組成:64位光刻R OM,溫度傳感器、非揮發(fā)的溫度報(bào)警觸發(fā)器T H和TL,配置寄存器。本次設(shè)計(jì)智能溫度報(bào)警系統(tǒng)的溫度采集就由DSI8B20完成。將DSI8B20的GND腳接地,VDD腳接高電平,而單總線DQ

7、腳接單片機(jī)的外部中斷1腳,具體的采集電路如圖2所示。圖2 溫度采集電路 LCD1602顯示模塊本設(shè)計(jì)使用的1602液晶是一種點(diǎn)陣液晶顯示器,電壓驅(qū)動(dòng)為5V，帶背光，每行顯示16個(gè)字符，一共可以顯示兩行。1602是字符型液晶，即只能顯示ASCII碼字符，如數(shù)字、大小寫字母、各種符號(hào)等，不能顯示漢字。內(nèi)置含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫(kù)，只有并行接口，無(wú)串行接口。工作溫度一般在-10到+50度,存儲(chǔ)溫度一般在-20到+70度。2.2溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)軟件采用C語(yǔ)言編寫,包括DS18B20的讀寫和串口通信4兩個(gè)主要部分。上位機(jī)軟件采用當(dāng)前測(cè)試測(cè)量應(yīng)用最廣泛的LabV IEW編寫5。La

8、bV IEW(L abo ra to ry V irtua l In st rum en t Eng ineering)是一種圖形化的編程語(yǔ)言,它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受,視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。下位機(jī)軟件軟件設(shè)計(jì)程序采用C語(yǔ)言進(jìn)行編寫，主要完成LCD1602初始化、DS18B20初始化從DS18B20讀取數(shù)據(jù)、向DS18B20寫數(shù)據(jù)及溫度轉(zhuǎn)化等子程序的編寫。此外，在進(jìn)行程序的編寫時(shí)，一定要嚴(yán)格保證DS18B20讀寫時(shí)序的正確性，否則無(wú)法讀取測(cè)溫結(jié)果。其初始化時(shí)序和寫時(shí)序的程序分別如下：（1）DS18B20初始化時(shí)序初始化時(shí)序包括一個(gè)主機(jī)發(fā)出的復(fù)位脈沖以及從機(jī)的應(yīng)

9、答脈沖，這一過(guò)程如圖3所示，復(fù)位脈沖是一個(gè)480960us的低電平，然后釋放總線將總線拉至高電平，時(shí)間持續(xù)1560us。之后，從機(jī)開始向總線發(fā)出一個(gè)應(yīng)答脈沖，該脈沖是一個(gè)60us240us的低電平信號(hào)，表示從機(jī)已準(zhǔn)備好。在初始化過(guò)程中，主機(jī)接收脈沖的時(shí)間最少為480us。void ds18B20_initial()/DS18B20初始化程序doDQ=1；_nop_（）；_nop_（）；DQ=0；Delay（36）；DQ=1；delay（3）；result_ds18b20=DQ；delay（18）；while(result_ds18b20=1)；（2） DS18B20的寫時(shí)序DS18B20的寫時(shí)

10、序如圖4所示，分為寫0和寫1時(shí)序兩個(gè)過(guò)程，主機(jī)把單線總線從高電平拉到低電平時(shí)，表示一個(gè)寫周期的開始。當(dāng)要寫0時(shí)序時(shí)，單總線要被拉至至少60us，當(dāng)要寫1時(shí)序時(shí)，單總線被拉低以后，在15us之內(nèi)就得釋放單總線，將總線拉為高電平。此外，兩個(gè)寫周期之間至少要1us的恢復(fù)時(shí)間。圖4 DS18B20的寫時(shí)序void WriteOneChar(unsigned char dat)/寫一個(gè)字節(jié)程序unsigned char k,m；for(k=8；k>0；k-)DQ=0；for(m=2；m>0；m-)；DQ=dat&0x01；delay(5)；DQ=1；dat>>=1；下位機(jī)

11、軟件流程圖如圖圖5： 初始化1602液晶 和傳感器DS18B20 設(shè)置溫度上限值 啟 動(dòng) 溫 度 轉(zhuǎn) 換溫 度 換 算 及 顯 示 開 始圖5：下位機(jī)軟件流程圖 LabVIEW下的串口通訊的實(shí)現(xiàn)LabVIEW的函數(shù)庫(kù)中提供了串口通訊函數(shù),可用來(lái)設(shè)計(jì)單片機(jī)與PC機(jī)的串口通訊6。(1)串口初始化：圖6 串口初始化圖6中包含以下參數(shù)：<1>flow control etc該參數(shù)包括Input XON/XOFF、Output XON/XOFF、Input HW Handshake、Input alt HW Handshake、XOFF byte、XON byte以及Parity Error

12、r byte主要用于設(shè)置串口通訊的握手方式和奇偶效驗(yàn)方式。<2>baud size LabVIEW分配給串行通訊輸入/輸出緩沖器的容量,可以由用戶設(shè)置。<3>port number串行端口號(hào),在Windows操作系統(tǒng)中參數(shù)port number有以下選擇:0:COM1 1:COM22:COM3 3:COM4 4:LPT1 <4>)baud rate波特率設(shè)置。 <5>data bits一禎信息中的數(shù)據(jù)位數(shù),LabVIEW允許5-8位數(shù)據(jù)。<6>stop bits一禎信息中停止位的位數(shù)。設(shè)置為0則有1位停止位,設(shè)置為1有1位半的停止位,

13、設(shè)置位2有2個(gè)停止位。<7>parity奇偶效驗(yàn)設(shè)置.0表示無(wú)奇偶效驗(yàn),1表示奇效驗(yàn),2表示偶效驗(yàn)。<8>error code錯(cuò)誤碼輸出。（2）串口讀程序圖7 串口讀程序其中參數(shù)requested byte count用于設(shè)置所要讀的字符數(shù)。如果要讀入當(dāng)前串口中的所有字符,用參數(shù)byte count的輸出作為輸入。（3）主程序設(shè)計(jì)圖經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì),波特率1200,自定義軟件握手,無(wú)奇偶校驗(yàn),數(shù)據(jù)位為8位,停止位設(shè)置為0,有1位停止位。主程序的前面板如8圖所示:圖8 主程序的前面板而主程序的流程框圖如下:圖9主程序的流程框圖3結(jié)論利用LabVIEW強(qiáng)大函數(shù)功能和RS232,結(jié)合以單片機(jī)為核心組成的小系統(tǒng),可以很方便地完成數(shù)據(jù)采集及處理等功能,具有很強(qiáng)的工程實(shí)用性,可廣泛應(yīng)于測(cè)試控制領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：1 毛建東.基于LabVIEW的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.微計(jì)算機(jī)信息 2006.082 郭天祥 51單片機(jī)C語(yǔ)言教程.電子工業(yè)出版社。2008