基于labView的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計

1、基于LabVIEW的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 摘要：設(shè)計了基于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單片機采集被測環(huán)境溫度，將測得的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳給計算機。計算機利用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；LabV IEW；溫度采集1引言虛擬儀器(Virtual Instrument)是基于計算機的軟硬件測試平臺,它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器。LabVIEW是由美國國家儀器公司(National Instruments Co.)推出的、主要面向計算機測控領(lǐng)域的虛擬儀器軟

2、件開發(fā)平臺，是一種基于圖形開發(fā)、調(diào)試和運行的集成化環(huán)境1。利用LabVIEW設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可模擬采集各種信號，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RS-232串口通訊將數(shù)據(jù)送給計算機,在LabVIEW開發(fā)平臺下，對數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理、分析并對信號進(jìn)行存儲、顯示和打印,從而實現(xiàn)了一種在LabVIEW環(huán)境下的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2 溫度采集系統(tǒng)設(shè)計本系統(tǒng)采用STC公司生產(chǎn)STC89C52單片機作為溫度數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹骺匦酒瑴囟葌鞲衅鞑捎脝慰偩€方式的集成數(shù)字溫度傳感器DS18B20。采集得到的數(shù)據(jù)利用單片機經(jīng)串口通信的方

3、式傳輸至計算機的串口。計算機上位機軟件采用數(shù)據(jù)處理能力超強的LabV IEW軟件編寫,利用其所帶的V ISA驅(qū)動進(jìn)行串口的數(shù)據(jù)采集和處理,實現(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)字溫度傳感器對溫度信號進(jìn)行采集,采集到的信號被送到AT89C51中, 將采集到的溫度值在LCD上顯示并通過串口發(fā)送到上位機，其原理圖如1所示(見附錄1)。2.1.1 中央處理單元STC89C51本設(shè)計選用的中央處理單元是STC89C52單片機，STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFalsh Progra

4、mmable and Eras-able Read Only Memory）的低電壓,高性能CMOS8位微處理器,俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(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)點有三：(1)低功耗、低價； (2)高速、高可靠；(3)抗靜電、干擾能力強；STC89C52標(biāo)識分別解釋如下：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)部程序存儲空間大小，1為4KB。2為8KB，3為

5、12KB。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。是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器。一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點,使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò),為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念3。它的測量溫度范圍為-55+125?，F(xiàn)場溫度直接以“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)場溫度測量,如環(huán)境控制、設(shè)備或過程控制、測溫類消費電子產(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

6、度為±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)定的報警溫度存儲在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)濟的測溫系統(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)的溫度報警觸發(fā)器T H和TL,配置寄存器。本次設(shè)計智能溫度報警系統(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

7、單總線DQ腳接單片機的外部中斷1腳,具體的采集電路如圖2所示。圖2 溫度采集電路2.1.3 LCD1602顯示模塊本設(shè)計使用的1602液晶是一種點陣液晶顯示器,電壓驅(qū)動為5V，帶背光，每行顯示16個字符，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、各種符號等，不能顯示漢字。內(nèi)置含128個字符的ASCII字符集字庫，只有并行接口，無串行接口。工作溫度一般在-10到+50度,存儲溫度一般在-20到+70度。2.2溫度采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計下位機軟件采用C語言編寫,包括DS18B20的讀寫和串口通信4兩個主要部分。上位機軟件采用當(dāng)前測試測量應(yīng)用最廣泛的LabV

8、 IEW編寫5。LabV 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言,它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實驗室所接受,視為一個標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。2.2.1下位機軟件軟件設(shè)計程序采用C語言進(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，一定要嚴(yán)格保證DS18B20讀寫時序的正確性，否則無法讀取測溫結(jié)果。其初始化時序和寫時序的程序分別如下：（1）DS18B20初始化時序初始化時序包括一個

9、主機發(fā)出的復(fù)位脈沖以及從機的應(yīng)答脈沖，這一過程如圖3所示，復(fù)位脈沖是一個480960us的低電平，然后釋放總線將總線拉至高電平，時間持續(xù)1560us。之后，從機開始向總線發(fā)出一個應(yīng)答脈沖，該脈沖是一個60us240us的低電平信號，表示從機已準(zhǔn)備好。在初始化過程中，主機接收脈沖的時間最少為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） DS18B2

10、0的寫時序DS18B20的寫時序如圖4所示，分為寫0和寫1時序兩個過程，主機把單線總線從高電平拉到低電平時，表示一個寫周期的開始。當(dāng)要寫0時序時，單總線要被拉至至少60us，當(dāng)要寫1時序時，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，兩個寫周期之間至少要1us的恢復(fù)時間。圖4 DS18B20的寫時序void WriteOneChar(unsigned char dat)/寫一個字節(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；da

11、t>>=1；下位機軟件流程圖如圖圖5： 初始化1602液晶 和傳感器DS18B20 設(shè)置溫度上限值 啟 動 溫 度 轉(zhuǎn) 換溫 度 換 算 及 顯 示 開 始圖5：下位機軟件流程圖2.2.2 LabVIEW下的串口通訊的實現(xiàn)LabVIEW的函數(shù)庫中提供了串口通訊函數(shù),可用來設(shè)計單片機與PC機的串口通訊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、XO

12、N byte以及Parity Errorr byte主要用于設(shè)置串口通訊的握手方式和奇偶效驗方式。<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,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

13、有1位停止位,設(shè)置為1有1位半的停止位,設(shè)置位2有2個停止位。<7>parity奇偶效驗設(shè)置.0表示無奇偶效驗,1表示奇效驗,2表示偶效驗。<8>error code錯誤碼輸出。（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)計圖經(jīng)過設(shè)計,波特率1200,自定義軟件握手,無奇偶校驗,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強大函數(shù)功能和RS232,結(jié)合以單片機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,具有很強的工程實用性,可廣泛應(yīng)于測試控制領(lǐng)域。參考文獻(xiàn)：1 毛建東.基于LabVIEW的單片機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計J.微計算機信息 2006.082 郭天祥 51單片機C語言教程.電子工業(yè)出版社。200