本系統(tǒng)-AVR與虛擬儀器

1、基于LabVIEW的串口溫度監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計張興成 20051001168摘要：本系統(tǒng)利用 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器和 Atmel 公司生產(chǎn)的 AVR 系列ATmega16 單片機(jī)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(jī)。計算機(jī)利用 LabVIEW 的 VISA 讀取串口數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理和顯示，實現(xiàn)基于VISA的串口溫度采集監(jiān)控。關(guān)鍵詞：DS18B20 溫度傳感器 AVR 單片機(jī) VISA 串口概述實時數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制系統(tǒng)中必不可少的組成部分，是進(jìn)行工業(yè)分析，工業(yè)處理和工業(yè)控制的依據(jù)。近年來由于大規(guī)模集成電路、單片機(jī)、計算機(jī)等在工業(yè)控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化的數(shù)據(jù)采集成為必然。這就對

2、傳感器的A/D性能，單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集、處理和傳輸性能，計算機(jī)接口與通信技術(shù)提出了更高的要求。本系統(tǒng)采用Atmel 公司生產(chǎn)的高速8位單片機(jī)AVR 系列 ATmega16 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)串口通訊的方式傳輸至計算機(jī)的串口。計算機(jī)上位機(jī)軟件采用數(shù)據(jù)處理能力超強(qiáng)的LabVIEW軟件編寫，利用其所帶的VISA驅(qū)動進(jìn)行串口的數(shù)據(jù)采集和處理，實現(xiàn)基于VISA的串口溫度采集監(jiān)控。硬件設(shè)計AVR單片機(jī)是1997年由ATMEL公司研發(fā)出的增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC(Reduced Instruc

3、tion Set CPU) 精簡指令集高速8位單片機(jī)。AVR的單片機(jī)可以廣泛應(yīng)用于計算機(jī)外部設(shè)備、工業(yè)實時控制、儀器儀表、通訊設(shè)備、家用電器等各個領(lǐng)域，它與51單片機(jī)、PIC單片機(jī)相比具有一系列的優(yōu)點：1：在相同的系統(tǒng)時鐘下AVR運行速度最快；2: 芯片內(nèi)部的Flsah、EEPROM、SRAM容量較大；3：所有型號的Flash、EEPROM都可以反復(fù)燒寫、全部支持在線編程燒寫(ISP)；4：多種頻率的內(nèi)部RC振蕩器、上電自動復(fù)位、看門狗、啟動延時等功能，零外圍電路也可以工作；5：每個IO口都可以以推換驅(qū)動的方式輸出高、低電平，驅(qū)動能力強(qiáng)；6：內(nèi)部資源豐富，一般都集成AD、DA模數(shù)器、PWM、S

4、PI、USART、TWI、I2C通信口、豐富的中斷源等。目前支持AVR單片機(jī)編譯器的語言主要有匯編語言、C語言、BASIC語言等。其中C編譯器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C語言編譯器由于它具有功能強(qiáng)大、 運用靈活、代碼小、運行速度快等先天性的優(yōu)點，使得它在專業(yè)程序設(shè)計上具有不可代替的地位。DSl8B20數(shù)字溫度計提供9位(二進(jìn)制)溫度讀數(shù)，指示器件的溫度。信息經(jīng)過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機(jī)CPU到DSl8B20僅需一條線(和地線) ，DSl8B20的電源可以由數(shù)據(jù)線本身提供而不需要外部電源。因為每一個DSl8B20在

5、出廠時已經(jīng)給定了唯一的序號，因此任意多個DSl8B20可以存放在同一條單線總線上，這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl8B20的測量范圍從-55攝氏度到+125攝氏度增量值為0.5攝氏度。可在l s(典型值)內(nèi)把溫度變換成數(shù)字。系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要分為四個部分：單片機(jī)、供電電路、DS18B20、串口通訊。圖 SEQ 圖表 * ARABIC 1：單片機(jī)部分電路設(shè)計單片機(jī)部分的電路設(shè)計如圖1所示，主要包括復(fù)位電路、ISP接口、JTAG接口、晶振電路、A/D參考電壓電路（此部分用于AD采集，本系統(tǒng)并未使用）。復(fù)位電路使用了鉗位二極管鉗位，防止觸點電壓過高燒壞RESET引腳。圖 SEQ 圖表

6、* ARABIC 2：供電電路設(shè)計 圖 3：DS18B20電路設(shè)計供電電路如圖2所示，供電電路使用了BM1117進(jìn)行穩(wěn)壓，防止電壓過高燒壞單片機(jī)，并可以提高系統(tǒng)適應(yīng)電壓的范圍，即使供電電壓高于單片機(jī)正常工作電壓也可以由BM1117穩(wěn)壓到單片機(jī)正常工作電壓的范圍。DS18B20 的工作電路如圖3所示，采用外部供電而非總線供電的方式，只需一個電容和兩個電阻。圖 4：串口通信電路串口通信采用Max232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，電路原理圖如圖4所示，實物照片如圖5所示。圖 5：實物照片軟件設(shè)計下位機(jī)軟件采用C語言編寫，包括DS18B20的讀寫和串口通信兩個主要部分。上位機(jī)軟件采用LabVIEW編寫。相關(guān)程序段如

7、下所示：獲取DS18B20數(shù)據(jù)：uint8 gettemp(void) /讀取溫度值 uint8 temh,teml,wm0,wm1,wm2,wm3,temp; init_1820(); /復(fù)位18b20 write_1820(0 xCC); / 跳過ROM write_1820(0 x44); / 溫度變換 init_1820(); write_1820(0 xCC); / 跳過ROM write_1820(0 xbe); / 讀暫存存儲器 teml=read_1820(); /讀數(shù)據(jù) temh=read_1820(); wm0=teml4; /只要高8位的低四位和低8位的高四位，溫度范圍0

8、99 wm1=temh4; wm2=wm1+wm0; /16進(jìn)制轉(zhuǎn)10進(jìn)制 return wm2;系統(tǒng)下位機(jī)主函數(shù)：void main(void) unsigned char i=0,tmp=0; USART_Init(9600); /波特率9600 初始化串口 while(1) tmp=gettemp(); USART_Transmit(tmp); 上位機(jī)軟件采用當(dāng)前測試測量應(yīng)用最廣泛的LabVIEW編寫。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）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

9、集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。圖形化的程序語言，又稱為“”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或流程圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑

10、。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。上位機(jī)的軟件前后面板如圖6所示：圖 6 上位機(jī)軟件前后面板視圖結(jié)束語本系統(tǒng)利用數(shù)字化的溫度傳感器進(jìn)行溫度的采集監(jiān)控，利用串口通信將采集的溫度數(shù)據(jù)傳給電腦，利用電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯示。既實現(xiàn)了采集監(jiān)控的功能，又可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的進(jìn)一步處理和分析。附錄：主要下位機(jī)程序代碼18B20.c#include config.huint8 count,wmh,w

11、ml; /count為實際溫度,wmh為溫度的高位,wml為溫度的低位void init_1820(void) SET_TEM_DDR; /設(shè)置數(shù)據(jù)端口為輸出 SET_TEM_SDT; CLR_TEM_SDT; delay_us(480); /480us以上 SET_TEM_SDT; CLR_TEM_DDR; delay_us(20); /1560us while(CHECK_TEM_SDT); SET_TEM_DDR; SET_TEM_SDT; delay_us(140); /60240us void write_1820(uint8 data) uint8 i; for(i=0;i8;i+

12、) CLR_TEM_SDT; /從高到低，產(chǎn)生寫間隙 if(data&(1i) /寫數(shù)據(jù)，先寫低位 SET_TEM_SDT; else CLR_TEM_SDT; delay_us(40); /1560us SET_TEM_SDT; SET_TEM_SDT; uint8 read_1820(void) uint8 temp,k,n; temp=0; for(n=0;n8;n+) CLR_TEM_SDT; SET_TEM_SDT; /從高到低再到高，產(chǎn)生讀間隙 CLR_TEM_DDR; /設(shè)為輸入 k=CHECK_TEM_SDT; /讀數(shù)據(jù),從低位開始 if(k) temp|=(1n); else

13、 temp&=(14; /只要高8位的低四位和低8位的高四位，溫度范圍099 wm1=temh8);UBRRL = (unsigned char)tmp;/* 接收器與發(fā)送器使能*/UCSRB = (1RXEN)|(1TXEN);/* 設(shè)置幀格式: 8 個數(shù)據(jù)位, 2 個停止位*/UCSRC = (1URSEL)|(1USBS)|(1UCSZ0)|(1UCSZ1);/ 數(shù)據(jù)發(fā)送【發(fā)送5 到8 位數(shù)據(jù)位的幀】void USART_Transmit( unsigned char data )/* 等待發(fā)送緩沖器為空 */while ( !( UCSRA & (1UDRE) );/* 將數(shù)據(jù)放入緩沖

14、器，發(fā)送數(shù)據(jù) */UDR = data; / 數(shù)據(jù)接收【以5 到8 個數(shù)據(jù)位的方式接收數(shù) 據(jù)幀】unsigned char USART_Receive( void )/* 等待接收數(shù)據(jù)*/while ( !(UCSRA & (1RXC) );/* 從緩沖器中獲取并返回數(shù)據(jù)*/return UDR;Main.c#include config.hvoid main(void) unsigned char tmp=0; USART_Init(9600); /波特率9600 初始化串口while(1) tmp=gettemp(); USART_Transmit(tmp); 附錄資料：不需要的可以自行刪

15、除 VIW虛擬因特網(wǎng)教室概述（ ）因特網(wǎng)教室，是一個在局域網(wǎng)環(huán)境中模擬因特網(wǎng)的教學(xué)系統(tǒng)，它采用多種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，把因特網(wǎng)帶進(jìn)校園，讓學(xué)校的師生在校園網(wǎng)中即可模擬上因特網(wǎng)，無須撥號，也不必通過代理服務(wù)器，只要在任一瀏覽器中敲入所需網(wǎng)址，就可完成恰似在因特網(wǎng)上才能實現(xiàn)的全部功能，從而實現(xiàn)信息的交換、發(fā)布與檢索。這樣，學(xué)生和老師在花費極少的校園網(wǎng)環(huán)境中就可遨游樂趣無窮的：搜索瀏覽自己感興趣的網(wǎng)站，查詢收集與課題相關(guān)的信息以輔助教學(xué)或?qū)W習(xí)，使用電子郵件進(jìn)行交流與溝通，在上貼帖子，對某些問題發(fā)表自己獨特的見解，在談天說地中暢所欲言，大侃特侃，在下載專區(qū)中下載各種軟件，在留言板中提出你的意見等等，讓師生

16、們在校園局域網(wǎng)中充分過把上癮。提供了包羅萬象的 網(wǎng)站和功能強(qiáng)大的系統(tǒng)管理程序。此網(wǎng)站中的因特網(wǎng)基礎(chǔ)知識一欄，為學(xué)生們進(jìn)入上好第一堂入門課。為緊密配合教學(xué)，還集成了十多個與教學(xué)有關(guān)的網(wǎng)站，使你幾乎在瞬間便可瀏覽眾多網(wǎng)站。同時，在下載專區(qū)里提供了一系列流行的常用軟件工具，讓你快速下載到本地計算機(jī)上。另外， 還展示了五花八門的網(wǎng)頁特技， 讓你耳目一新，躍躍欲試。在基于操作系統(tǒng)的服務(wù)器上，增加了系統(tǒng)管理主程序（該程序還可在網(wǎng)站管理頻道中直接調(diào)用），包括用戶管理與網(wǎng)站管理，規(guī)定了有哪些用戶創(chuàng)建，維護(hù)哪些站點等等，師生們可以在這里創(chuàng)建與維護(hù)各年級、各教研室、各班級、甚至個人的網(wǎng)站，從而把校園的信息發(fā)布到中

17、去，達(dá)到資源共享，二次開發(fā)的目的。系統(tǒng)要求硬件配置. 服務(wù)器最低配置標(biāo)準(zhǔn)配置最佳配置 以上 以上 以上內(nèi)存以上以上以上硬盤以上剩余空間以上剩余空間以上剩余空間網(wǎng)卡以上帶寬以上帶寬以上帶寬. 工作站最低配置標(biāo)準(zhǔn)配置最佳配置 以上 以上以上內(nèi)存以上以上以上顯示卡以上顯存以上顯存以上顯存網(wǎng)卡以上帶寬以上帶寬以上帶寬聲卡 全雙工聲卡(可選) 全雙工聲卡(可選) 全雙工聲卡軟件配置. 服務(wù)器 服務(wù)器系統(tǒng)， 服務(wù)器軟件，因特網(wǎng)教室軟件。 工作站 、 、 或 ，通訊協(xié)議，瀏覽器（推薦使用以上的瀏覽器）。產(chǎn)品功能因特網(wǎng)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)電子郵件的收發(fā)網(wǎng)站搜索資料的下載網(wǎng)上留言網(wǎng)上聊天網(wǎng)上公告網(wǎng)上資料庫的管理因特網(wǎng)

18、網(wǎng)頁制作特技網(wǎng)站的管理產(chǎn)品特色因特網(wǎng)教室具有以下特點：安裝簡便，由于采用性能優(yōu)越的架構(gòu)，服務(wù)器端僅需裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與因特網(wǎng)教室系統(tǒng)管理主程序，客戶端安裝任意類型的瀏覽器即可 。穩(wěn)定性強(qiáng)，由于服務(wù)器端基于大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺，該平臺具有強(qiáng)大的技術(shù)后盾，可靠性強(qiáng)、安全性高。經(jīng)濟(jì)實惠，由于在局域網(wǎng)中操作，沒有電話費，也沒有上網(wǎng)費，極大減少了教學(xué)成本。兼容性強(qiáng)，客戶端支持 ， 和 操作系統(tǒng)和任意類型的瀏覽器。操作簡易，模擬上網(wǎng)極其簡單，無須撥號，也不必通過代理服務(wù)器，只要在校園網(wǎng)任一瀏覽器中敲入所要網(wǎng)址即可。效率高，由于網(wǎng)站實際是在本地服務(wù)器上，所以上網(wǎng)相當(dāng)于全部在寬頻網(wǎng)絡(luò)上高速運行，你盡可瞬時一覽無遺。

19、功能全，濃縮了的全部功能，只要互聯(lián)網(wǎng)有的，這里都可以找到。中還集成了十多個與教學(xué)有關(guān)的網(wǎng)站，使你呆在校園里便知天下事。同時，還可以把其它網(wǎng)站的信息下載到本地服務(wù)器中，由網(wǎng)站系統(tǒng)管理員經(jīng)過篩選來進(jìn)行統(tǒng)一管理，達(dá)到減少上網(wǎng)次數(shù)與資源共享的目的。中增加的教學(xué)示范，比如因特網(wǎng)基礎(chǔ)知識、電子郵件、網(wǎng)頁特技、 資料庫管理示范等，讓學(xué)生們邊學(xué)習(xí)、邊實踐，是一本不可多得的百科全書。 在中的用戶管理與網(wǎng)站管理程序，讓師生們積極創(chuàng)建與維護(hù)各個站點，完全調(diào)動了他們的主動性，激發(fā)了他們的創(chuàng)造力， 從而讓校園在大舞臺上充分展示自己的風(fēng)采。適應(yīng)范圍校園網(wǎng)培訓(xùn)教室多媒體教室企業(yè)內(nèi)局域網(wǎng)產(chǎn)品安裝和設(shè)置產(chǎn)品包含：藍(lán)點系統(tǒng)盤、 主程序光盤、范例網(wǎng)站光盤； 產(chǎn)品使用手冊一本； 網(wǎng)卡一塊；安裝與啟動因特網(wǎng)教室采用性能優(yōu)越的架構(gòu)，服務(wù)器端必須在功能強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)下運行，而客戶端（僅需安裝瀏覽器）可任意在、 、 操作系統(tǒng)上執(zhí)行，且支持所有類型的瀏覽器。安裝服務(wù)器端服務(wù)器端必須安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（含服務(wù)器）、因特網(wǎng)教室。安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)關(guān)于安裝網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)， 請參閱的安裝手冊。在安裝過程中，選擇定制安裝后，出現(xiàn)待安裝軟件列表，建議安裝該列表中的全部軟件。安裝完后，在服務(wù)器上用命令來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)，出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定窗口，進(jìn)行一些配置：在客戶端工作區(qū)域里，用上下