基于labView的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)課案

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.才隹出的

2、、 主要面向計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域的虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)， 是一種基于圖形開(kāi)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(kāi)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

3、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(xiě) ,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)。2.1.1 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

4、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( fperom falsh programmable and eras-ableread only memory)的低電壓，高性能cmos8位微處理器，俗稱(chēng)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)分另1j解釋如下：stc一表示芯片為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falsh

5、 e2 prom 存儲(chǔ)器。c一標(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。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(hù)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+125c?，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(lèi)消費(fèi)電子產(chǎn)

6、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± 0.5c。可以選擇更小的封裝 方式 ,更寬的電壓適用范圍。分辨率設(shè)定及用戶(hù)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(kāi)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(hù)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：6

7、4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2.1.3 lcd1602a 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(xiě)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)用

8、行接口。工作溫度一般在-10至"50度，存儲(chǔ)溫度一般在-20至"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(xiě)，包括ds18b20的讀寫(xiě)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(xiě)5。labv iew(l abo ra to ry v irtua l in st rum ent 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。2.2.1 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(xiě)，主要完成 lcd1602初始化、ds18b2創(chuàng)始化從

9、 ds18b20實(shí)取數(shù)據(jù)、向ds18b20f數(shù)據(jù)及溫度轉(zhuǎn)化等子程序的編寫(xiě)。止匕外，在進(jìn)行程序的編寫(xiě)時(shí)，一定要嚴(yán)格保證ds18b20實(shí)寫(xiě)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(xiě)時(shí)序的程序分別如下：(1) ds18b2創(chuàng)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)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)1560u&之后，從機(jī)開(kāi)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480usovoid ds18b20_ini

10、tial()ds18b20初始化程序dodq=1;_nop_ ()；_nop_ ()；dq=0delay (36);dq=1delay (3);result_ds18b20=dq ；delay (18);while(result_ds18b20=1)；.(2) ds18b20i勺寫(xiě)時(shí)序ds18b20勺寫(xiě)時(shí)序如圖4所示，分為寫(xiě)0和寫(xiě)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(xiě)周期的開(kāi)始。當(dāng)要寫(xiě)0時(shí)序時(shí)，單總 線要被拉至至少60us,當(dāng)要寫(xiě)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。止匕外，兩個(gè)寫(xiě)周期之間至少要1us的恢復(fù)時(shí)間。主機(jī)鑄時(shí)間片主機(jī)

11、寫(xiě)時(shí)間片圖4 ds18b20的寫(xiě)時(shí)序void writeonechar(unsigned char dat)/j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)軟件流程圖如圖圖5:圖5:下位機(jī)軟件流程圖2.2.2 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)的用 口通訊6。(1)串口初始化：flow control etc串1號(hào)出據(jù)位奇偶校驗(yàn)位圖6

12、用口初始化圖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 errorr 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(hù)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:

13、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，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)用口讀程序staring ad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)

14、。如果要讀入當(dāng)前用口中的所有字符，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:溫度采集系統(tǒng)送激幫|通訊口設(shè)置：通訊口 ：周«諛睛軍：:j向o如校驗(yàn)位： :心醍停止位：井口八圖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雖大函數(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