工學(xué)基于單片機(jī)的串口LED漢字顯示技術(shù)

1、南京理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作者:孔馨雨學(xué)號(hào)：0704210105學(xué)院(系):電子工程與光電技術(shù)學(xué)院專(zhuān)業(yè):電子信息工程題目:基于虛擬儀器技術(shù)的果園生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)教授張重雄指導(dǎo)者： (姓名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓名) (專(zhuān)業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2011年 5 月畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）中文摘要我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，果園果樹(shù)的栽培已經(jīng)有幾百年的歷史，傳統(tǒng)方式的人工采集費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此基于虛擬儀器的果園生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。本設(shè)計(jì)軟件部分主要采用虛擬儀器，數(shù)據(jù)的采集是其軟件的最基本功能。硬件部分在這個(gè)課題中是用PROTEUS進(jìn)行設(shè)計(jì)仿真，核心單片機(jī)為AT89C51。本篇論

2、文先是對(duì)于本課題的背景和意義進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，然后對(duì)于硬件設(shè)計(jì)部分所用的AT89C51單片機(jī)的作用和功能，以及采集電路設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)的闡述。接著對(duì)于軟件部分，介紹一下虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的設(shè)計(jì)，以及它的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行概述。最后，通過(guò)軟件硬件的調(diào)試，完成基于虛擬儀器的果園生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：虛擬儀器，果園生態(tài)環(huán)境，單片機(jī)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，AT89C51畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）外文摘要Title The design of detection system about ecological environment of orchard based on VI AbstractAs a lar

3、ge agricultural country, China has a long history which is nearly several hundreds of years on cultivating fruit trees inorchards.The traditional method of acquisition by human istime-consuming and needs efforts, sothe detection system about ecological environment of orchard based on VIcan be a good

4、 solution to this problem.This design mainly use virtual instruments in this part of the design software,and the most basic features of the software are data collection. Also it uses the PROTEUS simulation design, and the core of MCU is AT89C51 in this subject of hardware. Firstly, the paper introdu

5、ces the background and significance of this subject generally. Besides, it illustrates the functions of AT89C51 microcontroller which is used in the design of hardware part, also describes the system of acquisition circuit. In addition, the paper explains the application of virtual instrument techno

6、logy, and the design and overview trends of remote monitoring in the software part. Finally, to complete the design of detection system about ecological environment of orchard based on VIthrough debugging software and hardware.Keywords: virtual instrument, ecological environment of orchard, SCM, rem

7、ote monitoring, AT89C51目次1緒論11. 1選題的背景11. 2選題的意義及發(fā)展現(xiàn)狀11. 3論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排22系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)方案32. 1系統(tǒng)總設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思想32. 2系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案33前端采集裝置設(shè)計(jì)43. 1前端采集裝置各部分設(shè)計(jì)思想43. 2溫度采集電路設(shè)計(jì)43. 3濕度采集電路設(shè)計(jì)63. 4光照采集電路設(shè)計(jì)83. 5AT89C51單片機(jī)93. 6MAX232103. 7LCD顯示電路113. 8前端采集裝置設(shè)計(jì)總電路12前端采集的總電路圖134前端采集裝置的軟件部分144.1前端采集裝置電路設(shè)計(jì)的仿真軟件介紹144.2前端采集裝置總流程圖154.3D

8、S18B20軟件編程154.4LCD1602軟件編程175PC終端的軟件設(shè)計(jì)225.1虛擬儀器技術(shù)22虛擬儀器的組成22虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)23虛擬儀器的用途及發(fā)展趨勢(shì)245.2LabVIEW平臺(tái)25的構(gòu)成25特點(diǎn)265.3基于LabVIEW的軟件設(shè)計(jì)26串行通信26通信端口介紹27串口的配置和讀取28串行通信顯示數(shù)據(jù)總框圖286系統(tǒng)的調(diào)試306. 1前端采集裝置設(shè)計(jì)的調(diào)試306. 2PC終端軟件設(shè)計(jì)的調(diào)試30結(jié)論32致謝34參考文獻(xiàn)351 緒論1. 1 選題的背景我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，果樹(shù)栽培具有悠久的歷史，早在400多年前，古代勞動(dòng)人民就開(kāi)始從事果樹(shù)的種植。經(jīng)過(guò)歷史的發(fā)展和長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐，我國(guó)果

9、樹(shù)的品種日趨豐富，由于果樹(shù)具有良好的生態(tài)效益經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，果樹(shù)的培養(yǎng)和種植也越來(lái)越受到人們的重視1。對(duì)于現(xiàn)今科技的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的科技化也成為了必然趨勢(shì)，因此對(duì)于傳統(tǒng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的人工方式進(jìn)行果園數(shù)據(jù)的采集，將逐漸被科技化的方式所取代。應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高科技信息技術(shù)主要是由計(jì)算機(jī)信息的存儲(chǔ)和處理以及各種新型的軟件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信多媒體技術(shù)智能控制系統(tǒng)等方面的綜合應(yīng)用所組成的。美國(guó)，荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家在80年代初期和中期就已經(jīng)開(kāi)始利用現(xiàn)代化進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，比如機(jī)械灌溉，溫室種植蔬菜水果，試管培養(yǎng)新品種等2。我國(guó)雖然農(nóng)業(yè)科技的起步較之許多國(guó)家都比較晚，但是發(fā)展速度十分迅速，尤其是近些年來(lái)，科技已經(jīng)逐步

10、走進(jìn)了我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人們的生活中。因此，我所選擇的基于虛擬儀器的果園生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)這個(gè)課題，也是對(duì)于果園環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完善的科技化創(chuàng)新項(xiàng)目。在現(xiàn)代化發(fā)展迅猛的社會(huì)經(jīng)濟(jì)中，農(nóng)業(yè)科技化，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為人們對(duì)于農(nóng)業(yè)發(fā)展的訴求。而在果園的生態(tài)環(huán)境中，對(duì)于應(yīng)用計(jì)算機(jī)虛擬儀器進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)正是順應(yīng)了發(fā)展的趨勢(shì)。虛擬儀器是伴隨著20世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展越來(lái)越純熟而逐步發(fā)展起來(lái)的較為新型的一門(mén)技術(shù)。它是把計(jì)算機(jī)的硬件技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，儀器以及通信技術(shù)結(jié)合起來(lái)的一個(gè)綜合性產(chǎn)物。雖然是新興學(xué)科，可是它在測(cè)量，分析，計(jì)算，顯示等方面操作的便捷和實(shí)用性上具有極大的優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)點(diǎn)對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，有極大

11、的推動(dòng)性作用，也因此同時(shí)被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)。我所研究的選題，選用虛擬儀器進(jìn)行顯示監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，也是基于對(duì)它這些優(yōu)勢(shì)的考量。1. 2 選題的意義及發(fā)展現(xiàn)狀果樹(shù)的栽培技術(shù)，在我國(guó)發(fā)展的越來(lái)越成熟，水果不僅種類(lèi)越來(lái)越多，質(zhì)量和產(chǎn)量也呈現(xiàn)直線增長(zhǎng)的趨勢(shì)。作為農(nóng)業(yè)中比例非常重要的果園果樹(shù)業(yè)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值中，占據(jù)著不容小覷的比例，同時(shí)我國(guó)的果園數(shù)量和果樹(shù)的年產(chǎn)量也居于世界的首位，相較于許多農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國(guó)的發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的果樹(shù)栽培在許多方面都有著先天性的優(yōu)勢(shì)，目前果園果樹(shù)的培養(yǎng)已經(jīng)成為我國(guó)種植業(yè)中，繼糧食和蔬菜后的第三大產(chǎn)業(yè)。因此，對(duì)于推進(jìn)我國(guó)果樹(shù)行業(yè)的發(fā)展，提高果樹(shù)栽培的成功率，增加

12、果樹(shù)的產(chǎn)量等各個(gè)方面，我們都應(yīng)該不遺余力。在對(duì)于果樹(shù)的培養(yǎng)過(guò)程中，溫度濕度光照對(duì)于其生長(zhǎng)具有非常重要的影響，尤其是在現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用的溫室和塑料大棚這兩種環(huán)境中。在過(guò)去，人們總是通過(guò)自己每天的采集以及工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于這些影響果園果樹(shù)生長(zhǎng)的因素進(jìn)行分析記載用于對(duì)于果園的管理。這種管理方式雖然經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史不斷進(jìn)行完善，但對(duì)于現(xiàn)今這個(gè)高速發(fā)展的時(shí)代，依舊不是最佳的選擇。隨著科技的發(fā)展和進(jìn)步，人們?cè)絹?lái)越多的考慮應(yīng)用科技的力量，去更完美的完成一些工作，而對(duì)于果園的生態(tài)環(huán)境，我們可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和管理，這樣不僅節(jié)省了大量的人力資源，很大程度上降低了果園果樹(shù)栽培的成本，而且也能盡量避免人為因素和主觀

13、因素對(duì)于環(huán)境因素監(jiān)測(cè)造成的誤差，從而達(dá)到更準(zhǔn)確更有實(shí)效性的完成對(duì)果園環(huán)境的科學(xué)化監(jiān)測(cè)。1. 3 論文的主要內(nèi)容及章節(jié)安排本文首先介紹了果樹(shù)栽培在我國(guó)有著悠久的歷史且存在著巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益，傳統(tǒng)果園采用人工方式采集環(huán)境數(shù)據(jù)的方法費(fèi)事費(fèi)力，從而引出本課題基于虛擬儀器的果園生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。其次簡(jiǎn)要介紹虛擬儀器技術(shù)及其開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW，詳細(xì)闡述基于LabVIEW虛擬儀器技術(shù)對(duì)果園生態(tài)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方法。該系統(tǒng)中的硬件電路的設(shè)計(jì)采用AT89C51及傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)于單片機(jī)、傳感器及AT89C51也做出了必要的說(shuō)明，之后通過(guò)串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，實(shí)現(xiàn)了果園生態(tài)環(huán)

14、境信息的監(jiān)測(cè)采集，為果園生產(chǎn)管理提供及時(shí)準(zhǔn)確的園區(qū)信息。文章的第2章介紹系統(tǒng)的總的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思想；第3章主要對(duì)前端采集裝置電路各個(gè)部分進(jìn)行詳細(xì)的介紹，并最終得到前端采集裝置的總設(shè)計(jì)圖;第4章對(duì)前端采集裝置電路中需要使用的軟件部分進(jìn)行分析；第5章就是PC終端基于虛擬儀器的軟件設(shè)計(jì)；第6章則是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。2 系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)方案2. 1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思想基于虛擬儀器的果園生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)這個(gè)課題中，溫度的范圍要求是-50150，濕度的要求范圍是0100%，光照強(qiáng)度的要求范圍是從0200Klax，對(duì)于數(shù)據(jù)的采集系統(tǒng)本課題中以單片機(jī)AT89C51為主進(jìn)行設(shè)計(jì)，終端程序采用LabVIEW進(jìn)

15、行圖形化語(yǔ)言的編程，采集器和終端管理PC機(jī)采用的是串行接口進(jìn)行連接，最終達(dá)到在LabVIEW上準(zhǔn)確的顯示出光照溫度濕度等環(huán)境因素的實(shí)時(shí)采集數(shù)值。2. 2 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案本課題通過(guò)傳感器對(duì)果園進(jìn)行生態(tài)環(huán)境參數(shù)的采集，將所采集到的模擬數(shù)據(jù)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后傳送到單片機(jī)，并通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，接著經(jīng)過(guò)串行接口把分析處理過(guò)的數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)終端使用LabVIEW設(shè)計(jì)出顯示窗口，能夠及時(shí)的顯示出串行接口發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。所以本課題是基于虛擬儀器技術(shù)、傳感器技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)這三大技術(shù)，主要以計(jì)算機(jī)作為核心對(duì)于果園生態(tài)環(huán)境中溫度、濕度、光照這些因素實(shí)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)，從而來(lái)達(dá)到對(duì)于果園生態(tài)環(huán)境的智能化

16、管理和監(jiān)測(cè)。如圖2.1所示為系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖。調(diào)理電路前端采集裝置串行通信虛擬儀器顯示PC終端果 園 環(huán) 境單片機(jī)C51A/D轉(zhuǎn)換光照傳感器濕度傳感器溫度傳感器圖2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖3 前端采集裝置設(shè)計(jì)本課題中硬件電路的設(shè)計(jì)要求是要用AT89C51單片機(jī)為主要設(shè)計(jì)芯片，采集數(shù)據(jù)主要利用傳感器完成。傳感器包括溫度、濕度、光照傳感器等，能夠?qū)崟r(shí)采集溫濕度、光照等信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成電壓或電流信號(hào)3。對(duì)影響果園果樹(shù)生長(zhǎng)的環(huán)境因素采集范圍的要求：溫度的范圍是：50150，根據(jù)此要求選用DS18B20溫度傳感器；濕度的范圍是：0100%，因此選用濕度傳感器HS1101；光照的范圍：0200KLax，本設(shè)計(jì)

17、中選擇光敏電阻進(jìn)行設(shè)計(jì)。3. 1 前端采集裝置各部分設(shè)計(jì)思想對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，硬件設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，因此需要考慮到很多方面的要求，用以達(dá)到實(shí)現(xiàn)這個(gè)設(shè)計(jì)的基本功能。具體主要需要考慮的因素有如下幾個(gè)：系統(tǒng)的穩(wěn)定程度；器件本身的通用性；軟件編程是否容易實(shí)現(xiàn)；系統(tǒng)在其他方面的功能和性能指標(biāo)。由此可以看出，硬件電路設(shè)計(jì)用于對(duì)影響果樹(shù)生長(zhǎng)的光照溫度濕度因素的數(shù)據(jù)采集，對(duì)于整個(gè)課題的順利實(shí)現(xiàn)有著至關(guān)重要的作用，下面就開(kāi)始從每個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)上來(lái)逐個(gè)的對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的分析和探討。3. 2 溫度采集電路設(shè)計(jì)在對(duì)于溫度的采集電路中，本文主要采用DS18B20單總線數(shù)字式溫度計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，單總線指的就是將地址線控制線和

18、數(shù)據(jù)線合成為一根信號(hào)線，在這根信號(hào)線上可以連接多個(gè)器件，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間任何一個(gè)器件都可以驅(qū)動(dòng)該根總線。DS18B20是一種新型數(shù)字式集成溫度傳感器，它只有唯一的一個(gè)數(shù)據(jù)輸入/輸出口，使用起來(lái)非常方便，也正因?yàn)檫@個(gè)原因被廣泛的應(yīng)用于測(cè)量溫度。本課題選擇DS18B20是因?yàn)樗显撨x題中溫度的采集范圍從-55到+125且精度+0.5這個(gè)要求，因?yàn)槿魏我粋€(gè)DS18B20都有唯一的一個(gè)64位序列碼，這就使它允許任何數(shù)量的DS18B20同時(shí)連接在同一個(gè)單線總線上，也可在一根總線上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。此外，DS18B20不需要外部電源，可以直接從數(shù)據(jù)線上獲取供電。如圖3.1所示為DS18B20引腳圖，表3.

19、1為DS18B20引腳功能表。圖3.1 DS18B20引腳圖表3.1 DS18B20引腳功能8引腳SOIC封裝TO-9封裝符號(hào)說(shuō)明51GND接地42DQ數(shù)據(jù)輸入/輸出引腳。對(duì)于單線操作：漏極開(kāi)路。當(dāng)工作在寄生電源模式的時(shí)候用來(lái)提供電源。33VDD可選的VDD引腳。工作于寄生電源模式時(shí)，VDD必須接地。注釋?zhuān)核猩媳砦刺峒暗倪B接都無(wú)連接電路中采用DS18B20測(cè)量溫度，輸出的為全數(shù)字化信號(hào)。這種全數(shù)字化信號(hào)可以免去使用傳統(tǒng)測(cè)量溫度方法時(shí)的很多外圍電路，因此更便于單片機(jī)對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行處理和控制。該芯片最大的優(yōu)點(diǎn)就是用單總線進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，所以它能直接與計(jì)算機(jī)連接，并且可以直接輸出溫度。本系統(tǒng)是利

20、用AT89C51單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，再與LCD一起實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的顯示，從而實(shí)現(xiàn)了溫度的快速采集顯示需求。圖3.2為DS18B20溫度采集電路。圖3.2 DS18B20溫度采集電路3. 3 濕度采集電路設(shè)計(jì)濕度的采集電路選用濕度傳感器HS1101進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)。HS1101傳感器在設(shè)計(jì)電路中的作用相當(dāng)于一個(gè)電容器件，該電容器件的數(shù)值隨著濕度的增大而增大。它符合所需要的濕度范圍：0100%的要求，具有快速的反映時(shí)間，HS1101濕度受溫度影響變化非常的小，具有長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定和高度的可靠性，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需要進(jìn)行任何校正，長(zhǎng)時(shí)間的飽和情況下能快速的脫濕，因此對(duì)于選擇它進(jìn)行電路設(shè)計(jì)非常合適。

21、如圖3.3為HS1101實(shí)物圖，表3.2為HS1101常用參數(shù)表。圖3.3 HS1101實(shí)物圖表3.2 HS1101常用參數(shù)表參數(shù)符號(hào)參數(shù)值單位工作溫度Ta40100°C儲(chǔ)存溫度Tstg40125°C供電電壓Vs10Vac濕度范圍RH0100%RH焊接時(shí)間t10S濕度采集電路設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是將HS1101放在555振蕩電路中，微波處理器直接采集電路中的電容值變換，并將其轉(zhuǎn)換為電壓的頻率信號(hào)。芯片555電路中，連接的R4R5與HS1101一起，共同組成一個(gè)充電回路。放電回路則由芯片內(nèi)部的晶體管通過(guò)引腳7和地端相連短路來(lái)實(shí)現(xiàn)。引腳2和引腳6相連，引入到片內(nèi)，和片內(nèi)比較器一起組成

22、一個(gè)多諧波的振蕩器，引腳3引出后連接的電阻R7是保護(hù)電阻，目的在于防止短路，之后連接到AT89C51的P34輸入端。電路中R5相對(duì)于R4來(lái)說(shuō)一定要非常小，但是不能太小以至于不能起到該電阻在電路中的作用。HS1101濕度傳感器在整個(gè)電路中的作用類(lèi)似于一個(gè)可以變化的電容器，與引腳2和引腳6連接在一起。HS1101的等效電容，在R4和R5的作用下充電達(dá)到上限電壓（此時(shí)的時(shí)間記作T1），達(dá)到上限電壓時(shí)555芯片引腳3的電壓由高電平轉(zhuǎn)換為低電平，接著利用R4進(jìn)行放電，因?yàn)橐_7由于R5內(nèi)部短路接地，因此開(kāi)始放電并放電到觸發(fā)界線（此時(shí)時(shí)間記作T2）就停止，這個(gè)時(shí)候芯片555的引腳3電壓又變?yōu)楦唠娖?。利用?/p>

23、原理，通過(guò)兩個(gè)不同的電阻對(duì)傳感器進(jìn)行不停的充放過(guò)程，并輸出產(chǎn)生的方波波形。圖3.4為濕度采集電路。圖3.4 濕度采集電路對(duì)于充電放電的時(shí)間，以及最終輸出方波要通過(guò)什么樣的方法轉(zhuǎn)換為濕度，這都需要涉及一些計(jì)算函數(shù)，通過(guò)這些函數(shù)的計(jì)算之后，才能轉(zhuǎn)換為我們讀取的濕度數(shù)值。充電放電的時(shí)間計(jì)算公式分別為：輸出波形的頻率和占空比的計(jì)算公式如下：通過(guò)上面的公式進(jìn)行分析可以看出，空氣濕度相對(duì)于芯片555的輸出頻率大小之間存在著一定的線性關(guān)系，表格3.3中給出了典型的濕度和頻率之間的關(guān)系，通過(guò)采集到555芯片的頻率，然后按照下面的表格進(jìn)行對(duì)照，這樣就能夠通過(guò)查表得出其相對(duì)濕度的數(shù)值。表3.3為典型頻率濕度關(guān)系表

24、。表3.3 典型頻率濕度關(guān)系RH0102030405060708090100Frequency685267346618650363886271615260295901576656233. 4 光照采集電路設(shè)計(jì)光照對(duì)于果樹(shù)的成長(zhǎng)和發(fā)育起著至關(guān)重要的作用。果樹(shù)的整個(gè)生命周期中，都必須在一定的光照下才能進(jìn)行生長(zhǎng)發(fā)育。對(duì)于光照采集的電路設(shè)計(jì)中，選用的主要元件為對(duì)于光照強(qiáng)度變化具有非常靈敏的感應(yīng)能力的光敏電阻，光敏電阻是一種隨著光照強(qiáng)度的變化，其自身的阻值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化的電阻器件。本電路設(shè)計(jì)中采用的為GL3516光敏電阻，因?yàn)樗陌惦娮柰^(guò)1M，而亮電阻則在5K10K，因此R6阻值選擇為10K，

25、當(dāng)其為暗電阻時(shí)，電路中光敏電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R6阻值，采集到的電壓值基本為0可與光照強(qiáng)度0KLax對(duì)應(yīng)，當(dāng)其為亮電阻時(shí)，電阻值與R6大小基本相同，此時(shí)采集到電壓與200KLax相對(duì)應(yīng)。這部分所設(shè)計(jì)的電路就是充分利用了光敏電阻的這種特性，當(dāng)光照強(qiáng)度發(fā)生改變時(shí)，阻值隨著光照而變化，從而電路中光敏電阻兩端的電壓也隨之發(fā)生變化，這樣就能通過(guò)對(duì)于電壓變化的檢測(cè)，將電壓信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)于果園中光照強(qiáng)度的采集。本電路的設(shè)計(jì)目的在于完成對(duì)于果園光照強(qiáng)度的采集，而實(shí)際情況中采集到的是電壓值的變化，因此電路中還需要再設(shè)計(jì)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路，選用的A/D轉(zhuǎn)換器就是芯片ADC0832。ADC0832是一種8位分辨

26、率雙通道的A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨率可達(dá)到256級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)一般適量的模擬量轉(zhuǎn)換要求，作為單通道模擬信號(hào)輸入的時(shí)候，ADC0832的輸入電壓為0V到5V，由于本設(shè)計(jì)電路預(yù)想情況下輸出的應(yīng)該是檢測(cè)到的光照強(qiáng)度，而實(shí)現(xiàn)的途徑是通過(guò)電阻值的變化引起電壓值發(fā)生變化，并對(duì)電壓值進(jìn)行記錄，因此這個(gè)輸出電壓必須通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換作用，將輸入的電壓信號(hào)最終轉(zhuǎn)換為本課題中要求的光照強(qiáng)度進(jìn)行輸出。如圖3.5為光照強(qiáng)度的采集電路。圖3.5光照強(qiáng)度的采集電路3. 5 AT89C51單片機(jī)AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱(chēng)單片機(jī)4。它是一種低功耗高

27、性能的CMOS 8位微控制器，具有32個(gè)可編程的I/O口，2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器以及256KB RAM單元，因此它可以不需要額外的擴(kuò)展EEPROM或者靜態(tài)RAM就可以實(shí)現(xiàn)所要求的功能8。從眾多單片機(jī)中選用AT89C51作為核心芯片的原因，也是因?yàn)樗軌蚝?jiǎn)化電路提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。AT89C51單片機(jī)是整個(gè)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心，它除了是協(xié)調(diào)整個(gè)電路的控制器之外，還是整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理器。 AT89C51芯片中P0口是一個(gè)8位的漏極開(kāi)路的雙向I/O口，它可以用作輸出口，如果它訪問(wèn)的是外部程序或者數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也可以用作低8位的地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。P1口是一個(gè)8位的內(nèi)部有上拉電阻的雙向I/O口，P

28、1口輸出的緩存器可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯門(mén)電路。P2口P3口和P1口的功能基本相同，P3口也具有一些特殊的功能也可稱(chēng)作其第二功能。表3.4為P3口的特殊功能表。表3.4 P3口的特殊功能端口引腳第二功能P3.0RXD串行輸入端P3.1TXD串行輸出端P3.2INT0外部中斷0P3.3INT1外部中斷1P3.4T0 計(jì)時(shí)器0P3.5T1 計(jì)時(shí)器1P3.6WR 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)寫(xiě)選通P3.7RD外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)讀選通由于AT89C51內(nèi)部有一個(gè)有個(gè)高增益反相放大器，引腳XTAL1為該放大器的輸入端，XTAL2為該放大器的輸出端，這個(gè)反相放大器和作為反饋元件的石英晶體諧振器，可以構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器，如圖3

29、.6為單片機(jī)C51電路。圖3.6單片機(jī)C51電路3. 6 MAX232在單片機(jī)中，只要談到串行通信，必然要想到MAX232。MAX232芯片是一個(gè)使用+5V單電源供電的標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片，是常用的一種電平轉(zhuǎn)換芯片，一般被使用在串行通信中。單片機(jī)輸出的是TTL或者CMOS電平，而TTL電平或者CMOS電平中規(guī)定的邏輯0電平為0V，邏輯1的電平為+5V，在單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的串行通信過(guò)程中，輸出電壓的數(shù)值往往高達(dá)12V，如果這樣直接與單片機(jī)連接的話，非常容易造成芯片的燒毀，所以需要MAX232芯片進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換。從MAX232的原理上來(lái)看，可以將其分為3部分。第一部分是電荷泵，它的主要作

30、用是可以將直流的5V電源轉(zhuǎn)換為±10V的電源，用來(lái)滿(mǎn)足TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成所需要的電平。第二部分是將TTL或者CMOS電平轉(zhuǎn)換成RS232電平，在本電路中，將引腳12與AT89C51單片機(jī)的串行發(fā)送的端TXD相連，將引腳7與RS232相連接，通過(guò)這種方式，實(shí)現(xiàn)了從單片機(jī)中輸出TTL/CMOS電平，將這個(gè)輸出的電平在MAX232內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而成為所需要的電平。第三部分就是把±10V的RS232電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL/CMOS電平。通過(guò)上述方法，來(lái)完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中對(duì)于電平轉(zhuǎn)換的需求。圖3.7為RS232引腳圖。圖3.7 RS232引腳圖根據(jù)上述的介紹， AT89C51輸出的

31、信號(hào)通過(guò)MAX232的電平轉(zhuǎn)換作用以達(dá)到最終本選題所需要的與計(jì)算機(jī)連接目的。圖3.8為MAX232電平轉(zhuǎn)換電路。圖3.8 MAX232電平轉(zhuǎn)換電路3. 7 LCD顯示電路對(duì)于前面電路中采集到的溫度濕度光照這些數(shù)據(jù)，可以通過(guò)在電路中加入一個(gè)LCD來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于采集數(shù)據(jù)的顯示功能。在本電路的設(shè)計(jì)中選用的LCD是LCD1602，之所以沒(méi)有選擇傳統(tǒng)的數(shù)碼管，而是選用選擇液晶顯示器的原因就是它的體積非常的小，采用數(shù)字式的接口，功耗很低，能夠顯示的內(nèi)容非常的豐富顯示質(zhì)量也很高，而且非常的輕巧。在現(xiàn)在的日常生活中，其實(shí)對(duì)于液晶顯示器并不陌生，在許多電子產(chǎn)品中，液晶顯示模塊頻繁的被使用，如計(jì)算機(jī)電視機(jī)電子表等非常

32、多的家用電器中也可以時(shí)?？吹?，而這些液晶顯示器主要是顯示圖形數(shù)字專(zhuān)用符號(hào)等。LCD1602液晶顯示模塊，它的顯示原理是通過(guò)電壓對(duì)它的顯示區(qū)域進(jìn)行控制，有電壓就可以顯示出波形或者數(shù)字字符，LCD1602是字符型液晶顯示器的代表。在本電路中LCD1602液晶顯示模塊是可以直接的和單片機(jī)AT89C51直接連接在一起，對(duì)于輸入AT89C51的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)編程執(zhí)行，便可以在LCD1602上進(jìn)行顯示。LCD1602液晶顯示模塊的內(nèi)部控制器中一共有11條控制的指令，它本身也是一個(gè)慢顯示的器件，因此在執(zhí)行任何一條指令之前，都必須要確定模塊忙的標(biāo)志是低電平，即為不忙的狀態(tài)，否則該條指令就無(wú)效。要顯示字符必須要編程

33、輸入顯示字符的地址，這樣才能準(zhǔn)確的顯示出所需要的數(shù)據(jù)。 LCD1602液晶顯示模塊在于AT89C51連接時(shí)，需要一個(gè)上拉電阻，上拉電阻的作用是用于增加LCD顯示的亮度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于ATC89C51輸出信號(hào)的顯示功能。圖3.9為L(zhǎng)CD1602液晶顯示電路。圖3.9 LCD1602液晶顯示電路3. 8 前端采集裝置設(shè)計(jì)總電路系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)最核心的部分就是AT89C51單片機(jī)，對(duì)于溫度的采集，采用的是傳感器DS18B20，對(duì)于濕度的采集，選用的是HS1101濕度傳感器加上一個(gè)555組成振蕩電路；最后利用的是光敏電阻然后通過(guò)一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于光照的采集。圖3.10為前端采集裝置總框圖。DS18B

34、20HS1101光敏電阻濕度頻率轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器單片機(jī)AT89C51LCD顯示MAX232圖3.10 前端采集裝置總框圖3.8.1 前端采集的總電路圖將上述介紹的各部分電路連接在一起，便形成前端采集裝置的總電路圖。圖3.11為硬件電路總設(shè)計(jì)圖。圖3.11 硬件電路總設(shè)計(jì)圖4 前端采集裝置的軟件部分4.1 前端采集裝置電路設(shè)計(jì)的仿真軟件介紹本課題中對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)部分采用的是Proteus進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真，Proteus是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。Proteus軟件主要由四大功能模塊構(gòu)成：智能原理圖設(shè)計(jì)(ISIS),其中包括豐富的器件庫(kù)，有超過(guò)2700種的元器件，智能的器件搜

35、索功能可以通過(guò)模糊搜索快速找到所需要的元器件，智能化的連線功能使得作圖的時(shí)間大大縮短；完善的電路仿真功能（Prospice），因?yàn)槠渚哂写罅康姆抡嫫骷?，豐富的虛擬儀器生動(dòng)化的仿真顯示，是的電路仿真簡(jiǎn)便快捷；獨(dú)特的單片機(jī)協(xié)同仿真功能（VSM），這個(gè)功能支持通用的外設(shè)模型和大部分的主流CPU，能夠?qū)嵭芯幾g調(diào)試和實(shí)時(shí)仿真；使用的PCB平臺(tái)，支持多種輸出格式，更便于滿(mǎn)足不同用戶(hù)在不同情況下的需求。除此之外它具有其他EDA工具軟件的功能，例如：原理布圖PCB自動(dòng)或人工布線SPICE電路仿真等功能，而對(duì)于其他工具軟件，它所具有的革命性特點(diǎn)有：可以實(shí)現(xiàn)互助的電路仿真；仿真處理器及其外圍電路5。在Proteu

36、s繪制好原理圖后，調(diào)入已經(jīng)編寫(xiě)好的程序文件夾，就可以在Proteus的原理圖中看到模擬的實(shí)物運(yùn)行狀態(tài)。要看到運(yùn)行狀態(tài)，就必須調(diào)入編寫(xiě)好的語(yǔ)言程序文件夾，而針對(duì)本課題中使用的核心單片機(jī)為AT89C51，編寫(xiě)程序便可采用KEIL軟件完成。在單片機(jī)的開(kāi)發(fā)和使用上，除了必不可少的硬件之外，軟件也是十分必要的。匯編語(yǔ)言程序成為CPU可以執(zhí)行的機(jī)器碼有兩種方法，手工匯編是一種非常古老的匯編方式，這種方法耗時(shí)費(fèi)力，因此現(xiàn)在極少使用，目前主要采用的就是機(jī)器匯編。KEIL C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，且其生成的目標(biāo)代碼頻率非常高，易于理解學(xué)習(xí)起來(lái)也比較簡(jiǎn)單方便6。程序編寫(xiě)完成后通過(guò)K

37、EIL對(duì)于各個(gè)部分的檢測(cè)也很容易發(fā)現(xiàn)語(yǔ)言編程時(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)誤，以便于及時(shí)進(jìn)行修改改正。在本課題中，對(duì)于單片機(jī)AT89C51處理和控制的溫度，濕度等因素進(jìn)行語(yǔ)言編程，使其能在Proteus仿真時(shí)進(jìn)行程序文件夾的調(diào)用， KEIL軟件是個(gè)非常有益的選擇。4.2 前端采集裝置總流程圖對(duì)于由溫度傳感器DS18B20濕度傳感器HS1101光敏電阻構(gòu)成的對(duì)于溫度濕度光照因素進(jìn)行采集的前端采集裝置電路，經(jīng)過(guò)單片機(jī)AT89C51的處理和分析，準(zhǔn)確的采集到上述環(huán)境因素的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)輸出到PC終端進(jìn)行顯示。圖4.1為前端采集裝置總流程圖。開(kāi)始溫度濕度光照的循環(huán)采集數(shù)據(jù)處理顯示檢測(cè)結(jié)果串

38、行發(fā)送檢測(cè)結(jié)果系統(tǒng)初始化圖4.1 前端采集裝置總流程圖4.3 DS18B20軟件編程對(duì)于DS18B20組成的溫度采集電路在AT89C51的控制下，最終能在LCD顯示溫度，必須進(jìn)行溫度采集語(yǔ)言的編寫(xiě)，用C語(yǔ)言編寫(xiě)的程序輸入KEIL軟件，在KEIL軟件中進(jìn)行運(yùn)行檢測(cè)，并最終生成正確的調(diào)用程序，將生成的正確程序建立文件夾，然后在用Proteus軟件仿真時(shí)，單片機(jī)AT89C51進(jìn)行程序的調(diào)用。編寫(xiě)的程序的主要功能在于對(duì)于DS18B20所采集到的實(shí)時(shí)溫度進(jìn)行適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換處理和讀取，并顯示出采集到的實(shí)時(shí)溫度的數(shù)值。如圖4.2為DS18B20采集溫度的流程圖。向總線發(fā)復(fù)位脈沖發(fā)讀ROM命令讀入8字節(jié)序列號(hào)并保

39、存發(fā)送跳過(guò)ROM指令發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換指令復(fù)位DS18B20發(fā)送跳過(guò)ROM指令發(fā)送暫存器指令讀溫度值初始化DS18B20轉(zhuǎn)換完畢？開(kāi)始返回YESNO圖4.2 DS18B20采集溫度流程圖用芯片DS18B20進(jìn)行溫度采集的讀入和寫(xiě)出，以及對(duì)于它的初始化用匯編語(yǔ)言進(jìn)行編程的程序如下。void delay_18B20(unsigned int i)/延時(shí)1微秒   while(i-);void ds1820rst()/ds1820復(fù)位 unsigned char x=0;DQ = 1;        

40、60; /DQ復(fù)位delay_18B20(4); /延時(shí)DQ = 0;          /DQ拉低delay_18B20(100); /精確延時(shí)大于480usDQ = 1;          /拉高delay_18B20(40);       uchar ds1820rd()/讀數(shù)據(jù) unsigned char i=0;unsigned char dat = 0;for (i

41、=8;i>0;i-)   DQ = 0; /給脈    dat>>=1;沖信號(hào)    DQ = 1; /給脈沖信號(hào)    if(DQ)    dat|=0x80;    delay_18B20(10);   return(dat);void ds1820wr(uchar wdata)/寫(xiě)數(shù)據(jù)unsigned char i=0;    for (i=8; i&g

42、t;0; i-)   DQ = 0;     DQ = wdata&0x01;     delay_18B20(10);     DQ = 1;     wdata>>=1;   read_temp()/讀取溫度值并轉(zhuǎn)換uchar a,b;ds1820rst();    ds1820wr(0xcc); /跳過(guò)讀序列號(hào)ds1820wr(0x44);/

43、啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換ds1820rst();    ds1820wr(0xcc);/跳過(guò)讀序列號(hào)ds1820wr(0xbe);/讀取溫度a=ds1820rd();b=ds1820rd();tvalue=b;tvalue<<=8;tvalue=tvalue|a;    if(tvalue<0x0fff)   tflag=0;    else   tvalue=tvalue+1;tflag=1;   tvalue=tvalue*(0.625

44、);/溫度值擴(kuò)大10倍，精確到1位小數(shù)return(tvalue);4.4 LCD1602軟件編程對(duì)于AT89C51采集到的光照濕度溫度等環(huán)境因素的數(shù)據(jù)，想要在LCD1602液晶顯示模塊上進(jìn)行顯示的話，需要通過(guò)KEIL進(jìn)行編程，圖4.3為L(zhǎng)CD1602顯示流程圖。初始化LCD延時(shí)設(shè)置第一行顯示位置顯示第一行內(nèi)容設(shè)置第二行顯示位置顯示第二行內(nèi)容開(kāi)始返回圖4.3LCD1602顯示流程圖LCD1602要將DS18B20中的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，必須要對(duì)LCD1602進(jìn)行芯片的初始化和溫度顯示符號(hào)數(shù)位等進(jìn)行編程，其程序分別如下面所示。首先是對(duì)于LCD1602進(jìn)行初始化的程序。void delay1ms(u

45、nsigned int ms)/延時(shí)1毫秒（不夠精確的）unsigned int i,j;   for(i=0;i<ms;i+)    for(j=0;j<100;j+);void wr_com(unsigned char com)/寫(xiě)指令/ delay1ms(1);   RS=0;   RW=0;   EN=0;   P0=com;   delay1ms(1);   EN=1;   delay

46、1ms(1);   EN=0;void wr_dat(unsigned char dat)/寫(xiě)數(shù)據(jù)/ delay1ms(1);   RS=1;   RW=0;   EN=0;   P0=dat;   delay1ms(1);   EN=1;   delay1ms(1);   EN=0;void lcd_init()/初始化設(shè)置/delay1ms(15);wr_com(0x38);delay1ms(5); &

47、#160; wr_com(0x08);delay1ms(5);    wr_com(0x01);delay1ms(5);     wr_com(0x06);delay1ms(5);      wr_com(0x0c);delay1ms(5);void display(unsigned char *p)/顯示/while(*p!='0')wr_dat(*p);p+;delay1ms(1);init_play()/初始化顯示 lcd_init();wr_com(0

48、x80);display(str1);wr_com(0xc0);display(str2);  下面是對(duì)于LCD1602顯示溫度數(shù)值的編程。void ds1820disp()/溫度值顯示 uchar flagdat;   disdata0=tvalue/1000+0x30;/百位數(shù)     disdata1=tvalue%1000/100+0x30;/十位數(shù)     disdata2=tvalue%100/10+0x30;/個(gè)位數(shù)     dis

49、data3=tvalue%10+0x30;/小數(shù)位         if(tflag=0)     flagdat=0x20;/正溫度不顯示符號(hào)     else       flagdat=0x2d;/負(fù)溫度顯示負(fù)號(hào):-     if(disdata0=0x30)    disdata0=0x20;/如果百位為0，不

50、顯示   if(disdata1=0x30)    disdata1=0x20;/如果百位為0，十位為0也不顯示       wr_com(0xc0);   wr_dat(flagdat);/顯示符號(hào)位    wr_com(0xc1);    wr_dat(disdata0);/顯示百位    wr_com(0xc2);    wr_dat(disdata1

51、);/顯示十位     wr_com(0xc3);    wr_dat(disdata2);/顯示個(gè)位     wr_com(0xc4);    wr_dat(0x2e);/顯示小數(shù)點(diǎn)     wr_com(0xc5);    wr_dat(disdata3);/顯示小數(shù)位 5 PC終端的軟件設(shè)計(jì)PC終端對(duì)前端采集裝置采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的設(shè)計(jì)，主要是基于虛擬儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體方法是經(jīng)過(guò)單片機(jī)進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，并通

52、過(guò)串行接口將數(shù)據(jù)傳送給PC機(jī)，PC機(jī)利用虛擬儀器技術(shù)，以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)將采集數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示的程序。5.1 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器是利用計(jì)算機(jī)顯示器的顯示功能模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達(dá)輸出檢測(cè)結(jié)果，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的軟件功能實(shí)現(xiàn)信號(hào)數(shù)據(jù)的運(yùn)算分析處理，有I/O接口完成信號(hào)的采集測(cè)量和調(diào)理7。虛擬儀器具有數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果輸出顯示三大基本功能，而數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集是最基本的功能。由于虛擬儀器可有根據(jù)用戶(hù)自己的需求進(jìn)行自定義設(shè)計(jì)其測(cè)試功能，所以構(gòu)建非常簡(jiǎn)單靈活，廣泛的應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。虛擬儀器作為一種新型的儀器，充分的利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，用以實(shí)現(xiàn)和擴(kuò)展完成傳統(tǒng)儀器的功能，

53、因?yàn)榉奖愫?jiǎn)單，且耗能較低，所以近幾年在我國(guó)快速的發(fā)展。5.1.1 虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成有硬件和軟件兩部分組成。核心部件還是計(jì)算機(jī)，其中硬件模塊是用來(lái)采集數(shù)據(jù)或者傳遞信號(hào)，例如各種傳感器插入式的數(shù)據(jù)采集卡信號(hào)調(diào)理器等。通過(guò)通用的接口總線如GPIB通用接口總線USB通用串行總線RS232串行總線VXI總線和PXI總線，可以將虛擬儀器與這些總線接口相連成為一個(gè)虛擬儀器的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。軟件部分主要也有3部分組成：VISA庫(kù)（即為I/O接口軟件）儀器驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)環(huán)境。VISA庫(kù)應(yīng)用于儀器編程的標(biāo)準(zhǔn)I/O函數(shù)庫(kù)以及相關(guān)規(guī)范的總稱(chēng)，一般稱(chēng)這個(gè)I/O函數(shù)庫(kù)為VISA庫(kù)。VISA庫(kù)駐留在計(jì)

54、算機(jī)之中，作為計(jì)算機(jī)和儀器之間的軟件層連接，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器的遠(yuǎn)程控制。儀器驅(qū)動(dòng)程序則主要用于完成儀器硬件的通信以及控制功能，是虛擬儀器實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)物理信號(hào)采集的基礎(chǔ)。虛擬儀器的應(yīng)用程序也有常用的開(kāi)發(fā)環(huán)境，最主要的兩種方式：一種是基于傳統(tǒng)文本語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，例如LabWindows/CVI,VB,VC+等：另外一種是基于圖形化語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，例如LabVIEWDASPHP-VEE8。LabVIEW在這三個(gè)平臺(tái)中屬于影響力較大且在國(guó)內(nèi)外都有大量用戶(hù)的一個(gè)虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠滿(mǎn)足各種客戶(hù)的需求。DASP則是一個(gè)直接面向最終的客戶(hù)的虛擬儀器庫(kù)，不需要再進(jìn)行多余的編程，可以直接使用，因此使用起來(lái)

55、非常方便，精度也很高，但是對(duì)于用戶(hù)的需要有一定的局限性，不能滿(mǎn)足各種用戶(hù)的要求。對(duì)于本次課題中軟件的平臺(tái)選用LabVIEW進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)樗且粋€(gè)非常理想的程序設(shè)計(jì)和虛擬儀器的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它具有的對(duì)于信號(hào)的采集數(shù)據(jù)的分析和顯示功能與我所需要的相符合，也能在一定程度上簡(jiǎn)化對(duì)于程序的設(shè)計(jì)。如圖4.4為虛擬儀器的開(kāi)發(fā)框圖。圖4.4 虛擬儀器的開(kāi)發(fā)框圖5.1.2 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)虛擬儀器并非普通物理意義上的儀器，它是一種功能意義上的儀器，通過(guò)硬件接口和儀器的驅(qū)動(dòng)設(shè)備將信號(hào)采集分析和處理結(jié)合成一體，來(lái)實(shí)現(xiàn)和測(cè)量設(shè)備的硬件通信，將信號(hào)的分析顯示存儲(chǔ)打印和其他管理交給計(jì)算機(jī)來(lái)處理。綜上所述，在程序的智能化處理能力

56、性?xún)r(jià)比可操作性和實(shí)用性等方面相對(duì)于傳統(tǒng)儀器都具有明顯的優(yōu)勢(shì)。軟件作為虛擬儀器的核心，由軟件代替了傳統(tǒng)儀器中的硬件，以此來(lái)完成硬件功能，同時(shí)可以根據(jù)每個(gè)用戶(hù)的不同需求和不同方面的應(yīng)用，自己去定義各種功能，設(shè)計(jì)出不同的顯示界面，而且具有圖形化的用戶(hù)界面，操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單。這種通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件處理，使得儀器的操作變得更加直觀方便容易理解，測(cè)試的結(jié)果可以直接輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，完成之后還可以進(jìn)行顯示，可操作性得到了大大的提升。因?yàn)樘摂M儀器的軟件開(kāi)發(fā)中，其設(shè)計(jì)思想是盡可能的模塊化，并且存在有大量的庫(kù)函數(shù)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和類(lèi)庫(kù)，因此代碼也具有良好的可重復(fù)性。在現(xiàn)實(shí)意義上，虛擬儀器縮短了開(kāi)發(fā)的周

57、期，因?yàn)楹诵募夹g(shù)在于計(jì)算機(jī)上進(jìn)行操作，維護(hù)也很方便，而且相較于傳統(tǒng)意義上的硬件器件，在很大程度上節(jié)約了成本，對(duì)于科研中的創(chuàng)新理論或者計(jì)算方法，更易于在虛擬儀器上進(jìn)行應(yīng)用，可以更加便捷的來(lái)驗(yàn)證這些理論的正確性。表4.1為虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較表。表4.1虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器儀器功能用戶(hù)能夠自己設(shè)計(jì)并且定義儀器的功能，非常靈活只有廠商能夠定義一起的功能，因此儀器的功能較單一結(jié)構(gòu)的開(kāi)放性開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)，有非常多廠家支持，可以和計(jì)算機(jī)保持同步封閉固定兼容性差操作界面圖形化的界面，操作十分簡(jiǎn)單顯示功能單一，操作不方便互聯(lián)性能可以和網(wǎng)絡(luò)及其他設(shè)備方便互聯(lián)互聯(lián)有限的獨(dú)立設(shè)備技術(shù)更新周期短長(zhǎng)

58、成本平均成本低，資源可重復(fù)利用價(jià)格昂貴，一般無(wú)法重復(fù)使用開(kāi)發(fā)維護(hù)費(fèi)用低高系統(tǒng)升級(jí)只要是軟件升級(jí)，方便快捷只要是硬件，升級(jí)成本高5.1.3 虛擬儀器的用途及發(fā)展趨勢(shì)虛擬儀器作為計(jì)算機(jī)的一個(gè)非常重要的應(yīng)用領(lǐng)域，在許多高尖端的科學(xué)技術(shù)中都有應(yīng)用，相較傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器的出現(xiàn)大大的縮短了新型儀器的開(kāi)發(fā)周期，節(jié)約了大量成本，也正因?yàn)槿绱藢?duì)于它的研發(fā)有著重大深遠(yuǎn)的意義。圖4.5為測(cè)量?jī)x器的發(fā)展圖。模擬儀器電子儀器數(shù)字儀器智能儀器虛擬儀器19世紀(jì)五十年代20世紀(jì)七十年代九十年代圖4.5 測(cè)量?jī)x器的發(fā)展圖許多發(fā)達(dá)國(guó)家，虛擬儀器起步的比較早，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)以及使用方面十分普及。美國(guó)的農(nóng)民，很早之前就利用虛擬儀器開(kāi)

59、發(fā)出一套自動(dòng)灌溉技術(shù)，用以監(jiān)控灌溉的用水量，有效的降低所消耗的費(fèi)用；挪威研發(fā)的基于LabVIEW平臺(tái)對(duì)海洋石油，大氣層變化和水流進(jìn)行測(cè)試的系統(tǒng)也已經(jīng)投入使用，這對(duì)于本課題的研究都是很好的樣本。我國(guó)虛擬儀器的發(fā)展起步比較晚，但是隨著人們意識(shí)到它的實(shí)用性能之后，它應(yīng)用于航空航天汽車(chē)醫(yī)療教育科技等領(lǐng)域的增長(zhǎng)速度越來(lái)越快。隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)水平網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和儀器技術(shù)的不斷完善，相信在不久的將來(lái)，虛擬儀器技術(shù)會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前景。5.2 LabVIEW平臺(tái)LabVIEW是NI公司推出的具有革命性的圖形化虛擬儀器設(shè)計(jì)平臺(tái)，它的內(nèi)置信號(hào)采集測(cè)量分析以及數(shù)據(jù)顯示功能，摒棄了傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具的復(fù)雜性，不僅提供了強(qiáng)大的測(cè)控功能，還能保持系統(tǒng)靈活性，也正因?yàn)橛腥绱硕嗟膬?yōu)點(diǎn)，使其成為許多科學(xué)家們進(jìn)行儀器開(kāi)發(fā)和測(cè)控的首選應(yīng)用工具。5.2.1 Lab