基于LabVIEW的无线远程温度监控系统

1、第2卷第1期2009年3月上海电气技术JOURNAL OF SH ANGH A I ELECT RIC T ECH N OLOGYVol. 2No. 1M ar. 2009文章编号：1674-540X（2009 01-020-05收稿日期:2009-01-05E -mail:t secca. cn基于LabVIEW的无线远程温度监控系统唐丽婵，齐亮,王庆东，陈江洪（上海电气集团股份有限公司中央研究院,上海200070摘要：介绍了一种利用 无线传感器网络技术对空调温度信号进行采集传输，并利用实验室虚拟仪器集成环境（LabVIEW强大的数据处理和显示功能对采集的数 据进行实时处理、分析和显示。成果

2、已应用于上海电气中央研究院空调温度检 测系统，证明该系统具有可靠性高、实时性强等优点，大大降低了成本。关键词：实验室虚拟仪器集成环境；无线网络；串口通信中图分类号:T P 39文献标识码:ATemperature Supervisory System by Wireless R em ote Comm uni cati on Based on LabVIEWT A N G L icha n, QI L iang , W A N G Qin gdo ng , CH EN J ianghong(Sha ng hai Elect ric Group Co. , Lt d. , Cen t ral A

3、 cademe, Sha ng hai 200070, Chi naAbstract:This paper intr oduces a w ay to co llect the tem perature o f air -co ndition by w ireless senso r netw o rk tech no logy. It uses LabV iew s big and pow erful han dli ng data and show ing carries o ut a r eal-time processing, analyses and display s. After

4、 it is used as an air -co n diti on tem perature super visor y sy stem in Shan ghai electr ic central academy, that system has bee n dem on strated reliability, real time and so on, it has reduced cost g reatly.Key words:LabVIEW; w ir eless netw o rk; ser ial por t co mmuni cati on近年来，我国电力 供需矛盾十分突出，

5、尤其是迎峰 度夏期间，造成夏季电力 缺口的重要原因是大量使用 空调形成用电负荷高峰。我国不少城市夏季用电高峰负荷的1/3以上是空调用电负荷，有的城市达到40%。为缓解这一矛盾，国务院 办公厅已发出 关于严格执行 公共建筑空调温度控制标准的通知，要求公共建筑内 所有单位夏季室内空调温度设置不得低于26 ,冬季室内空调温度设置不得高 于20。上海电气集团股份 有限公司中央研究院积极响应国家节能减排的号召，基于实验 室虚拟 仪器 集成环 境（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, LabVIEW开发了一套远程温度监控系统，对办公大楼各

6、个房间的空 调温度进行 实时监控。LabVIEW是美国国家仪器公司基于 G语言开 发的一种虚拟仪器平台。它提供 了丰富的数据采集、分析和存储库函数以及包括 DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-232/485在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数1。LabVIEW与 visual basic、visual C+、2009年第1期唐丽婵，等:基于LabVIEW的无线远程温度监控系统21delphi、perl等基于文本型程序代码的编程语言不同,采用图形模式的结构框 图构建程序代码，因而在使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的 是用图标、连线构成的流程图。LabVIEW具有直观的图形

7、化开发环境，强大的数据处理功能，丰富的可 视化显示功能，完备的仪 器驱动程序，完善的外部代 码接口和强大的网络功能等特点。本文正是利用LabVIEW的虚拟仪器技术对温度传感器的信号进行采集。将 采集到的数据利 用多个无线路由器传送到ZigBee协调器,通过协调器 与PC监控 计算机通讯，在LabVIEW环境下实现 对各办公室室内温度进行监 控，显示、查询 实时温度与用电量的统计等功能,既充分利用了 LabVIEW强大的虚拟仪器 技术，又降低了系统的 开发成本，提高了效率。1系统硬件概述基于LabVIEW的远程温度监控系统由温度传 感器、无线网络节 点、上位监 控计算机组成。系统通过温度传感器采

8、集房间内的空调温度数据 ，经过模数转换单元将放大的温度 信号数字化转换,通过路由器组成的无线 M ESH网络传输到Zig Bee协调器,再 通过串口与上位监视计算机通讯。系统基本 构架如图1所示。=> JZigllec无线略由；817igB賢皐线牆山器3/igBec 人-4踣山 Sn图1系统硬件构架图温度传感器可以根据用户的 实际情况进行 选择,选用美国DALLAS公司最新 推出的DS18B20数字式温度 传感器。DS18B20数字式温度传感 器能够直接数 字输出被测温度并且 可根据实际要 求通过简单的编程实现912位精度数值读数 方式,可以分别在93. 75m s和750m s内将温度

9、值转化9位和12位的数字量。该温 度传感器的测温范围为-55+125 ,精度为0. 5 ,能应用于各种领域、 各种环境的自 动化测试和控制系统，使用方便灵活，测试精度高，优于任何传统的温度数字 化、自动化测控设备。在此基础上,同时选用SLM T 1-1智能温度数据采集模块 该模块可以对DS18B20数字温度传感器进行温度数据采集,显示、报警设定,数 据传输，使温度巡 迴检测系统获得高 可靠性、低成理想替代品，具有体积小、 测点多、组网灵活等特点。 无线网络是由不规则 分布的无线 节点组成的MESH网，每个节点都可以单独完成信号接收和发射 的任务。传 输协议米用 低复杂度、低成本、低功耗和低速率

10、的无线连接技术ZigBee技术,ZigBee技术 是近年通信领 域的研究热点，具有低功耗、组网灵活的特 点。它工作于无需注册 的2. 4GHz ISM频段,传输速率为10250kB/s,传输距离为1075m。监控计算机应用LabVIEW 8. 5软件平台开发了一套远程实时温度监测系 统。 构建监 测界面和 数据浏览界面，不仅能监视各个办公室空调的运行 状态，提供现 场图片、实时曲线图、以形象直观的动 态图形方式显示设备的运行情况，还具备 了历史数 据查询、用电量的统计等功能。具有测量准确可22上海电气技术2009年第1期2系统软件设计2. 1硬件读写模块程序设计LabVIEW 提供了功能强大的

11、虚拟仪器软件规 范（Virtual Instrument Softw ar e A rchitecture, VISA库2, VISA库驻留于计算机系统中，是计算机与仪器之间的软件 层连接，用以实现对仪器的程控。对于驱动程序、应用程序开发者而言，VISA库函数是一套可方便调用的函数，其中核心函数可控 制各种类型器件，而不用考虑器 件的接口类型。与 其他现存的I/O接口软件相比，VISA具有以下几个特点：VISA的I/O控制功能适用于各种类型 仪器，如VXI仪器、GPIB仪器、RS -232 仪器、LAN仪器等，也包含消息基器件、寄存器基器件、 存储器器件等仪器操作；与仪器硬件接口无关的特 性，

12、即利用V ISA编写的模块驱动程序既可以用于 嵌入式计 算机V XI系统，也可 以用 于通 过M XI、GPIB VXI或1394接口控制 的系统中，当更换不同厂家符合VPP规范的硬件时，模块驱动程序无须 改动； VISA的I/O控制功能适用于单处理器系 统结构，也适于多处理器结构或分布式网 络结构3VISA库中常用的串口通讯函数有：VISA Config ure Serial Por t （串口配 置、VISA Write （读、VISA Read（写、VISA Close（关闭。VISA Con figure Serial Port对串口配置，进行初始化。用该节点可以设置串口的波 特率为9

13、600、 数据位为8、奇偶校验为none、缓存大小以及流量控制为none等参数。 利用计算机控制串口仪器设备时，会经常用到这 个节点。在 进行串口通信前，首先 要配置好串口，也就是先初始化串口，使计算机串口的各种参数设置与仪 器设备的 串口保持一致，才能正确的通信。在该程序 中只需在前面板通讯串口设置中，设定 仪器的波特率19200,数据位为8,停止位为1,校验位none。VISA Wr ite与VISA Read是一组相对应的读 写功能数据模块,前者是把w rite buffer端口输入 的数据写入由VISA resource name端口指定的设 备中,后者是 从由VISA r esour

14、ce name端口指定的 设备中读出指 定长 度的数据。在实 际应用 中，用VISA Write节点向Zig Bee模块发送指令,用VISA Read节点从ZigBee 的反馈信息中读取数值。通过VISA与仪器进行通讯的基本程序框图如图2所示。ndhle le rm (nation3tniKotn ( I iKvc iiunM通讯口rvgi流控制-I4* -InsirBk's ji Pon一阶F图2 VISA与串口通讯基本程序框图2. 2数据通信程序设计利用VISA与ZigBee实现通信可分为以下几个步骤：初始化串口，设置串 口的通信参数与ZigBee模块的串口参数一致；向ZigBee

15、发送模块节点查询指令; 延时500ms,等待ZigBee执行命令,并返回相应的字 符串；从串口中读出 ZigBee的返回的字符串，并提取出节点地址；对该节点地址发送温度查询指令，每隔一个扫描周期，按照上一步返回的各 个节点地址，依次发送查询命令;延时500ms,等待ZigBee执行命令,并返回相 应的字符串；从串口中读出ZigBee返回该节点的温 度数据 包，并提取出温度值; 关闭串口。表1为模块查询命令格式。2009年第1期唐丽婵,等：基于LabVIEW的无线远程温度监控系统23例如,发送十 六进制数为7E 00070843444E 4E 4F 3154其中7E为起始符,0007为字节 长度

16、,08为API标识符,43为非0值,表示需要接受返回指令,444E 4E 4F 31转换成ASC码为DNN01（即为查询模块名称为 N01的地址,54为校验位。下面就是模块接收到DN指令后返回的数据帧：温度查询与接收指令格式也应用如上类似的命令格式,首先向Zig Bee发送 温度查询指令，经过一定的延时控制，从ZigBee接受相应的温 度数据包。返回的数据包通常由起 始位、标识位、地址值、温度数据以及校验位等组成，其中温度数据即对应传感器采集到的室内温度信息值。表1查询模3起始位 (Byte 1)字节长度(IX 2 VAPI标识位)(Byte4)标志位(Byle5)起始位标 识符:"

17、EAPI标识符：俏0.无绩返回数勺需要返1叩2. 3温度数据的处理与显示ZigBee返回的数据包由起始位、字节长度、标识位、地址位、温度信息和校验位组成。应用LabVIEW提供的子字符串函数String Subset来截取数据包中 的 子字符串（即温度信息，当ZigBee返回如下数据 包:7E0031900013A2004001601400010121405454313D 3139392054323D 3230302054333D 302054343D 302054353D 302054363D 3023FB 利用 String Subset函数从中截取温 度数据为:21405454313D

18、3139392054323D 3230302054333D 302054343D 302054353D 302054363D 3023将这组十六进制字符串转换为对应 的ASC码为！ TT1=199T2=200T3=0T4=0T5=0T6=0#, ! T 为起始位，#为结束位。对应 的 3 位 温度值，其中最后1位是小数点后的数值，因此，最后还需要将3位温度值进行数 学运算才是在前 面板上显示的当前温度数值。数据处理与显示的程序框图如图3所示。2. 4程序结构设计基于LabVIEW的远程温度监控系统是由多个传感器通过串口通讯与监控计算机相连的，为了确 保每个感器所采 集到的数据传送到监控计算机时

19、不出现相互干扰混淆的情况，必须要分开执行多次读和写 的动作。在这种情况下，就需要考虑读写的 时序问题。要完成连续的周期性的多点 读写操作，在LabVIEW中可以使用顺序结构。当程序运行到顺序结构时，会按照一个框架接着一个框架的顺序 依次执行。每个框架中的代码全部执行结束，才会再开始执行下一个框架。把代码放置在不同的框 架中就可以保证它们的执行 顺序。顺序结构可分为层叠式顺序结构（Stacked Sequenee Structur与平铺式顺序结 构（Flat Sequenee Structure 2中。使 用平铺式顺序结构可以大大提高程序的可读性 4,图4就是采用平铺式顺序结构来对多个传感器进行

20、数据采集。2. 5程序界面衣I 宜起始位(Bvte 1)字节长度（Byte?3API标识位(Bvter1)标応(Byt起始位标 识符：7EAPI标识符:朋:无须返I菲5需唆根据设计方案，利用LabVIEW图形语言的编 程环境，开发出了一套模块化、 用户界面友好的温 度监控与用电统计程序界面图（图5所示，其具有开发周期短、 可扩展性能强等显著特点。程序界面应用LabVIEW平台，将系统的数据采集与处理、分析与存储集于- 体，能迅速有效的，第2卷第1期2009年3月上海电气技术JOURNAL OF SH ANGH A I ELECT RIC T ECH N OLOGYVol. 2No. 1M ar. 2009据的显示、报警，历史数据查询以 及照明空调用 电量的统计等功能，程序界 面显示简单直观，用户操作方便，数据传输正确率达95%以上。3结语本文针对无线传感器网络技术平台,基于LabVIEW开发了空调温度远 程监控系统，成功实现了 LabVIEW对ZigBee网络数据的采集、 传输、处理、显示。目前，该远程 温度监控系统已成功实现对上海电气集团股