基于虚拟仪器的温度监测系统毕业设计论文

1、目 录第1章 绪论11.1研究背景11.2设计简介2第2章 labview虚拟仪器简介42.1虚拟仪器概念42.2虚拟仪器特点42.3虚拟仪器构成52.4 labview8.5的安装62.5 labview简介9第3章 系统硬件设计123.1硬件流程设计123.2硬件电路设计123.3硬件功能分析133.4硬件组成部分143.4.1温度传感器14 3.4.2数据采集卡23第4章 系统软件设计264.1软件温度实时模块264.2软件时间显示模块274.3软件温度显示模块284.4软件温度管理模块294.5软件温度控制模块304.6软件温度监控系统总设计314.7软件传感器状态33总 结34结 束

2、 语35参 考 文 献36第1章 绪论农业的迅猛发展，特别是温室大棚、无土栽培、节水灌溉、工厂化养殖等技术在生产上得到前所未有的发展，对智能化温室控制系统的需求日渐迫切。智能化温室系统是集农业科技上的高、精、尖技术和计算机自动控制技术于一体的先进的农业生产设施，是现代农业科技向产业转化的物质基础。随着计算机技术的发展，20世纪80年代采取多因素综合控制方法，这是利用计算机控制温室环境因素的方法。此方法是将各种作物在不同生长发育阶段需要的适宜环境条件要求输入计算机程序，当某一环境因素发生改变时，其余因素自动做出相应修正或调整。一般以光照条件为始变因素，温度、湿度和二氧化碳浓度为随变因素，使这4个

3、主要环境因素随时处于最佳配合状态。20世纪90年代，在多因子环境控制中，采用了模糊控制、多变量控制等先进技术，并采用这些先进技术开发环境自动控制的计算机软件系统。目前日本、荷兰、以色列、美国等发达国家可以根据作物的要求和特点，对温室内光照、温度、水、气、肥等诸多因子进行自动调控。美国和荷兰还利用温差管理技术，对果蔬等产品的开花和成熟期进行控制，以满足生产和市场的需求。我们这里研究的是对于生态环境因素采用单因子控制。主要是对温度控制，在控制温度时，控制的只是温度的改变，而不影响其他因素，要改变其他因素，则要实施另外的控制过程，才能达到一定温度条件下其它相关环境因素的配合。1.1研究背景我国人多，

4、人均占有耕地面积少。因此，要改变这种局面，只靠增加耕地面积是不可能的，要用新的方法来提高单位亩产量，温室大棚技术就是其中的一个好的方法。利用温室大棚可以解决我国人们对蔬菜等农作物的需求，特别是在北方地区，由于冬季寒冷，农作物无法生长，在冬天土地得不到利用。采用温室大棚可以很好地解决这个问题，并且可以让土地得到充分的利用。温室大棚就是建立一个模拟适合生物生长的气候条件，创造一个人工气象环境，来消除温度对生物生长的限制。而且，温室大棚能克服环境对生物生长的限制，能使不同的农作物在不适合生长的季节产出，使季节对农作物的生长影响不大，部分或完全摆脱了农作物对自然条件的依赖。由于温室大棚能带来可观的经济

5、效益，温室大棚技术越来越普及。成为农民增收的主要手段。1.2设计简介随着大棚技术的普及，温室大棚数量不断增多，温室大棚的温度控制成为一个难题。传统的温度控制是在温室大棚内部悬挂温度计，通过读取温度值来知道大棚内的实际温度，然后根据现有温度与额定温度进行比较，看温度是否过高或过低，如果过高，就对大棚进行降温处理，如果过低，就对大棚进行升温。这些操作都是在人工情况下进行的，这些都浪费了大量的人力物力，对于大棚数量很多来说，是面临的一个难题。现在，随着农业产业规模的不断提高，农产品在大棚中培育的品种越来越多，对于数量较多的大棚，传统的温度控制措施就显现出很大的局限性。不解决这些问题只会让劳动人民更加

6、的辛苦，所以我们要研究自动控制，摆脱简单的劳动力，一切进行机械化。让人们有更多的时间享受生活。虚拟仪器技术越来越完善，所以，选用虚拟仪器来改善大棚的温度控制系统。并且虚拟仪器具有以下优点；一、性能高。虚拟仪器技术是在pc技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的pc技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能卓越的处理器和文件i/o，使用户在数据高速导入磁盘的同时，就能实时进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。二、扩展性强。得益于ni软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件就能以最少的硬件投资和极少的甚至无需软件上的升级即可改进用户的

7、整个系统，在利用最新科技的时候，用户还可以把他们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加快产品上市时间。三、开发时间少。在驱动和应用两个层面上，ni高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通信方面的最新技术结合在一起。ni设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使用户轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。四、集成。虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念，随着产品的功能上不断趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间，ni的虚拟仪器软件平台为所有的i/o设备提

8、供了标准的接口，帮助用户轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。本系统能够对大棚内的温度进行采集，然后再进行比较，通过比较对大棚内的温度是否超过温度限制进行分析，如果超过温度限制，温度报警系统将进行报警，来通知管理人员大棚内的温度超过限制，可以及时地调整控制温室大棚的温度，从而有利于农作物的生长，提高产量。 还要进行labview虚拟仪器编程，通过对前面板的设置来显示温室大棚内的温度，并进行报警，进而对大棚内温度进行控制。本系统有温度传感器，数据采集卡，和计算机组成。计算机主要是进行编程，对温度进行显示、报警和控制等；温度传感器是对大棚内温度进行测量，显示；数据采集卡是读取温度

9、传感器的温度值，并且温度值通过数据采集卡送入计算机；其原理图如图1.1所示。大棚内安装三个温度传感器采集温度三个温度传感器将温度信号转换为电信号三个温度传感器连接三个数据采集卡三个数据采集卡将温度传感器输送的电信号转换为数字信号设备驱动程序将数字信号读入计算机在开发平台上设计信号测量流程和面板 控制空调设备进行反馈控制温度 图1.1 温室大棚温度控制系统三个温度传感器和数据采集卡的原因；由于温室大棚面积比较大，安装一个温度传感器是无法准确的反应大棚内的实际温度，存在局限性。所以我们要在不同的位置等分安装三个温度传感器，并且还对应着三个数据采集卡。这样就会准确的确定实际温度值。需要对labvie

10、w进行学习，然后设计系统的前面板，对温度传感器进行选择。 第2章 labview虚拟仪器简介2.1虚拟仪器概念 labview是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。本文重点介绍了虚拟仪器的界面，labview应用，并设计了一个基于虚拟仪器的温度监测和控制系统，阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计，虚拟仪器设备可以由使用者自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台，硬件、软件、以及各种实现应用所需要的附件。这种灵活性在由供应商定义，功能固定、独立的传统仪器上是很难达到的。常用的数字万用表，示波器，信号发生器，数据记录仪，以及温度和压力监控仪器就是这种传统仪器的代表。从传统仪器设

11、备向虚拟仪器设备的转变，为现代实验带来了更多实际的利益，同时也促进着实验手段不断更新。 虚拟仪器技术，就是用户在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计的测试功能，其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器的功能，软件就是仪器反映了虚拟仪器技术的本质特征，美国国家仪器公司生产的ni-labview是目前最为成功，应用最为广泛的虚拟仪器开发系统，它是一种基于g语言的32位编译型图形化编程语言，其图形化界面可以方便的进行虚拟仪器的开发，在现代工业生产中，需要对温度测量和控制的场合越来越多，测量温度方法也是多种多样的。labview是图形化开发环境,它具有功能强大、编程效率高、界面友好、参数

12、修改方便等优点,同时它在功能完整性和应用灵活性上也不逊于任何高级语言 vi技术也表明目前测试仪器领域的发展方向，labview是一种功能强大的虚拟仪器开发平台。2.2虚拟仪器特点与传统仪器相比，虚拟仪器具有高效、开放、易用灵活、功能强大、性价比高、可操作性好等明显优点，具体表现为： 1、智能化程度高，处理能力强。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于仪器软件水平。用户完全可以根据实际应用需求，将先进的信号处理算法、人工智能技术和专家系统应用于仪器设计与集成，从而将智能仪器水平提高到一个新的层次。 2、复用性强，系统费用低应用虚拟仪器思想，用相同的基本硬件可构造多种不同功能的测试分析仪器，如同

13、一个高速数字采样器，可设计出数字示波器、逻辑分析仪、计数器等多种仪器。这样形成的测试仪器系统功能更灵活、更高效、更开放、系统费用更低。通过与计算机网络连接，还可实现虚拟仪器的分布式共享，更好地发挥仪器的使用价值。 3、可操作性强，易用灵活 虚拟仪器面板可由用户定义，针对不同应用可以设计不同的操作显示界面。使用计算机的多媒体处理能力可以使仪器操作变得更加直观、简便、易于理解，测量结果可以直接进入数据库系统或通过网络发送。测量完后还可打印、显示所需的报表或曲线，这些都使得仪器的可操作性大大提高而且易用、灵活。2.3虚拟仪器构成 虚拟仪器的构建主要从硬件电路的设计、软件开发与设计2个方面考虑。硬件电

14、路的设计主要根据用户所面对的任务决定，其中接口设计可选用的接口总线标准包括gpib总线、vxi总线等。推荐选用vxi总线。因为他具有通用性强、可扩充性好、传输速率高、抗干扰能力强以及良好的开放性能等优点，因此自1987被首次推出后迅速得到各大仪器生产厂家的认可，目前vxi模块化仪器被认为是虚拟仪器的最理想平台，是仪器硬件的发展方向。由于vxi虚拟仪器的硬件平台的基本组成是一些通用模块和专用接口。因此硬件电路的设计一般可以选择用现有的各种不同的功能模块来搭建。通用模块包括：信号调理和高速数据采集；信号输出与控制；数据实时处理。这3部分概括了数字化仪器的基本组成。将具有一种或多种功能的通用模块组建

15、起来，就能构成任何一种虚拟仪器。例如使用高速数据采集模块和高速实时数据处理模块就能构成1台示波器、1台数字化仪或1台频谱分析仪；使用信号输出与控制模块和实时数据处理模块就能构成1台函数发生器、1台信号源或1台控制器。专用接口是针对特定用途仪器需要的设计，也包括一些现场总线接口和各类传感器接口。系统的主要硬件包括控制器、主机箱和仪器模块。常用的控制方案有gpib总线控制方式的硬件方案、mxi总线控制方式的硬件方案、嵌入式计算机控制方式的硬件方案3种。vxi仪器模块又称为器件。vxi有4种器件：寄存器基器件、消息基器件、存储器器件和扩展器件。存储器器件不过是专用寄存器基器件，用来保存和传输大量数据

16、。扩展器目前是备用件，为今后新型器件提供发展通道。将vxi仪器制作成寄存器基器件还是消息基器件是首先要做出的决策。寄存器基器件的通信情况极像vme总线器件，是在低层用二进制信息编制程序。他的明显优点在于速度寄存器基器件完全是在直接硬件控制这一层次上进行通信的。这种高速通信可以使测试系统吞吐量大大提高。因此，寄存器基器件适用于虚拟仪器中信号/输出部分的模块（如开关、多路复用器、数/模转换输出卡、模/数转换输入卡、信号调理等）。消息基器件与寄存器基器件不同，他在高层次上用ascii字符进行通信，与这种器件十分相似是独立hpib仪器。消息基器件用一组意义明确的 “字串行协议”相互进行通信，这种异步协

17、议定义了在器件之间传送命令和数据所需的挂钩要求。消息基器件必须有cpu（或dsp）进行管理与控制。因此，消息基器件适用于虚拟仪器中数字信号处理部分的模块。 软件的开发与设计包括3部分：vxi总线接口软件、仪器驱动软件和应用软件（软面板）。“软面板”设计就是设计具有可变性、多层性、自助性、人性化的面板，这个面板应不仅同传统仪器面板一样具有显示器、led、指针式表头、旋钮、滑动条、开关按钮、报警装置等功能部件，而且应还具有多个连贯操作面板、在线帮助功能等。vxi总线接口软件由零槽控制器提供，包括资源管理器、资源编辑程序、交互式控制程序和编程函数库等。该软件在编程语言和vxi总线之间建立连接，提供对

18、vxi背板总线的控制和支持，是实现vxi系统集成的基础。 仪器驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序，也即模块的驱动软件，他的设计必须符合vpp的2个规范，即vpp3.1仪器驱动程序结构和模型和vpp3.2仪器驱动程序设计规范。2.4 labview8.5的安装 labview如何安装是我们先要解决的问题，下面是我安装的截图，这样可以系统的反应出我们的安装过程。图2.1安装程序初始化图2.2选择安装目录图2.3安装进度图2.4安装完成图2.5 labview启动安装完毕后，重启计算机，即可使用labview软件完成设计，执行功能。然后再从新启动，进行新建。2.5 labview简介

19、labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器（ni）公司研制开发的，类似于c和basic开发环境，但是labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而labview使用的是图形化编辑语言g编写程序，产生的程序是框图的形式。与 c 和basic 一样，labview也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。labview的函数库包括数据采集、gpib、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储，等等。labview也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子vi）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。labview

20、（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一种用图标代替文本创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 labview 则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了vi及函数的执行顺序。vi指虚拟仪器，是labview 的程序模块。labview 提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 labview 中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称g代码。labview

21、的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。并且labview具有如下特点；1、尽可能采用了通用的硬件，各种仪器的差异主要是软件。2、可充分发挥计算机的能力，有强大的数据处理功能，可以创造出功能更强的仪器。3、用户可以根据自己的需要定义和制造各种仪器。虚拟仪器研究的另一个问题是各种标准仪器的互连及与计算机的连接。目前使用较多的是ieee488 或 gpib协议。未来的仪器也应当是网络化的。labview（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一种图形化的编程语言的开发环境，它广泛地被工业界、学术界和研究实

22、验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。labview 集成了与满足 gpib、vxi、rs-232和 rs-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用tcp/ip、activex等软件标准的函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。图形化的程序语言，又称为 “g” 语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或框图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，labview是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，

23、提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。利用 labview，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，labview提供了windows、unix、linux、macintosh的多种版本。它主要的方便就是，一个硬件的情况下，可以通过改变软件，就可以实现不同的仪器仪表的功能，非常方便，是相当于软件即硬件！虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其

24、典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国ni 公司的 labview。虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。pc机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 micro

25、sof t公司的 windows 诞生之前，ni公司已经在macintosh计算机上推出了labview2.0 以前的版本。对虚拟仪器和 labview 长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前labview 的最新版本为 labview2011，labview 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998 年的版本中被初次引入。使用 labview 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、labview real-time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。普通的 pc 有一

26、些不可避免的弱点。用它构建的虚拟仪器或计算机测试系统性能不可能太高。目前作为计算机化仪器的一个重要发展方向是制定了vxi 标准，这是一种插卡式的仪器。每一种仪器是一个插卡，为了保证仪器的性能，又采用了较多的硬件，但这些卡式仪器本身都没有面板，其面板仍然用虚拟的方式在计算机屏幕上出现。这些卡插入标准的 vxi 机箱，再与计算机相连，就组成了一个测试系统。vxi 仪器价格昂贵，目前又推出了一种较为便宜的 pxi 标准仪器。labview有很多优点，尤其是在某些特殊领域其特点尤其突出。其领域如下；1、测试测量：labview最初就是为测试测量而设计的，因而测试测量也就是现在labview最广泛的应用

27、领域。经过多年的发展，labview在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的labview驱动程序，使用labview可以非常便捷的控制这些硬件设备。同时，用户也可以十分方便地找到各种适用于测试测量领域的labview工具包。这些工具包几乎覆盖了用户所需的所有功能，用户在这些工具包的基础上再开发程序就容易多了。有时甚至于只需简单地调用几个工具包中的函数，就可以组成一个完整的测试测量应用程序。2.控制：控制与测试是两个相关度非常高的领域，从测试领域起家的labview自然而然地首先拓展至控制领域。labview拥有专门用于控制领域的模块-labview

28、dsc。除此之外，工业控制领域常用的设备、数据线等通常也都带有相应的labview驱动程序。使用labview可以非常方便的编制各种控制程序。3、仿真：labview包含了多种多样的数学运算函数，特别适合进行模拟、仿真、原型设计等工作。在设计机电设备之前，可以先在计算机上用labview搭建仿真原型，验证设计的合理性，找到潜在的问题。在高等教育领域，有时如果使用labview进行软件模拟，就可以达到同样的效果，使学生不致失去实践的机会。4、儿童教育：由于图形外观漂亮且容易吸引儿童的注意力，同时图形比文本更容易被儿童接受和理解，所以labview非常受少年儿童的欢迎。对于没有任何计算机知识的儿童

29、而言，可以把labview理解成是一种特殊的“积木”：把不同的原件搭在一起，就可以实现自己所需的功能。著名的可编程玩具“乐高积木”使用的就是labview编程语言。儿童经过短暂的指导就可以利用乐高积木提供的积木搭建成各种车辆模型、机器人等，再使用labview编写控制其运动和行为的程序。除了应用于玩具，labview还有专门用于中小学生教学使用的版本。5、快速开发：根据笔者参与的一些项目统计，完成一个功能类似的大型应用软件，熟练的labview程序员所需的开发时间，大概只是熟练的c程序员所需时间的1/5左右。所以，如果项目开发时间紧张，应该优先考虑使用labview，以缩短开发时间。6、跨平台

30、：如果同一个程序需要运行于多个硬件设备之上，也可以优先考虑使用labview。labview具有良好的平台一致性。labview的代码不需任何修改就可以运行在常见的台式机操作系统上：windows、mac os 及 linux。除此之外，labview还支持各种实时操作系统和嵌入式设备，比如常见的pda、fpga以及运行vxworks和pharlap系统的rt设备。第3章 系统硬件设计3.1硬件流程设计温室大棚内的温度传感器、数据采集卡和计算机的安装和连线，以及对空调的控制，采用了三个温度传感器、三个数据采集卡和三个空调，传到计算机内，进行labview的检测和控制。首先我们先选好被测地点，然

31、后再进行测温。温度为被测对象，在利用温度传感器ds18b20测温，再通过数据采集卡usb2013把温度传感器采集的数据传到计算机内，再在计算机内开发软件，在利用开发软件控制设备，从而控制温度。如图3.2 测量系统结构框图，这图只是简化了我们的测量过程。被测对象传感器数据采集卡计算机开发软件空调设备图3.2 测量系统结构框图3.2硬件电路设计（一）硬件电路基本组成系统硬件结构，虚拟仪器系统的硬件主要由个人计算机工作站和硬件接口模块组成，其中计算机是主体，主要用来提供实施高校的数据处理性能，硬件接口模块包括仪器和各种通用接口总线，主要用来采集，传输信号。仪器硬件，温度传感器，插入式数据采集卡daq

32、，信号调理器等，通用总线用来把独立的仪器连接到计算机上，目前较为常用的仪器系统是数据采集卡系统，gpib仪器控制系统，vxi仪器系统以及三者之间的任意结合。（二）硬件电路基本功能描述此硬件系统主要利用半导体来调节温度大小，利用温度传感器来对温度进行数据采集，对温度测量而言，温度传感器的选择是整个系统第一步，也是直接影响系统稳定性能的重要因素之一。硬件电路基本功能描述如图传感器将被测信号转换为电信号数据采集卡采集模拟信号,转化为数字信号设备驱动程序将数字信号读入计算机在开发平台上设计信号测量流程和面板 图3.3硬件电路基本功能描述3.3硬件功能分析（1）模/数转换及数据存储 设置具有通用性的数据

33、自动采集系统，一般应满足能对多路信号尽可能同步地进行采集， 为了使所采集到的数据不但能够在数据采集器上进行存储，而且还能及时地在采集过程中将数据传送到上位机，选用存储量比较适中的先进先出存储器，这样既能满足少量数据存储的需要，又能在需要实时传送数据时，在a/d转换的同时进行数据传送，不丢失任何数据。)vxi总线接口； vxi总线数据采集器通常可以利用两种vxi总线，通用接口消息基接口和寄存器基接口。消息基接口的作用是通过总线传送命令，从而控制仪器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄存器简单的读写来控制仪器硬件的操作。利用消息基接口进行设计。（2）采样通道控制 为了满足几种典型系统通道控制的要求，

34、使通道的数量足够多，通道的选取比较灵活，可以利用寄存器电路、可预置计数器电路以及一些其他逻辑电路的配合，将采样通道设计成最多64路、最少2路可以任意选择，而且可以从任意一路开始采样，也可以到任意一路结束采样，只要截止通道号大于起始通道号就可以了。整个控制在虚拟仪器软面板上进行操作，通过消息基接口将命令写在这部分的控制寄存器中，从而设置计数器的初值以及采样的通道总数。 （3）定时采样控制 由于不同的自动测试系统对采样时间间隔的要求不同，以及同一系统在不同的试验中需要的采样时间间隔也不尽相同，故可以采用程控的方式将采样时间间隔设置在2 s13. 0 ms之间任意选择，可以增加或减少的最小单位是2

35、s。所有这些选择设置可以在虚拟仪器软面板上进行。（4）采样点数控制 根据不同测试系统的需求，将采样点数设计成可在一个比较大的范围中任意选择，该选择同样是在软面板上进行。 （5）采样方式控制 总结各种自动测试系统的采样方式不外乎软件触发采样和硬件触发采样。在硬件触发采样中又包括同步调整周期采样和非同步调整周期采样，这2种采样又可以是定时进行的或等转速差进行的。所有这些采样方式，对于数据采集器来说都可以在软面板上进行选择。3.4硬件组成部分 硬件电路由温度传感器、数据采集卡和计算机组成。其中温度传感器选用ds18b20智能温度传感器，作用是采集大棚内的温度，并进行判断。数据传感器主要是使数据传入计

36、算机。3.4.1温度传感器ds18b20数字温度传感器接线方便，封装成后可应用于多种场合，如管道式，螺纹式，磁铁吸附式，不锈钢封装式，型号多种多样，有ltm8877，ltm8874等等。主要根据应用场合的不同而改变其外观。封装后的ds18b20可用于电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。耐磨耐碰，体积小，使用方便，封装形式多样，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域。1、技术性能描述；(1)独特的单线接口方式，ds18b20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与ds18b20的双向通讯。(2)测温范围 55+12

37、5，固有测温误差0.5。(3)支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。(4)工作电源: 35v(5)在使用中不需要任何外围元件(6)测量结果以912位数字量方式串行传送(7)不锈钢保护管直径 6(8)适用于dn1525, dn40dn250各种介质工业管道和狭小空间设备测温(9)标准安装螺纹 m10x1, m12x1.5, g1/2”任选(10)pvc电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。2、应用范围；(1)该产品适用于冷冻库，粮仓，储罐，电讯机房，电力机房，电

38、缆线槽等测温和控制领域。(2)轴瓦，缸体，纺机，空调，等狭小空间工业设备测温和控制。(3)汽车空调、冰箱、冷柜、以及中低温干燥箱等。(4)供热/制冷管道热量计量，中央空调分户热能计量和工业领域测温和控制3、接线说明；独特的一线接口，只需要一条口线通信。多点能力，简化了分布式温度传感应用 无需外部元件。可用数据总线供电，电压范围为3.0 v至5.5 v 无需备用电源。测量温度范围为-55至+125。华氏相当于是67 华氏度到257华氏度。 -10至+85范围内精度为0.5 。温度传感器可编程的分辨率为912位 温度转换为12位数字格式最大值为750毫秒 用户可定义的非易失性温度报警设置 应用范围

39、包括恒温控制，工业系统，消费电子产品温度计，或任何热敏感系统描述该ds18b20的数字温度计提供9至12位（可编程设备温度读数)。由于ds18b20是一条口线通信，所以中央微处理器与ds18b20只有一个一条口线连接。为读写以及温度转换可以从数据线本身获得能量，不需要外接电源。 因为每一个ds18b20的包含一个独特的序号，多个ds18b20s可以同时存在于一条总线。这使得温度传感器放置在许多不同的地方。它的用途很多，包括空调环境控制，感测建筑物内温设备或机器，并进行过程监测和控制。主要组成部分ds18b20的。ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom、温度传感器、非挥发的温度

40、报警触发器th和tl、配置寄存器。该装置信号线高的时候，内部电容器 储存能量通由1线通信线路给片子供电，而且在低电平期间为片子供电直至下一个高电平的到来重新充电。 ds18b20的电源也可以从外部3v-5 .5v的电压得到。因为一线通信接口，必须在先完成rom设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下功能命令之一： 1 ）读rom， 2 ）rom匹配， 3 ）搜索rom， 4 ）跳过rom， 5 ）报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64位光刻rom序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时，总线也可以知道总线上挂有有多少，什么样的设备。若指令成功地使ds18b20完

41、成温度测量，数据存储在ds18b20的存储器。一个控制功能指挥指示ds18b20的演出测温。测量结果将被放置在ds18b20内存中，并可以让阅读发出记忆功能的指挥，阅读内容的片上存储器。温度报警触发器th和tl都有一字节eeprom 的数据。如果ds18b20不使用报警检查指令，这些寄存器可作为一般的用户记忆用途。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换。写th,tl指令以及配置字节利用一个记忆功能的指令完成。通过缓存器读寄存器。所有数据的读，写都是从最低位开始。4、ds18b20有4个主要的数据部件；（1）光刻rom中的64位序列号是出厂前被光刻好的，它可以看作是该ds18b20的地址序

42、列码。64位光刻rom的排列是：开始8位（28h）是产品类型标号，接着的48位是该ds18b20自身的序列号，最后8位是前面56位的循环冗余校验码（crc=x8+x5+x4+1）。光刻rom的作用是使每一个ds18b20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个ds18b20的目的。（2） ds18b20中的温度传感器可完成对温度的测量，以12位转化为例：用16位符号扩展的二进制补码读数形式提供，以0.0625/lsb形式表达，其中s为符号位。5、ds18b20的外形和内部结构；ds18b20内部结构主要由四部分组成：64位光刻rom 、温度传感器、非挥发的温度报警触发器th和tl、配置寄存

43、器。6、ds18b20工作原理；ds18b20的读写时序和测温原理与ds1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s 减为750ms。 ds18b20测温原理如图3所示。图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振 随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器1对 低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重 新开始对低温度系数晶振产生的脉

44、冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即 为所测温度。图3中的斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值7、ds1820使用中注意事项；ds1820虽然具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点，但在实际应用中也应注意以下几方面的问题：（1）较小的硬件开销需要相对复杂的软件进行补偿，由于ds1820与微处理器间采用串行数据传送，因此 ，在对ds1820进行读写编程时，必须严格的保证读写时序，否则将无法读取测温结果。在使用pl/m、c等高级语言进行系统程序设计时，对 ds1820操作部分最好采用

45、汇编语言实现。（2）在ds1820的有关资料中均未提及单总线上所挂ds1820数量问题，容易使人误认为可以挂任意多个 ds1820，在实际应用中并非如此。当单总线上所挂ds1820超过8个时，就需要解决微处理器的总线驱动问题，这一点在进行多点测温系统设计时 要加以注意。（3）连接ds1820的总线电缆是有长度限制的。试验中，当采用普通信号电缆传输长度超过50m时，读取的 测温数据将发生错误。当将总线电缆改为双绞线带屏蔽电缆时，正常通讯距离可达150m，当采用每米绞合次数更多的双绞线带屏蔽电缆时，正 常通讯距离进一步加长。这种情况主要是由总线分布电容使信号波形产生畸变造成的。因此，在用ds182

46、0进行长距离测温系统设计时要充分考 虑总线分布电容和阻抗匹配问题。（4）在ds1820测温程序设计中，向ds1820发出温度转换命令后，程序总要等待ds1820的返回信号，一旦 某个ds1820接触不好或断线，当程序读该ds1820时，将没有返回信号，程序进入死循环。这一点在进行ds1820硬件连接和软件设计时也要给予 一定的重视。 测温电缆线建议采用屏蔽4芯双绞线，其中一对线接地线与信号线，另一组接vcc和地线，屏蔽层在源端单点接地。ds18b20是美国dallas半导体公司继ds1820之后最新推出的一种改进型智能温度传感器。与传统的热敏电阻相比，它能过直接读出被测温度并且可根据实际要求通

47、过简单的编程实现912位的数字值读数方式。可以分别在93.75ms和750ms内完成9位和2位的数字量，并且从ds18b20读出的信息或写入ds18b20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写，温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以想所挂接ds18b20供电，而无需额外电源，因而使用ds18b20可使系统结构更趋简单，可靠性高。它在测温精度、转换时间、传输距离、分辨率等方面较ds1820有了很大的改进，给用户带来了更方便和更令人满意的效果。 ds18b20采用了3脚pr35封装或8脚soic封装，引脚排列如图3.4所示。i/o为数据输入/输出端（即单线总线），它属于漏极开路输出，外接上拉电阻

48、后，常态下呈高电平。udd是可供选用的外部电源端，不用时接地，gnd为地，nc空脚。8、ds18b20的性能特点；（1）、ds18b20的供电电压范围为3.0-5.5v。当在-10+85范围内，可确保测量误差不超过0.5，在-55+125范围内，测量误差也不超过2。（2）、ds18b20的转换速率比较高，进行9位的温度转换仅需93.75ms。（3）、具有电源反接保护电路。当电源电压的极性反接时，能保护ds18b20不会因发热而烧毁。但此时芯片无法正常工作。图3.4 ds18b20的管脚排列（4）、适配各种单片机或系统。（5）、采用dallas公司独特的“单线总线”专有技术，通过串行通信接口（i

49、/o）直接输出被测温度值（912位二进制数据，含符号位）。（6）、内含64位激光修正的只读存储rom，扣除8位产品系列号和8位循环冗余校验码（crc）之后，产品序号占48位。出厂前产品序号存入其rom中。在构成大型温控系统时，允许在单线总线上挂接多片ds18b20。（7）、用户可自设定非易失性的报警上下限值。（8）、支持多点组网功能，多个ds18b20可以并联在唯一的三线上，实现多点温度。图3.5 ds18b20的内部结构9、ds18b20主要包括7部分；1、寄生电源；2、温度传感器；3、64位激光（loser）rom与单线接口；4、高速暂存器，即便筏式ram，用于存放中间数据；5、th触发寄

50、存器和tl触发寄存器，分别用来存储用户设定的温度上下限值；6、存储和控制逻辑；7、8位循环冗余校验码（crc）发生器。其内部结构框图如图3.5所示。ds18b20的初始化和读温度程序流程图、启动温度转换及读温度值流程图如图3.6、3.7、3.8所示；延时300us后结束初始过程返回重启或报错主机向18b20发复位脉冲主机释放总线总线变高？等待18b20存在信号有响应？总线变低？检测18b20的响应结束信号（响应结束时，总线再次被拉高）总线变高？y n y y n n 图3.6 ds18b20的初始化流程图初始化ds18b20发搜索rom命令存在一个ds18b20？读在线ds18b20序列号开始

51、初始化ds18b20发跳过rom命令发温度转换命令等待2usi=1初始化ds18b20发匹配rom命令发1个ds18b20序列号读匹配的ds18b20温度在线所用ds18b20访问完？读存储器n y n y i=i+1 图3.7 ds18b20的工作流程图复位脉冲读一个脉冲发skip rom命令发wrie scratchpad命令写th,tl和config的值复位脉冲读一个脉冲发skip rom命令发read scratchpad命令复位脉冲读一个脉冲发skip rom命令发copy scratchpad命令复位脉冲读一个脉冲图3.8启动温度转换及读温度值3.4.2数据采集卡数据采集(daq)

52、，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集卡，即实现数据采集(daq)功能的计算机扩展卡，可以通过usb、pxi、pci、pci express、火线(1394)、pcmcia、isa、compact flash、485、232、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。1、数据采集卡的产生；为了满足ibm-pc机及其兼容机用于数据采集与控制的需要，国内外许多厂商生产了各种各样的数据采集板卡（或i/o板卡）。这类板卡均参照i

53、bm-pc机的总线技术标准设计和生产，用户只要把这类板卡插入ibm-pc机主板上相应的i/o扩展槽中，就可以迅速方便地构成一个数据采集与处理系统，从而大大节省了硬件的研制时间和投资，又可以充分利用ibm-pc机的软硬件资源，还可以使用户集中精力对数据采集与处理中的理论和方法进行研究、进行系统设计以及程序的编制等。2、数据采集卡的分类；基于pc总线的板卡种类很多，其分类方法也有很多种。按照板卡处理信号的不同可以分为模拟量输入板卡(a/d卡)、模拟量输出板卡(d/a卡)、开关量输入板卡、开关量输出板卡、脉冲量输入板卡、多功能板卡等。其中多功能板卡可以集成多个功能，如数字量输入/输出板卡将模拟量输入

54、和数字量输入/输出集成在同一张卡上。根据总线的不同，可分为pxi/cpci板卡和pci板卡。还有其它一些专用i/o板卡，如智能接口卡、虚拟存储板（电子盘）、信号调理板、专用（接线）端子板等，这些种类齐全、性能良好的i/o板卡与ipc配合使用，使系统的构成十分容易。3、数据采集卡usb2013简介；品 牌： 阿尔泰 型 号： usb2013 产品介绍模拟量输入 单端16路/差分8路 16位 250k ；模拟量输出 4路 12位 100k 上电位自动清零；数字量 8路di 8路do；定时计数器 3路(1)16位ad精度，250ks/s采样频率 (2)单端16路/差分8路 模拟量输入详细信息模拟量输

55、入 单端16路/差分8路 16位 250k ；模拟量输出 4路 12位 100k 上电自动清零；数字量 8路di 8路do；定时计数器 3路(3)16位ad精度，250ks/s采样频率 (4)单端16路/差分8路 模拟量输入 (5)ad量程：10v、5v、2.5v、010v、05v (6)硬件增益：11000倍 (7)12位da精度，100ks/s转换频率 (8)4路模拟量输出，上电自动清零 (9)da量程：05v、010v、5v、10v (10)数字量输入、输出各8路 (11)3路16位定时/计数器（8253或8254） 4、usb2013数据采集卡工作原理及分析；一个实用的usb数据采集系

56、统硬件一般包括微控制器、usb通信接口以及根据系统需要添加的a/d转换器和eprom、sram等。为了扩展其用途，还可以加上多路模拟开关和数字i/o端口。系统的a/d、数字i/o的设计可沿用传统的设计方法，根据采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片，设计时应充分注意抗干扰性，尤其对a/d采集更是如此。在微控制器和usb接口的选择上有两种方式：一种是采用普通单片机加上专用的usb通信芯片；另一种是采用具备usb通信功能的单片机。usb的另一大优点是可以总线供电，在数据采集设备中耗电量通道不大，因此可以设计成总线供电。 一个usb设备的软件一般包括主机的驱动程序、应用程序和写进rom里面的

57、firmware。windows98提供了多种usb设备的驱动程序，但还没有一种专门针对数据采集系统，所以必须针对特定的设备编制驱动程序。尽管系统已经提供了很多标准接口函数，但编制驱动程序仍然是usb开发中最困难的一件事。通常采用windows ddk实现，但现在有许多第三方软件厂商提供了各种各样的生成工具，如compuware的driver works、blue waters的driver wizard等软件能够轻易地生成高质量的usb驱动程序。单片机程序的编制也同样困难，而且没有任何一家厂商提供了自动生成的工具。编制一个稳定、完善的单片机程序直接关系到设备性能，必须给予充分的重视。以上两个程序是开发者所关心的，而用户却不太关心。用户关心的是如何高效地通过鼠标操作设备，如何处理和分析采集进来的大量数据。因此还必须有高质量的用户软件。用户软件必须有友好的界面、强大的数据分析和处理能力以及提供给用户进行再开发的接