基于labView的温度采集系统设计

1、基于LabVIEW的温度采集系统设计 摘要：设计了基于LabV IEW的温度采集系统。它利用DS18B20数字温度传感器和STC公司生产的STC89C52单片机采集被测环境温度，将测得的数据经串口传给计算机。计算机利用LabV IEW的V ISA读取串口数据并进行处理和显示，实现基于V ISA的串口温度采集。关键词：温度传感器；单片机；LabV IEW；温度采集1引言虚拟仪器(Virtual Instrument)是基于计算机的软硬件测试平台,它可代替传统的测量仪器。LabVIEW是由美国国家仪器公司(National Instruments Co.)推出的、主要面向计算机测控领域的虚拟仪器软

2、件开发平台，是一种基于图形开发、调试和运行的集成化环境1。利用LabVIEW设计的数据采集系统，可模拟采集各种信号，但是配备NI公司的数据采集板卡比较贵，因此，可以选择单片机小系统作为前端数据采集系统，进行采集数据，然后通过RS-232串口通讯将数据送给计算机,在LabVIEW开发平台下，对数据进行各种处理、分析并对信号进行存储、显示和打印,从而实现了一种在LabVIEW环境下的单片机数据采集系统。2 温度采集系统设计本系统采用STC公司生产STC89C52单片机作为温度数据采集和传输的主控芯片，温度传感器采用单总线方式的集成数字温度传感器DS18B20。采集得到的数据利用单片机经串口通信的方

3、式传输至计算机的串口。计算机上位机软件采用数据处理能力超强的LabV IEW软件编写,利用其所带的V ISA驱动进行串口的数据采集和处理,实现了基于V ISA的串口温度采集。2.1温度采集系统的硬件设计本系统以AT89C51为中央处理单元,利用DS18B20数字温度传感器对温度信号进行采集,采集到的信号被送到AT89C51中, 将采集到的温度值在LCD上显示并通过串口发送到上位机，其原理图如1所示(见附录1)。2.1.1 中央处理单元STC89C51本设计选用的中央处理单元是STC89C52单片机，STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Progra

4、mmable and Eras-able Read Only Memory）的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容2。其优点有三：(1)低功耗、低价； (2)高速、高可靠；(3)抗静电、干扰能力强；STC89C52标识分别解释如下：STC表示芯片为STC公司生产的的产品。8表示该芯片为8051内核芯片。9标示内部含Falsh E2 PROM存储器。C标示该器件为COMS产品。5固定不变。2表示该芯片内部程序存储空间大小，1为4KB。2为8KB，3为

5、12KB。2.1.2 DS18B20数字温度传感器DSI8B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,它体积小、经济。是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念3。它的测量温度范围为-55+125。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量,如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。与前一代产品不同,新的产品支持35.5 V的电压范围,使系统设计更灵活、方便。而且新一代产品更便宜,体积更小。DSI8B20可以程序设定912位的分辨率,精

6、度为0.5。可以选择更小的封装方式,更宽的电压适用范围。分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EPROM中,掉电后依然保存。DS18B20的性能是新一代产品中最好的,性能价格比也非常出色,继“一线总线”的早期产品后,DSI8B20开辟了温度传感器技术的新概念。DS18B20和DS18B22使电压特性及封装有更多的选择,让用户可以构建适合自己的经济的测温系统。DS18B20内部结构主要由4部分组成:64位光刻R OM,温度传感器、非挥发的温度报警触发器T H和TL,配置寄存器。本次设计智能温度报警系统的温度采集就由DSI8B20完成。将DSI8B20的GND脚接地,VDD脚接高电平,而单总线DQ脚

7、接单片机的外部中断1脚,具体的采集电路如图2所示。图2 温度采集电路2.1.3 LCD1602显示模块本设计使用的1602液晶是一种点阵液晶显示器,电压驱动为5V，带背光，每行显示16个字符，一共可以显示两行。1602是字符型液晶，即只能显示ASCII码字符，如数字、大小写字母、各种符号等，不能显示汉字。内置含128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口。工作温度一般在-10到+50度,存储温度一般在-20到+70度。2.2温度采集系统的软件设计下位机软件采用C语言编写,包括DS18B20的读写和串口通信4两个主要部分。上位机软件采用当前测试测量应用最广泛的LabV IEW编写

8、5。LabV IEW(L abo ra to ry V irtua l In st rum en t Eng ineering)是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。2.2.1下位机软件软件设计程序采用C语言进行编写，主要完成LCD1602初始化、DS18B20初始化从DS18B20读取数据、向DS18B20写数据及温度转化等子程序的编写。此外，在进行程序的编写时，一定要严格保证DS18B20读写时序的正确性，否则无法读取测温结果。其初始化时序和写时序的程序分别如下：（1）DS18B20初始化时序初始化时序包括一个主机发出的复

9、位脉冲以及从机的应答脉冲，这一过程如图3所示，复位脉冲是一个480960us的低电平，然后释放总线将总线拉至高电平，时间持续1560us。之后，从机开始向总线发出一个应答脉冲，该脉冲是一个60us240us的低电平信号，表示从机已准备好。在初始化过程中，主机接收脉冲的时间最少为480us。void ds18B20_initial()/DS18B20初始化程序doDQ=1；_nop_（）；_nop_（）；DQ=0；Delay（36）；DQ=1；delay（3）；result_ds18b20=DQ；delay（18）；while(result_ds18b20=1)；（2） DS18B20的写时序D

10、S18B20的写时序如图4所示，分为写0和写1时序两个过程，主机把单线总线从高电平拉到低电平时，表示一个写周期的开始。当要写0时序时，单总线要被拉至至少60us，当要写1时序时，单总线被拉低以后，在15us之内就得释放单总线，将总线拉为高电平。此外，两个写周期之间至少要1us的恢复时间。图4 DS18B20的写时序void WriteOneChar(unsigned char dat)/写一个字节程序unsigned char k,m；for(k=8；k0；k-)DQ=0；for(m=2；m0；m-)；DQ=dat&0x01；delay(5)；DQ=1；dat=1；下位机软件流程图如图图5：

11、初始化1602液晶 和传感器DS18B20 设置温度上限值 启 动 温 度 转 换温 度 换 算 及 显 示 开 始图5：下位机软件流程图2.2.2 LabVIEW下的串口通讯的实现LabVIEW的函数库中提供了串口通讯函数,可用来设计单片机与PC机的串口通讯6。(1)串口初始化：图6 串口初始化图6中包含以下参数：flow control etc该参数包括Input XON/XOFF、Output XON/XOFF、Input HW Handshake、Input alt HW Handshake、XOFF byte、XON byte以及Parity Errorr byte主要用于设置串口通

12、讯的握手方式和奇偶效验方式。baud size LabVIEW分配给串行通讯输入/输出缓冲器的容量,可以由用户设置。port number串行端口号,在Windows操作系统中参数port number有以下选择:0:COM1 1:COM22:COM3 3:COM4 4:LPT1 )baud rate波特率设置。 data bits一祯信息中的数据位数,LabVIEW允许5-8位数据。stop bits一祯信息中停止位的位数。设置为0则有1位停止位,设置为1有1位半的停止位,设置位2有2个停止位。parity奇偶效验设置.0表示无奇偶效验,1表示奇效验,2表示偶效验。error code错误码

13、输出。（2）串口读程序图7 串口读程序其中参数requested byte count用于设置所要读的字符数。如果要读入当前串口中的所有字符,用参数byte count的输出作为输入。（3）主程序设计图经过设计,波特率1200,自定义软件握手,无奇偶校验,数据位为8位,停止位设置为0,有1位停止位。主程序的前面板如8图所示:图8 主程序的前面板而主程序的流程框图如下:图9主程序的流程框图3结论利用LabVIEW强大函数功能和RS232,结合以单片机为核心组成的小系统,可以很方便地完成数据采集及处理等功能,具有很强的工程实用性,可广泛应于测试控制领域。参考文献：1 毛建东.基于LabVIEW的单片机数据采集系统的设计J.微计算机信息 2006.082 郭天祥 51单片机C语言教程.电子工业出版社。20083 彭敏