【正文】 tronix 公司開發(fā)的 EzTest 和 TekTNS 軟件，以及美國(guó) HEM Data 公司開發(fā)的 SanpMaster 軟件，都是國(guó)際上公認(rèn)的非常優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)軟件。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁 當(dāng)今虛擬儀器的系統(tǒng)開 發(fā)采用的總線包括 GPIB 通用接口總線、傳統(tǒng)的 RS232 串行總線、 RS485 串行總線、 VXI 總線，以及 USB 總線等。世界各國(guó)的公司，特別是美國(guó)的 NI 公司，為了使虛擬儀器能適應(yīng)各種總線的配置，開發(fā)了大量的軟件和適應(yīng)要求的硬件，從而可以使使用者靈活地組建各種各樣的不同復(fù)雜程度的虛擬儀器自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)。虛擬儀器的開發(fā)公司，在測(cè)量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理、表達(dá)模式及其變換方面不斷地改革和創(chuàng)新，發(fā)布了各種軟件，建立了開發(fā)工具庫和數(shù)據(jù)處理的高級(jí)分析庫，進(jìn)一步擴(kuò)大了虛擬儀器的功能。 隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將逐步取代傳統(tǒng)儀器而成為測(cè)試儀器的主流。據(jù)專家預(yù)測(cè)，到 2021 年我國(guó)有 70%的儀器為虛擬儀器。虛擬儀器將在航天、通信、醫(yī)療、電力、石油、鐵路等行業(yè)普及及應(yīng)用。 主要 研究?jī)?nèi)容 本文重點(diǎn)介紹了利用 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境設(shè)計(jì)上位機(jī)的檢測(cè)界面，溫濕度傳感器通過 RS232 串行總線與 電腦 相連接介入上位機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)糧倉內(nèi)溫濕度的檢測(cè)。 本章小結(jié) 論述了智能溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的課題目的及意義，智能溫度檢測(cè)系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及本論文的主要內(nèi)容。 溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 思路及方案，對(duì)系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行選擇。 糧倉溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì)方案，及上位機(jī)和下位機(jī)的設(shè)計(jì)過程。 對(duì)所做工作進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)未來的研究作了展望。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁 第二章 虛擬儀器概述 虛擬儀器定義及特點(diǎn) 虛擬儀器是一種以計(jì)算 機(jī)和測(cè)試模塊的硬件為基礎(chǔ)、以計(jì)算機(jī)軟件為核心所構(gòu)成的，并且在計(jì)算機(jī)顯示屏幕上虛擬的儀器面板，以及由計(jì)算機(jī)所完成的儀器功能，都可由用戶軟件來定義的計(jì)算機(jī)儀器。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比，有以下特點(diǎn)： 虛擬儀器在儀器功能方面是一種創(chuàng)新的計(jì)算機(jī)儀器，而非一種傳統(tǒng)意義上的具體儀器。它是一種功能意義上而非物理意義上的一起，儀器功能可由用戶軟件定義，柔性結(jié)構(gòu)，靈活組態(tài)，給了用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己能力和想象力的空間。一臺(tái)計(jì)算機(jī)被設(shè)計(jì)成多臺(tái)不同功能的測(cè)量一起，能集多種功能于一體構(gòu)成多功能和多用途的綜合一起，極大地豐富和增強(qiáng)了傳統(tǒng)儀器的功能。有著極其豐富的軟件資源、極高的運(yùn)算速度和龐大的存儲(chǔ)空間。 虛擬儀器在用戶界面方面中友好的人機(jī)交互界面使儀器的使用操作十分簡(jiǎn)單，圖形化的用戶界面形象、美觀，可以方便地由用戶自己定義，使 之更具個(gè)性化。軟面板上虛擬的顯示器件和操作元件的種類與形式不受 “ 標(biāo)準(zhǔn)件 ” 和 “ 加工工藝 ” 的限制，通過編程可隨時(shí)從庫中取用。 在系統(tǒng)集成方面虛擬儀器的硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和基于計(jì)算機(jī)的開放式標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，用戶可以講儀器的設(shè)計(jì)、使用和管理統(tǒng)一到一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)上來?；跇?biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)總線和儀器總線，儀器硬件實(shí)現(xiàn)了模塊化、系列化，大大方便了系統(tǒng)集成?；谟?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)話技術(shù)，廣泛支持各種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。 虛擬儀器發(fā)展概況 虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分，首先是高效的軟件，軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的 部份。使用正確的軟件工具并通過設(shè)計(jì)或調(diào)用特定的程序模塊，工程師和科學(xué)家們可以高效地創(chuàng)建自己的應(yīng)用以及友好的人機(jī)交互界面。 NI 公司提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件 —— LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強(qiáng)大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)的方式，并將結(jié)果顯示給用戶。此外， NI提供了更多交互式電子產(chǎn)品世界的測(cè)量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計(jì)與測(cè)試的交互式軟件 SignalExpress、用于傳統(tǒng) C 語言的 LabWindows/CVI、針對(duì)微軟VisualStudio 的 MeasurementStudio 等等，均可滿足客戶對(duì)高性能應(yīng)用的需求。有了功能強(qiáng)大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，電子產(chǎn)品世界從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測(cè)試應(yīng)用中的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。其次是模塊化的 I/O 硬件，面對(duì)如今日益復(fù)雜的測(cè)試測(cè)量應(yīng)用， NI 提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用 PCI,PXI,PCMCIA,USB或者是 1394 總線， NI 都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn)品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號(hào)條理、聲音和振動(dòng)測(cè)量、視覺、運(yùn)動(dòng)、儀器控制、分布式 I/O 到 CAN 接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。 NI 高性能的 硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測(cè)試和設(shè)計(jì)工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測(cè)量系統(tǒng)，滿足各種獨(dú)特的應(yīng)用要求。目前， NI 已經(jīng)達(dá)到了每2 個(gè)工作日推出一款硬件產(chǎn)品的速度，大大拓寬了用戶的選擇面：例如 NI 新近推出的新 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁 一代數(shù)據(jù)采集設(shè)備 —— 先期推出的 20 款 M 系列 DAQ 卡，就為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域設(shè)定了全新的標(biāo)準(zhǔn)。最后是用于集成的軟硬件平臺(tái)。 NI 首先提出的專為測(cè)試任務(wù)設(shè)計(jì)的 PXI 硬件平臺(tái)，已經(jīng)成為當(dāng)今測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，它的開放式構(gòu)架、靈活性和 PC技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)為測(cè)量和自動(dòng)化行業(yè)帶來了一場(chǎng)翻天覆地的改革。由 NI 發(fā)起的 PXI 系統(tǒng)聯(lián)盟現(xiàn)已吸引了 68 家廠商，聯(lián)盟屬下的產(chǎn)品數(shù)量也已激增至近千種。 PXI 作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動(dòng)化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺(tái)，內(nèi)建有高端的定時(shí)和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的 I/O 硬件和相應(yīng)的測(cè)試測(cè)量開發(fā)軟件，您就可以建立完全自定義的測(cè)試測(cè)量解決方案。無論是面對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號(hào)同步采集，借助 PXI 高性能的硬件平臺(tái)，您都能應(yīng)付自如。這就是虛擬儀器技術(shù)帶給您的無可比擬的優(yōu)勢(shì) 。 虛擬儀器的軟件開發(fā)環(huán)境 LabVIEW 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（ NI）公 司研制開發(fā)，類似于 C 和BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是 LabVIEW 與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言 G 編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。 LabVIEW 軟件是 NI 設(shè)計(jì)平臺(tái)的核心，也是開發(fā)測(cè)量或控制系統(tǒng)的理想選擇。 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學(xué)家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學(xué)家解決問題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新 .與 C 和 BASIC 一樣，LabVIEW 也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫 。 LabVIEW 的函數(shù)庫包括數(shù)據(jù)采集、 GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù) LabVIEW 標(biāo)志 LabVIEW 標(biāo)志 顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，等等。 LabVIEW 也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以動(dòng)畫方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子 VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。 LabVIEW（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語言。傳統(tǒng)文本編程語言根據(jù)語句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而 LabVIEW 則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了 VI 及函數(shù)的執(zhí)行順序。 VI 指虛擬儀器，是 LabVIEW 的程序模塊。 LabVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在 LabVIEW 中被稱為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱 G 代碼。 LabVIEW 的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼 。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁 第三章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本論文設(shè)計(jì)開發(fā)的是基 于 LabVIEW 的糧倉溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)從總體到局部的設(shè)計(jì)原則，通過對(duì)系統(tǒng)功能的分析，將整個(gè)系統(tǒng)分解為實(shí)現(xiàn)不同功能的幾個(gè)部分，然后分別對(duì)每個(gè)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)所提出的各項(xiàng)具體的功能，可以將整個(gè)系統(tǒng)分解為上位機(jī)和下位機(jī)兩個(gè)部分 :上位機(jī)為裝有 LabVIEW2021 軟件的 PC機(jī)，下位機(jī)為 單片機(jī) 組成的小系統(tǒng)。兩個(gè)部分是通過 RS232 串口進(jìn)行通信的。其中下位機(jī)部分主要完成溫濕度信號(hào)的采集以及溫濕度數(shù)據(jù)的輸出 。上位機(jī)部分完成對(duì) 數(shù)據(jù)的接收 ，溫濕度數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)，溫濕度超限報(bào)警及人機(jī)交互操作界面的生成。 系統(tǒng)功能 傳統(tǒng)的 溫濕度 測(cè)量系統(tǒng) 繁雜 ，所需要的硬件設(shè)備 人力資源 較多，使用時(shí)受人員、地點(diǎn)、空間等諸多因素的影響較大。而且這類測(cè)量系統(tǒng)和傳統(tǒng)儀器一樣，功能、作用都由生產(chǎn)商在生產(chǎn)時(shí)定義好，一旦成型，用戶就無法在使用過程中根據(jù)自身的需要對(duì)儀器的功能和作用進(jìn)行重新定義，另外這類測(cè)量系統(tǒng)與其它儀器設(shè)備的連接也十分有限，并且圖形界面較小，人工讀取數(shù)據(jù)信息量很小，數(shù)據(jù)無法編輯、存儲(chǔ)，同時(shí)系統(tǒng)封閉、可擴(kuò)展性差，技術(shù)更新速度慢，開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用較高。 基于以上傳統(tǒng)儀器的缺點(diǎn)，本論文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于 LabVIEW 的糧倉溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。 此溫度檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能： 單片機(jī) 與 PC 機(jī)的串口通信，能及時(shí)地將溫度數(shù)據(jù)傳給 PC 機(jī)，并將在上位機(jī)界面行程曲線，直觀的表現(xiàn)溫濕度變化。 檢測(cè)參數(shù)的顯示 :如測(cè)試時(shí)間、設(shè)定溫濕度、當(dāng)前溫濕度等，當(dāng)溫濕度超出某個(gè)范圍進(jìn)行報(bào)警等。 溫濕度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)曲線顯示，而且具有數(shù)字顯示和波形圖顯示。 測(cè)試結(jié)果的數(shù)據(jù)保存：用戶可以將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)的一部分或者全部保存在Excel 表格中，方便查詢和打印。 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁 系統(tǒng)組成框圖 溫度 數(shù)據(jù)傳輸 濕度 傳感器把被測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換為電量；信號(hào)調(diào)理電路對(duì)傳感器轉(zhuǎn)換的電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、隔離等預(yù)處理；調(diào)理電路的電壓信號(hào) 通過 RS232 串口 ，轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；將數(shù)字信號(hào)讀入計(jì)算機(jī)，再由 LabVIEW 編寫上位機(jī)界面。 測(cè) 試 對(duì) 象 溫濕度傳感器 計(jì) 算 機(jī) 單 片機(jī) 開發(fā)軟件 重慶郵電大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁 第四章 下位機(jī)設(shè)計(jì) 器件的選擇 STC89C52 單片機(jī) 1 簡(jiǎn)介 單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件： CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。 單片機(jī)也被稱為微控制器（ Microcontroler），是因?yàn)樗钤绫挥迷诠I(yè)控制領(lǐng)域。單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有 CPU 的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和 CPU 集成在一 個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)提及要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL 的 Z80 是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，從此以后，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。早期的單片機(jī)都是 8 位或 4 位的。其中最成功的是 INTEL 的 8031，因?yàn)楹?jiǎn)單可靠而性能不錯(cuò)獲得了很大的好評(píng)。此后在 8031 上發(fā)展出了 MCS51 系列單片機(jī)系統(tǒng)。基于這一系統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)直到現(xiàn)在還在廣泛使用。隨著工業(yè)控制領(lǐng)域要求的提高，開始出現(xiàn)了 16 位單片機(jī)，但因?yàn)樾詢r(jià)比不理想并未得到很廣泛的應(yīng)用。 90 年代后隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品大發(fā)展，單片機(jī)技 術(shù)得到了巨大的提高。隨著INTEL i960 系列特別是后來的 ARM 系列的廣泛應(yīng)用， 32 位單片機(jī)迅速取代 16 位單片機(jī)的高端地位，并且進(jìn)入主流市場(chǎng)。而傳統(tǒng)的 8 位單片機(jī)的性能也得到了飛速提高，處理能力比起 80 年代提高了數(shù)百倍。目前，高端的 32 位單片機(jī)主頻已經(jīng)超過 300MHz，性能直追 90 年代中期的專用處理器，而普通的型號(hào)出廠價(jià)格跌落至 1 美元，最高端的型號(hào)也只有 10 美元。當(dāng)代單片機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)不再只在裸機(jī)環(huán)境下開發(fā)和使用，大量專用的嵌入式操作系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在全系列的單片機(jī)上。而在作為掌上電腦和手機(jī)核心處理的高端單片機(jī)甚 至可以直接使用專用的 Windows 和 Linux 操作系統(tǒng)。 STC89C52RC 是由宏晶公司推出的一種小型 單片機(jī) ，是 電子 工程師常用器件。其主要特點(diǎn)為采用 Flash 存貯器技術(shù)，降低了制造成本，其軟件、硬件與 MCS51 完全兼容，且采用高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè) 芯片 中，可以很快被中國(guó)廣大用戶接受。其程序的電可擦寫特性，使得開發(fā)與試驗(yàn)比較容易，為很多 嵌入式