【正文】 新快、方便與外設(shè)或網(wǎng)絡(luò)連接、系統(tǒng)開放。這些優(yōu)點(diǎn)使各國越來越重視虛擬儀器技術(shù)，近年來，虛擬儀器的發(fā)展迅速，在一些發(fā)達(dá)國家被普遍應(yīng)用于測量、電信、監(jiān)控及教育等領(lǐng)域，現(xiàn)在正向著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。如今，虛擬儀器的概念已經(jīng)在電子測量儀器的發(fā)展中被很多領(lǐng)域所接受，推動了柔性測控系統(tǒng)的發(fā)展。 課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀虛擬儀器在國內(nèi)外的發(fā)展飛快，以 NI 公司為代表的廠商已經(jīng)推出了基于虛擬儀器的商品化儀器產(chǎn)品。在美國，虛擬儀器和它的圖形編程語言已經(jīng)成為理工科學(xué)生的必修課程。近些年，各國虛擬儀器公司開發(fā)出了很多虛擬儀器開發(fā)軟件，以便使用者可以設(shè)計(jì)適合于自己的測量系統(tǒng)。NI公司的Labwindows/CVI和LabVIEW是最有影響力和最早的開發(fā)軟件。LabVIEW非常實(shí)用，它采用的是圖形化編程方案；Labwindows/CVI是在Windows環(huán)境下的標(biāo)準(zhǔn)ANSIC開發(fā)軟件，它專為熟悉C語言的開發(fā)人員設(shè)計(jì)。處了以上幾種開發(fā)軟件，美國HP公司的HPTIG和HVEE軟件，美國Tektronix公司的TekTNS和EzTest軟件也都是優(yōu)秀虛擬儀器開發(fā)軟件，在國際上得到公認(rèn)。虛擬儀器的系統(tǒng)開發(fā)可以采用多種總線，如傳統(tǒng)的RS232串行總線、PXI總線、VXI總線、GPIB通用接口總線、IEEE1394總和被廣泛采用在PC機(jī)上的USB總線。為了使虛擬儀器能過靈活的適用于各種配置的總線，各國公司開發(fā)了大量軟件和硬件，以便組建各種復(fù)雜程度不同的虛擬儀器自動測控系統(tǒng)。虛擬儀器的開發(fā)廠商在測量結(jié)果的表達(dá)模式、數(shù)據(jù)處理等方面也進(jìn)行了優(yōu)化，建立了開發(fā)工具庫和高級數(shù)據(jù)分析庫，這擴(kuò)大了虛擬儀器的功能，使其能夠組建更加復(fù)雜的自動測控系統(tǒng)。國內(nèi)部分院校實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)引入虛擬儀器，有國內(nèi)專家預(yù)測：在未來的幾年里，我國虛擬儀器將占所有儀器的50%。隨微機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器將取締傳統(tǒng)儀器成為主要的測試儀器。 課題研究的主要內(nèi)容本文重點(diǎn)介紹使用LabVIEW開發(fā)環(huán)境來設(shè)計(jì)上位機(jī)的監(jiān)控界面，上位機(jī)通過USB轉(zhuǎn)RS232串行口與89E52單片機(jī)通信， DS18B20溫度傳感器讀取溫度數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對溫度參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測。本文主要進(jìn)行以下幾方面的工作：(1)論述智能溫度測控系統(tǒng)的課題目的及意義，智能溫度測控系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展概況及本論文的主要內(nèi)容。(2)詳細(xì)介紹了虛擬儀器技術(shù)的概念、特點(diǎn)和體系結(jié)構(gòu)，虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW及圖形化編程語言的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀。(3)溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路及方案，對系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺進(jìn)行選擇。(4)介紹智能溫度測控系統(tǒng)硬件組成，電烤箱的功率調(diào)節(jié)方式及各硬件電路的設(shè)計(jì)。(5)電烤箱溫度控制系統(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。(6)對所做工作進(jìn)行了總結(jié)，對未來的研究作了展望。2 虛擬儀器概述 虛擬儀器的概念隨著科學(xué)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)儀器已不能滿足現(xiàn)代測控系統(tǒng)的需要。虛擬儀器 (Virtual Instrumentation)由美國國家儀器公司率先提出，這打破了傳統(tǒng)儀器固定以及用戶無法更改的模式，引發(fā)了測控儀器的一場重大變革。虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計(jì)算機(jī)儀器，即是在通用計(jì)算機(jī)上加上一組軟件或硬件，使得使用者在操作這臺計(jì)算機(jī)時(shí)，就像在操作一臺他自己設(shè)計(jì)的專用傳統(tǒng)電子儀器。實(shí)際上就是把計(jì)算機(jī)技術(shù)與一起技術(shù)結(jié)合起來，將傳統(tǒng)儀器的三大功能，都放在計(jì)算機(jī)上完成。利用友好的計(jì)算機(jī)界面可以容易的模擬出各種儀器的控制面板，并以各種形式表達(dá)輸出的檢測結(jié)果；利用計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)多種信號分析、處理和存儲，完成多種測試功能；用計(jì)算機(jī)外設(shè)替代傳統(tǒng)儀器的按鍵和旋鈕等，使人可以不碰儀器本身，又能完成測量工作。虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)和拓展了其本身的功能，并逐漸替代了傳統(tǒng)儀器對數(shù)據(jù)采集、分析等功能，達(dá)到了取代的目的。 虛擬儀器的主要特點(diǎn)相比傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器有如下幾個主要特點(diǎn)(1)強(qiáng)調(diào)新概念—“軟件就是儀器”，取代舊概念—“硬件為主體”。虛擬儀器的核心是軟件，硬件的作用只在于信號的輸入、輸出問題上，這對于傳統(tǒng)儀器而言，虛擬儀器在概念上取得了重大突破。軟件決定了虛擬儀器的智能化程度和處理能力，使用者根據(jù)需要，可把新的算法、專家系統(tǒng)或者人工智能應(yīng)用在儀器的設(shè)計(jì)與集成上，從而提升了儀器的技術(shù)水平。另外，虛擬儀器通過豐富的計(jì)算機(jī)圖形做到了人機(jī)互交與界面友好。(2)用戶可自行定義虛擬儀器的功能，并在用戶機(jī)上產(chǎn)生，這使儀器可不由硬件決定，打破了傳統(tǒng)儀器的弊端。如果需要，用戶可以通過編程添加所需功能，而不是購買新的設(shè)備，從而使儀器的靈活性大大提高。(3)虛擬儀器容易建立網(wǎng)絡(luò)化，與網(wǎng)絡(luò)及電腦設(shè)備互聯(lián)，具有方便、靈活的互聯(lián)性。網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展逐步形成，這種新型虛擬儀器基于WEB技術(shù)，這使虛擬儀器變成了Inter網(wǎng)的一部分，可以方便的進(jìn)行構(gòu)建遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了測量、控制的網(wǎng)絡(luò)化。(4)虛擬儀器對硬軟件的制定具有開放的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并且采用模塊化結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有了良好的擴(kuò)展性和開放性。被高度集成的如數(shù)據(jù)采集電路等是系統(tǒng)必須的基本硬件，實(shí)現(xiàn)了硬件模塊的即插即用。軟件開發(fā)基于模塊化設(shè)計(jì)思想，并運(yùn)用了大量函數(shù)庫、類庫和動態(tài)鏈接庫，使代碼具有了良好的可重復(fù)性。系統(tǒng)組建用時(shí)短，功能更易拓展，軟硬件的開發(fā)、生產(chǎn)和維護(hù)的費(fèi)用低。 虛擬儀器的體系結(jié)構(gòu)通常測量儀器都具有的三大部分：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)測試和分析以及結(jié)果的輸出顯示。相同的是虛擬儀器也具有這三大部分，不同的是對于數(shù)據(jù)分析和結(jié)果輸出部分虛擬儀器是通過計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)完成的。只要具有一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就能構(gòu)成基于計(jì)算機(jī)的虛擬測量測試儀器。通常虛擬儀器具有的三部分：計(jì)算機(jī)、硬件接口電路以及軟件部分。 虛擬儀器的硬件構(gòu)成虛擬儀器硬件由硬件接口電路和計(jì)算機(jī)儀器構(gòu)成。作為虛擬儀器核心的計(jì)算機(jī)要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以及結(jié)果的顯示，而硬件接口電路要對被測量信號進(jìn)行采集、放大以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等工作，對于構(gòu)成不同的虛擬儀器接口總線，可分為下幾種方案。 虛擬儀器的硬件構(gòu)成框圖(1)數(shù)據(jù)采集卡，它的儀器硬件平臺是信號調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)和PC機(jī)，采用ISA或PCI計(jì)算機(jī)本身的總線，將DAQ插入PC機(jī)的總線擴(kuò)展插槽，因此又稱為PCDAQ/PCI插卡式虛擬儀器。(2)通用接口總線GPIB(General Purpose Interface Bus)接口，它的儀器硬件平臺是GPIB接口儀器、GPIB接口卡和PC機(jī)，GPIB的儀器操作界面具有獨(dú)立性，可脫離計(jì)算機(jī)使用，也可通過標(biāo)準(zhǔn)GPIB電纜連接到計(jì)算機(jī)實(shí)施程序控制。(3)串行口儀器，它的儀器硬件平臺是Serial標(biāo)準(zhǔn)總線儀器和PC機(jī)，符合RS422或者RS232標(biāo)準(zhǔn)的PLC和單片機(jī)系統(tǒng)。(4)VXI儀器，它的儀器硬件平臺是VXI(VME bus Extension for Instrumentation)標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊以和PC機(jī)，由主機(jī)箱、控制器和儀器模塊構(gòu)成。它包括嵌入式PC控制器、外置工作站控制器和嵌入式工作站控制器，選用時(shí)要根據(jù)測試功能的要求。(5)PXI儀器，它的硬件平臺是PXI(PCI Extension for Instrumentation)標(biāo)準(zhǔn)總線儀器模塊和PC機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的PXI模塊化儀器系統(tǒng)可以 Compact PCI交互操作，也可與VXI或GPIB集成，組成多用途、大規(guī)模系統(tǒng)。(6)現(xiàn)場總線，它的儀器硬件平臺是 Field Bus標(biāo)準(zhǔn)總線儀器和PC機(jī)。上述的幾種方案中，VXI、PXI、GPIB方案適合大型高精度測試系統(tǒng)。 串行口方案I、PCIDAQ/PC適合大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)測試系統(tǒng)。 虛擬儀器的軟件構(gòu)成軟件是虛擬儀器的核心技術(shù)，通過修改程序來實(shí)現(xiàn)不同功能的測量測試儀器，去滿足各種不同的需求?！败浖词莾x器”的意義就是軟件可被定義為各種儀器。使硬件軟件化，降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)功能及其靈活性。計(jì)算機(jī)易與網(wǎng)絡(luò)、外設(shè)和其他應(yīng)用連接，對于系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程傳送都很方便。我們只要利用數(shù)據(jù)采集電路或數(shù)據(jù)采集卡，就可以在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建新的儀器系統(tǒng)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)不同功能。從底層到頂層可分虛擬儀器系統(tǒng)的軟件可分為三個層次，分別是VISA庫、儀器驅(qū)動程序以及應(yīng)用程序。(1)VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)庫，VISA庫的實(shí)質(zhì)是標(biāo)準(zhǔn)的I/O函數(shù)庫以及相關(guān)規(guī)范的總稱，存在于儀器和儀器驅(qū)動程序之間，并為它們提供信息傳遞，是開放實(shí)現(xiàn)的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。(2)儀器驅(qū)動程序，數(shù)據(jù)的采集與控制要涉及到硬件操作，所以需要對應(yīng)的硬件驅(qū)動程序。驅(qū)動程序使儀器與通信軟件集合，連接應(yīng)用程序與VISA庫，每個儀器模塊都有其對應(yīng)的儀器驅(qū)動程序，用戶可方便的調(diào)用儀器驅(qū)動程序，而不必重新設(shè)計(jì)。(3)應(yīng)用軟件，它建立在儀器驅(qū)動程序之上，由用戶編寫，通過友好的測控操作界面和豐富的數(shù)據(jù)分析與處理來完成測控任務(wù)。 LabVIEW的概述LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境 (Laboratory virtual Instrument Engineering workbench)的簡稱，是目前發(fā)展最快、應(yīng)用最廣、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的普遍認(rèn)可和好評。它把復(fù)雜的文本語言簡化成用圖標(biāo)或菜單提示的方法選擇功能，利用線條把各種功能連接起來的編程方式，為用戶進(jìn)行編程、調(diào)試提供了方便的工具和環(huán)境。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源代碼級的設(shè)備驅(qū)動程序、多種多樣的分析和表達(dá)功能支持，為用戶快捷地構(gòu)筑自己在實(shí)際工程中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。而且LabVIEW相比其它計(jì)算機(jī)語言，有一個重要的不同點(diǎn):就是其它計(jì)算機(jī)語言都是采用文本語言產(chǎn)生代碼，而LabVIEW采用的是圖形化編程語言（G語言），以框圖的形式產(chǎn)生程序，簡單易學(xué)，可在短時(shí)間內(nèi)掌握并運(yùn)用到實(shí)踐中。從宏觀上講LabVIEW的運(yùn)行機(jī)制以不是傳統(tǒng)上的馮諾依曼的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)執(zhí)行方式。在LabVIEW中傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)語言順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)被并行機(jī)制代替：從本質(zhì)上看，它是圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式。按照數(shù)據(jù)流程序的設(shè)計(jì)規(guī)定，當(dāng)函數(shù)的所有輸入有效時(shí)才能夠執(zhí)行；而當(dāng)目標(biāo)輸出的功能完成時(shí)，它才是有效的。所以在這種數(shù)據(jù)流程序的概念中，數(shù)據(jù)驅(qū)動驅(qū)使程序執(zhí)行，它并不受到計(jì)算機(jī)、操作系統(tǒng)等因素影響。VI是LabVIEW的核心。VI擁有人機(jī)對話用戶界面，前面板(Front Panel)和程序圖(Diagram)。程序圖發(fā)指令前面板接收。在前面板中，輸入控件 (Controls)模擬儀器的輸入裝置并將數(shù)據(jù)提供給程序圖；顯示控件(Indicators)則模擬儀器的輸出裝置并顯示由程序圖獲得的數(shù)據(jù)。當(dāng)把一個顯示或輸入