【正文】 新快、方便與外設或網(wǎng)絡連接、系統(tǒng)開放。這些優(yōu)點使各國越來越重視虛擬儀器技術，近年來，虛擬儀器的發(fā)展迅速，在一些發(fā)達國家被普遍應用于測量、電信、監(jiān)控及教育等領域，現(xiàn)在正向著標準化、模塊化、網(wǎng)絡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)展中被很多領域所接受，推動了柔性測控系統(tǒng)的發(fā)展。 課題的國內外研究現(xiàn)狀虛擬儀器在國內外的發(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，以便使用者可以設計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非常實用，它采用的是圖形化編程方案；Labwindows/CVI是在Windows環(huán)境下的標準ANSIC開發(fā)軟件，它專為熟悉C語言的開發(fā)人員設計。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。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)廠商在測量結果的表達模式、數(shù)據(jù)處理等方面也進行了優(yōu)化，建立了開發(fā)工具庫和高級數(shù)據(jù)分析庫，這擴大了虛擬儀器的功能，使其能夠組建更加復雜的自動測控系統(tǒng)。國內部分院校實驗室已經(jīng)引入虛擬儀器，有國內專家預測：在未來的幾年里，我國虛擬儀器將占所有儀器的50%。隨微機技術的發(fā)展，虛擬儀器將取締傳統(tǒng)儀器成為主要的測試儀器。 課題研究的主要內容本文重點介紹使用LabVIEW開發(fā)環(huán)境來設計上位機的監(jiān)控界面，上位機通過USB轉RS232串行口與89E52單片機通信， DS18B20溫度傳感器讀取溫度數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對溫度參數(shù)的實時檢測。本文主要進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)的國內外發(fā)展概況及本論文的主要內容。(2)詳細介紹了虛擬儀器技術的概念、特點和體系結構，虛擬儀器開發(fā)軟件LabVIEW及圖形化編程語言的特點及應用現(xiàn)狀。(3)溫度檢測系統(tǒng)的設計思路及方案，對系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺進行選擇。(4)介紹智能溫度測控系統(tǒng)硬件組成，電烤箱的功率調節(jié)方式及各硬件電路的設計。(5)電烤箱溫度控制系統(tǒng)軟件整體設計方案，及上位機和下位機的設計過程。(6)對所做工作進行了總結，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技術和計算機技術的快速發(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算機儀器，即是在通用計算機上加上一組軟件或硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就像在操作一臺他自己設計的專用傳統(tǒng)電子儀器。實際上就是把計算機技術與一起技術結合起來，將傳統(tǒng)儀器的三大功能，都放在計算機上完成。利用友好的計算機界面可以容易的模擬出各種儀器的控制面板，并以各種形式表達輸出的檢測結果；利用計算機軟件實現(xiàn)多種信號分析、處理和存儲，完成多種測試功能；用計算機外設替代傳統(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。虛擬儀器利用計算機技術實現(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，達到了取代的目的。 虛擬儀器的主要特點相比傳統(tǒng)儀器，虛擬儀器有如下幾個主要特點(1)強調新概念—“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)或者人工智能應用在儀器的設計與集成上，從而提升了儀器的技術水平。另外，虛擬儀器通過豐富的計算機圖形做到了人機互交與界面友好。(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)絡化，與網(wǎng)絡及電腦設備互聯(lián)，具有方便、靈活的互聯(lián)性。網(wǎng)絡虛擬儀器隨網(wǎng)絡技術的發(fā)展逐步形成，這種新型虛擬儀器基于WEB技術，這使虛擬儀器變成了Inter網(wǎng)的一部分，可以方便的進行構建遠程測控系統(tǒng)，實現(xiàn)了測量、控制的網(wǎng)絡化。(4)虛擬儀器對硬軟件的制定具有開放的工業(yè)標準，并且采用模塊化結構，使系統(tǒng)具有了良好的擴展性和開放性。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，實現(xiàn)了硬件模塊的即插即用。軟件開發(fā)基于模塊化設計思想，并運用了大量函數(shù)庫、類庫和動態(tài)鏈接庫，使代碼具有了良好的可重復性。系統(tǒng)組建用時短，功能更易拓展，軟硬件的開發(fā)、生產(chǎn)和維護的費用低。 虛擬儀器的體系結構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)分析和結果輸出部分虛擬儀器是通過計算機軟件系統(tǒng)完成的。只要具有一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就能構成基于計算機的虛擬測量測試儀器。通常虛擬儀器具有的三部分：計算機、硬件接口電路以及軟件部分。 虛擬儀器的硬件構成虛擬儀器硬件由硬件接口電路和計算機儀器構成。作為虛擬儀器核心的計算機要對數(shù)據(jù)進行分析處理以及結果的顯示，而硬件接口電路要對被測量信號進行采集、放大以及模數(shù)轉換等工作，對于構成不同的虛擬儀器接口總線，可分為下幾種方案。 虛擬儀器的硬件構成框圖(1)數(shù)據(jù)采集卡，它的儀器硬件平臺是信號調理電路、數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)和PC機，采用ISA或PCI計算機本身的總線，將DAQ插入PC機的總線擴展插槽，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，GPIB的儀器操作界面具有獨立性，可脫離計算機使用，也可通過標準GPIB電纜連接到計算機實施程序控制。(3)串行口儀器，它的儀器硬件平臺是Serial標準總線儀器和PC機，符合RS422或者RS232標準的PLC和單片機系統(tǒng)。(4)VXI儀器，它的儀器硬件平臺是VXI(VME bus Extension for Instrumentation)標準總線儀器模塊以和PC機，由主機箱、控制器和儀器模塊構成。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)標準總線儀器模塊和PC機，標準的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標準總線儀器和PC機。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)絡測試系統(tǒng)。 虛擬儀器的軟件構成軟件是虛擬儀器的核心技術，通過修改程序來實現(xiàn)不同功能的測量測試儀器，去滿足各種不同的需求。“軟件即是儀器”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，增強系統(tǒng)功能及其靈活性。計算機易與網(wǎng)絡、外設和其他應用連接，對于系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)采集、遠程傳送都很方便。我們只要利用數(shù)據(jù)采集電路或數(shù)據(jù)采集卡，就可以在計算機上構建新的儀器系統(tǒng)，通過軟件編程實現(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、儀器驅動程序以及應用程序。(1)VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)庫，VISA庫的實質是標準的I/O函數(shù)庫以及相關規(guī)范的總稱，存在于儀器和儀器驅動程序之間，并為它們提供信息傳遞，是開放實現(xiàn)的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎與核心。(2)儀器驅動程序，數(shù)據(jù)的采集與控制要涉及到硬件操作，所以需要對應的硬件驅動程序。驅動程序使儀器與通信軟件集合，連接應用程序與VISA庫，每個儀器模塊都有其對應的儀器驅動程序，用戶可方便的調用儀器驅動程序，而不必重新設計。(3)應用軟件，它建立在儀器驅動程序之上，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。 LabVIEW的概述LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境 (Laboratory virtual Instrument Engineering workbench)的簡稱，是目前發(fā)展最快、應用最廣、功能最強的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。得到了學術界和工業(yè)界的普遍認可和好評。它把復雜的文本語言簡化成用圖標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，為用戶進行編程、調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備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構筑自己在實際工程中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎條件。而且LabVIEW相比其它計算機語言，有一個重要的不同點:就是其它計算機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，可在短時間內掌握并運用到實踐中。從宏觀上講LabVIEW的運行機制以不是傳統(tǒng)上的馮諾依曼的計算機體系結構執(zhí)行方式。在LabVIEW中傳統(tǒng)計算機語言順序執(zhí)行結構被并行機制代替：從本質上看，它是圖形控制流結構的數(shù)據(jù)流模式。按照數(shù)據(jù)流程序的設計規(guī)定，當函數(shù)的所有輸入有效時才能夠執(zhí)行；而當目標輸出的功能完成時，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)驅動驅使程序執(zhí)行，它并不受到計算機、操作系統(tǒng)等因素影響。VI是LabVIEW的核心。VI擁有人機對話用戶界面，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)。當把一個顯示或輸入