【正文】 理、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域。 課題的來源及研究內(nèi)容 本文利用 LabVIEW 軟件設(shè)計并實現(xiàn)一個溫濕度監(jiān) 控 系統(tǒng)，實現(xiàn)溫濕度的測量和顯示 和控制 。如果工作不再設(shè)定值之內(nèi)，將會產(chǎn)生報警，在前面板將會有報警信號提示，同時在下位機將會有報警信號，同時將驅(qū)動相應(yīng)的電路控制風(fēng)扇和加濕器工作，使庫房的溫濕度能夠工作在我們設(shè)定的理想狀態(tài)。 虛擬儀器的概念及系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 所謂虛擬儀器， 就是在以計算機為核心的硬件平臺上，其功能由用戶設(shè)計和定義，具有虛擬面板，其測量功能由測量軟件實現(xiàn)的一種計算機儀器系統(tǒng)。 表 21 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對比 傳統(tǒng)儀器 虛擬儀器 功能由儀器廠商定義 功能由用戶自己定義 與其他儀器連接有限 可 方便的與網(wǎng)絡(luò)外設(shè)及多種儀器連接 圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)信息量小 界面圖形化，計算機直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理 數(shù)據(jù)無法編輯 數(shù)據(jù)可編輯、存儲、打印 硬件是關(guān)鍵部分 軟件是關(guān)鍵部分 價格昂貴 價格低廉 系統(tǒng)封閉、功能固定，可擴展性差 基于計算機技術(shù)開發(fā)的功能模塊可構(gòu)成多種儀器 技術(shù)更新慢 技術(shù)更新快 LabVIEW 軟件介紹 LabVIEW 是實驗室虛擬儀器集成開發(fā)平臺的簡稱，它是目前國際上應(yīng)用最廣泛的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境之一，它是主要用于開發(fā)數(shù)據(jù)檢測、數(shù)據(jù)測量采集系統(tǒng)、工業(yè)自動控制系 統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等領(lǐng)域的專用軟件開發(fā)平臺。 LabVIEW 語言具有豐富的擴展函數(shù)庫，集成了大量的生成圖形界面的模板，如各種表頭、旋鈕、開關(guān)、 LED指示燈、圖表等，界面直觀、形象，相對于傳統(tǒng)的編程方式而言，它簡單易學(xué)而且執(zhí)行效率高，與傳統(tǒng)的編程方式比，使用LabVIEW 設(shè)計的虛擬儀器，可以提高效率 410 倍。在 VI 的前面板中，空間模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給 VI 的框圖；而指示器則模擬了儀器的輸 出裝置并顯示由方框圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。 LabVIEW 軟件的組成 一個完整的 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境包括基本模塊和擴展模塊兩部分，引擎部分是整個圖形化開發(fā)環(huán)境的核心，包括編輯模塊、運行模塊和調(diào)試模塊。 LabVIEW 軟件的優(yōu)勢及實現(xiàn)監(jiān)測功能的可行性 簡單的方案使得可以很方便的使用 LabVIEW，因為它使用可視化技術(shù)建立人機界面，提供了大量儀器面板中的控制對象。 LabVIEW 擁有大量 NI公司或第三方公司提 供的支持軟件。 設(shè)計方案 該系統(tǒng)整體上分為三大部分：一部分為基本的硬件電路；二是檢測部分電路；三是上位機現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理和管理 ． 在 庫房 的關(guān)鍵部分設(shè)置溫度 傳感器 （ DSl8B20）濕度傳感器 （ HSll01） ， 利用 Dsllas 公司的單總線協(xié)議 和 單線檢測信號將溫濕度的值送到單片機進行相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過串口通信，將溫濕度的檢測值經(jīng)過RS232 送到計算機上，然后經(jīng)過 DAQ 數(shù)據(jù)采集將數(shù)據(jù)送到 LabVIEW， LabVIEW 將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)處理程序進行數(shù)據(jù)的處理，然后將數(shù)據(jù)送到報警程序與 設(shè)定值進行比較，在設(shè)定值之間將在 LabVIEW 前面顯示工作正常。當(dāng)數(shù)據(jù)進入計算機后，在 LabVIEW 平臺上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、溫濕度控制子程序輸出系統(tǒng)控制信號，并通過計算機 I/O 接口輸出 ； 輸出信號驅(qū)動相應(yīng)的驅(qū)動電路，分別控制加熱電路及風(fēng)扇電路，實現(xiàn)對 庫房 溫、濕度的實時監(jiān)測及控制 。 第 四 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 硬件設(shè)計原理 下位機的硬件設(shè)計主要是依據(jù)單片機 [8]，所以要進行數(shù)據(jù)的采集，溫度的采集用 DS18B20 進行溫度數(shù)據(jù)的采集，濕度的數(shù)據(jù)采集用 HS1101 元件，將采集的數(shù)據(jù)送到單片機 STC89C52 進行數(shù)據(jù)的處理，處理后經(jīng)數(shù)據(jù)送到 1602A 顯示出當(dāng)前的溫濕度，和溫濕度的報警的上下限，并將溫濕度的數(shù)據(jù)送到上位機 LabVIEW進行數(shù)據(jù)的處理，當(dāng)超過溫濕度的上限或者低于溫濕度的下限時，上位機發(fā)出信號控制下位機的風(fēng)扇或者加熱器進行工作，保持 庫房 的 溫濕度達到我們需要的范圍。 （ 2） 8K字節(jié)可重復(fù)擦寫。 其特性如下： （ 1）獨特的單線接口方式，只需一個接口引腳即可通信； （ 2）每一個 DS18B20 都有一個唯一的 64位 ROM 序列碼； （ 3）在使用中不需要任何外圍元件； （ 4）可使用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍： +～ +； （ 5）測溫范圍： — 55℃～ +125℃ ,在 — 10℃～ +85℃范圍內(nèi)精度為177。電源接反不會燒毀，但不能工作。有關(guān)連接的細節(jié)見“寄生電源”一節(jié)。 其 特點：全互換性在標(biāo)準環(huán)境下不需校正 長時間飽和下快速脫濕 可以自動化焊接，包括波峰焊或水浸 高可靠性與長時間穩(wěn)定性 專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu) 可用于線性電壓或頻率輸出回爐 最大參數(shù)值（ Ta=25℃ 除非特別標(biāo)定） 工作溫度 Ta 40～ 100 ℃ 儲存溫度 Tstg 40～ 125℃ 其系統(tǒng)參數(shù)特性如下：測量范圍是 3~99%RH，電源電壓 DC 5V（ max7V），等效電容 175~185PF（ %RH， 10KHz），恢復(fù)時間 10s，濕度遲滯177。將電容的變化量準確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C易于接受的信號，常用兩種方法：一是將該 濕敏電容 置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所 產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之呈反比的電壓頻率信號。 表 44 接口信號 編號 符號 引腳說明 編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù) /命令選擇端（ H/L) 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀 /寫選擇端（ H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負極 ： （ 1） 顯示模式設(shè)置如下表 45所示。 圖 42 溫度采集電路 濕度采集原理及電路 原理分析： 電源電壓工作范圍是 UCC=+～ +12V。當(dāng) RH=55％時 ， f=6660Hz。 經(jīng)過 t1 時間后濕敏電容的壓降 Uc 就被充電到TLC55 的高觸發(fā)電平 (Uh=)，使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)， OUT的輸出變成低電平 。 濕度采集電路如下圖 43所示。 PC機中一般都有現(xiàn)成的 1～ 2個標(biāo)準 RS232C串行口，利用這些串行口， PC機可以與單片機進行數(shù)據(jù)通訊，通訊距離可達 15m左右。 本系統(tǒng)選用 MAX232AESE芯片完成電平間的轉(zhuǎn)換。 10V電壓，所以采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只要單一的 +5V電源。 +C10 . 1 u F+C3 0 . 1 u F+C20 . 1 u F+C50 . 1 u F+ C40 . 1 u FV C C162738495R 2 I N8R 1 I N13T 2 O U T7T 1 O U T14C A P 2 5C A P 2 +4C A 6G N D15R 2 O U T9R 1 O U T10T 2 I N12T 1 I N11C A P 1 3C A P 1 +1C A P +2V C C16M A X 2 3 2S E R 1S E R 2162738495 圖 44 MAX232接口電路 第 五 章 下位機設(shè)計 溫度傳感器 DS18B20 程序設(shè)計 DS18B20 是在一根 I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴格的時序要求。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進行寫命令后，主機需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。設(shè)計的程序如下所示： void send_init() { TMOD=0x20。 //定時器開始計數(shù) REN=1。 //開總中斷 ES=1。 開 始串 口 初 始 化讀 串 口顯 示 數(shù) 據(jù)濾 波數(shù) 據(jù) 保 存 圖 61 上位機 LabVIEW程序設(shè)計流程圖 溫濕度平均值的計算 在 庫房 中，經(jīng)常需要知道所測溫度的平均值及實時溫度與平均值之間的偏差以便更好的控制溫度，從而使它能夠更好的影響產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量。 ，它可用來改善疊加的信噪比。 圖 62平均值 VI LabVIEW 中溫濕度串口通訊 簡介 串行通信端口 (Serial Communication Port)在系統(tǒng)控制的范疇中一直占有極重要的位置，不僅沒有因為時代的進步而淘汰，反而是在規(guī)格上越來越向其極限挑戰(zhàn)。新一代的計算機均以 9 針的接頭接出所有的 RS232 通信端口。 終端與計算機之間或者計算機與計算機之間進行交換信息時，除了采用并行通訊方式之外，還經(jīng)常采用串行通訊方式。 （ 1）同步通訊和異步通訊 串行通訊分為同步傳送和異步傳送兩種方式： 同步傳送方式要求通信雙方以相同的速率進行，而且要準確地協(xié)調(diào)。為了能夠?qū)崿F(xiàn)通信，雙方必須都遵循異步通信協(xié)議。 DTE 既可以是一臺計算機，也可以是一臺只接收數(shù)據(jù)的打印機。波特率定義為每秒鐘傳送二進制數(shù)碼的位數(shù)，以位 /秒（ bit/s）為單位，亦稱“波特”。其報警模塊程序后面板如圖 65所示。 圖 67上位機主程序前面板 圖 68上位機主程序后面板 第 七 章 系統(tǒng)的仿真與調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試 整個溫度測控系統(tǒng)的主界面只有一個屏，它充分利用了計算機在運算、顯示、存儲、回放、調(diào)用等方面的功能構(gòu)成了一臺從外觀到功能都完全與傳統(tǒng)硬件儀器相同，同時又充分結(jié)合 PC機優(yōu)點的全新儀器系統(tǒng)。 由于條件與時間限制，本次設(shè)計 所以調(diào)試都是在模擬的條件下進行的，通過產(chǎn)生隨機溫度 可以很直觀的看到整個溫度數(shù)據(jù)分布的情況。 圖 71 溫度報警后面板 圖 72溫濕度報警前面板 圖 73溫濕度報警前面板 根據(jù)測試，系統(tǒng)可以正確的判斷溫濕度，并實施報警。 圖 74 隨機溫度的產(chǎn)生程序 圖 75隨機溫度的變化波形 利用隨機數(shù)產(chǎn)生一個 4060的濕度，進行 調(diào)試 圖 76 隨機濕度的產(chǎn) 生程序 圖 77濕度的變化波形 圖 78 溫濕度的變化波形圖 溫度濾波測試 溫度測試也是采用產(chǎn)生的 模擬溫度 進行測試。 圖 712 報表格式 生成報表如圖 713 所示。同時風(fēng)扇和加熱器對于溫度與濕度的調(diào)節(jié)作用不強，所以將改用空調(diào)與加濕器進行調(diào)節(jié)溫濕度。 //定義 1602 端口 sbit DQ = P3^6。 sbit key3=P1^0。 sbit a=P1^4。 uint t,temp,flag。 void send_init() { TMOD=0x20。 //定時器開始計數(shù) REN=1。 //開總中斷 ES=1。x) for(y=125。 } void write_(uchar ) { rs=0。 lcden