【正文】 章小結(jié)本章論述了系統(tǒng)設(shè)計方案確定過程，從系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)出發(fā)，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具體設(shè)定為溫度采集，在系統(tǒng)信號采集模塊選擇上由傳統(tǒng)A/D和D/A信號采集轉(zhuǎn)換為芯片內(nèi)部集成A/D模塊的傳感器，直接將采集到的溫度模擬信號量轉(zhuǎn)換數(shù)字信號量傳輸給單片機處理。DS18B20擁有64位ROM，低8位表示產(chǎn)品類型標(biāo)識，高8位表示低56位循環(huán)冗余校驗碼，中間48位表示序列號，可以實現(xiàn)一根總線掛多個DS18B20。具有采樣/保持、模數(shù)轉(zhuǎn)換、串口數(shù)據(jù)輸出功能，工作溫度范圍40℃～+85℃。 DS18B20介紹DS18B20作為測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集傳感器，采用即插即用元器件鏈接方式，便于數(shù)據(jù)采集，適應(yīng)性強，抗干擾能力強，精度高，測溫范圍55℃~+155℃，誤差為177。 數(shù)據(jù)采集的本質(zhì)是還原采集信號的真實值，不同類型的采集系統(tǒng)因采集模塊不同設(shè)計，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時總會顯示出較大差異。業(yè)內(nèi)人士根據(jù)市場需求統(tǒng)計預(yù)測，我國虛擬儀器行業(yè)的產(chǎn)值未來十年內(nèi)將超過儀器儀表行業(yè)總產(chǎn)值的50%。因此，由計算機控制配置控制模塊組成的測控系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)控制模塊單元通過各種總線互連實現(xiàn)信息的傳輸共享成為服務(wù)測控主流。在硬件結(jié)構(gòu)上包羅了各種總線結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制模塊，軟件上表現(xiàn)為NI公司推出的LabVIEW和LabWindows/CVI和HP公司打造的VEEE，他們在各自的領(lǐng)域服務(wù)并贏得了行業(yè)認(rèn)可[9]。GPIB總線標(biāo)準(zhǔn)確立后只需將傳統(tǒng)儀器通過GPIB和RS232連接至計算機端口，用戶就可以從測量儀器獲取數(shù)據(jù)，借助計算機平臺和虛擬儀器軟件工具來實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析處理與顯示。在機構(gòu)和功能上，虛擬儀器利用現(xiàn)代計算機技術(shù)，配置現(xiàn)代裁剪硬件和專用軟件，不僅具備普通儀器的基本功能，而且擁有一些普通儀器不具有的功能；在使用方面，虛擬儀器利用可視化的圖形開發(fā)環(huán)境，建立直觀、靈活、高效的虛擬儀器面板，可以有效地提高儀器使用效率[3]。然而，虛擬儀器只需在必要的數(shù)據(jù)采集硬件和通用計算機支持下，通過軟件設(shè)計實現(xiàn)儀器的全部功能變更。因此，對溫度的控制精度要求比較高的情況下，禁止出現(xiàn)溫度過沖現(xiàn)象，即不應(yīng)許實際溫度超過控制的目標(biāo)溫度，特別是隔熱效果較好的系統(tǒng)環(huán)境，溫度一旦出現(xiàn)過沖，將難以迅速實現(xiàn)溫度下降。溫度數(shù)據(jù)無處不在存在于周圍環(huán)境，溫度實時變化對我們生活、生產(chǎn)產(chǎn)生重要影響。系統(tǒng)設(shè)計具有實用價值，可以完成醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)研究、公共交通和活動場所等領(lǐng)域的溫度數(shù)據(jù)采集工作。本設(shè)計介紹了一種基于LabVIEW編程軟件數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案，該方案采用了DS18B20溫度傳感器作為溫度采集介質(zhì)，處理器STC89C52作為溫度采集模塊的控制芯片。系統(tǒng)設(shè)計具有實用價值，可以完成醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)研究、公共交通和活動場所等領(lǐng)域的溫度數(shù)據(jù)采集工作。為了促使生產(chǎn)系統(tǒng)與外界的熱能量交換盡可能的符合生產(chǎn)工藝要求，就需要采取控制技術(shù)來實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)部溫度處于一個相對穩(wěn)定理想值。具體到測量技術(shù)上是指在通用的計算機平臺上設(shè)計測試系統(tǒng)，用戶操作這臺計算機就可以對被測環(huán)境完成測試任務(wù)。 虛擬儀器介紹虛擬儀器的概念由美國儀器公司提出，在計算機基礎(chǔ)上通過增加相關(guān)硬件和軟件構(gòu)成，具有可視化界面的儀器，利用高性能的模塊化硬件設(shè)計，結(jié)合功能高效的軟件來完成數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析、數(shù)據(jù)顯示等物理功能。隨后，美國NI公司提出“軟件就是儀器”，開辟了虛擬儀器新方向。 虛擬儀器技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 國外發(fā)展情況虛擬儀器概念起源于上世紀(jì)80年代，由美國NI公司提出，一直成為發(fā)達(dá)國家自動測控領(lǐng)域研究的重點和應(yīng)用前沿。以計算機為主體，配置檢測裝置、執(zhí)行機構(gòu)與被控對象(生產(chǎn)過程)共同構(gòu)成計算機測控系統(tǒng)，系統(tǒng)中的計算機實現(xiàn)生產(chǎn)過程的檢測、監(jiān)督和控制功能，然而該系統(tǒng)通信協(xié)議不開放，檢控功能單一，因此這種測控系統(tǒng)是一個自封閉系統(tǒng)[11]。NI公司也已在2006年提出了“NI中國高校推廣計劃”，從而進(jìn)一步打開中國虛擬儀器發(fā)展市場。為了提高系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用能力，在設(shè)計過程中將采集信號設(shè)置為溫度。信號采集完成需要進(jìn)行信號分析處理，根據(jù)采樣信息和控制中心設(shè)置相應(yīng)的信號處理算法，控制中心根據(jù)算法結(jié)果做出一定決策來實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的最終目的。傳感器工作電壓3V~，濕度測量范圍2090%RH，溫度測量范圍050℃，運用于暖通空調(diào)、氣象站等。64位ROM及一線總線接口存儲器和控制器高速緩沖存儲器8位CRC生成器 溫度敏感元件低溫觸發(fā)器TL高溫觸發(fā)器TH配置寄存器電源檢測圖24 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 DS18B20內(nèi)部計數(shù)器1是一個對溫度影響小的低溫度系數(shù)產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號振蕩器，低溫時振蕩器的脈沖可以通過門電路，而當(dāng)?shù)竭_(dá)某一設(shè)置高溫時振蕩器的脈沖無法通過門電路。通過觀察表22 DS18B20采樣值與溫度關(guān)系可以發(fā)現(xiàn)一個十進(jìn)制和二進(jìn)制之間有很明顯的關(guān)系，就是把二進(jìn)制的高字節(jié)的低半字節(jié)和低字節(jié)的高半字節(jié)組成一個字節(jié)，這個字節(jié)的二進(jìn)制化為十進(jìn)制后，就是溫度值的百、十、個位值，而剩下的低字節(jié)的低半字節(jié)化成十進(jìn)制后，就是溫度值的小數(shù)部分。一般通用硬件平臺具有兩種基本功能分別為采集信號和產(chǎn)生信號，它們分別以實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換功能為核心，配置一定信號脈沖、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)I/O等功能，最終完成信號采集、產(chǎn)生、控制，完成模擬環(huán)境下數(shù)據(jù)測試。單片機與上位機傳送連接由高到低排序分別為：啟用終止符、終止符、超時、數(shù)據(jù)位（8位）、奇偶校驗位、錯誤輸入、停止位、流控制、錯誤輸出。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要電路 采用數(shù)字溫度芯片DS18B20測量溫度，輸出信號數(shù)字化，單總線傳輸。圖38 主電路 本章小結(jié)本章節(jié)主要進(jìn)行系統(tǒng)硬件設(shè)計，包括系統(tǒng)仿真和相關(guān)器件參數(shù)選擇。圖標(biāo)/連接器作為圖形化參數(shù)，具體表現(xiàn)為子VI調(diào)用。圖47 DS18B20的讀時序讀操作時單片機首先拉低總線至少1us，單片機釋放總線后，總線電平就由DS18B20器件決定，但DS18B20器件發(fā)出的數(shù)據(jù)僅能保持15us，所以單片機應(yīng)15us內(nèi)采樣總線電平。 圖49 主頁界面 前面板實時數(shù)據(jù)測控實時數(shù)據(jù)測控界面包括VISA設(shè)置、溫度報警限度設(shè)置、溫度數(shù)據(jù)顯示、溫度波形顯示、溫度計顯示、實時溫度數(shù)據(jù)顯示、溫度采集等。VISA配置串口VI主要有VISA資源名稱確認(rèn)、波特率設(shè)置為4800,、數(shù)據(jù)比特（8）以及奇偶（0）等，使VISA資源名稱指定的串口按特定設(shè)置初始化，通過連線數(shù)據(jù)至VISA資源名稱輸入端口可確定要使用的多態(tài)實例。圖52 二次測試記錄 ，具體如圖53所示。容易造成溫度測試參數(shù)被無關(guān)用戶刪除。在設(shè)計溫度采集模塊這一方面，剛開始我是通過以前買的面包板和散裝的電子元器件進(jìn)行模塊制造，但是最終沒能成功。此外，我也感謝電子發(fā)燒友這個平臺，為我提供了大量的資料，論壇里面的前輩們更是對我悉心指導(dǎo)，讓我獲益匪淺，讓我想起一句話“努力是自己的，成績是大家的”。最終匯聚成一句話：感謝你們一直支持我，不離不棄。 //然后拉高總線，如果DS18B20做出反應(yīng)會將在15us~60us后總線拉低 i=0。 //每寫入一位數(shù)據(jù)之前先把總線拉低1us i++。 unsigned int i,j。//延時6us等待數(shù)據(jù)穩(wěn)定 bi=DSPORT。 Ds18b20WriteByte(0xcc)。 unsigned char tmh,tml。 return temp。a)。 //保持時間 LCD1602_E = 0。 LCD1602_E = 0。 //使能清零 LCD1602_RS = 1。 //使能清零 LCD1602_RS = 1。 //寫入低四位 Lcd1602_Delay1ms(1)。 //清屏 LcdWriteCom(0x80)。void LcdDisplay(int)。 while(1) { LcdDisplay(Ds18b20ReadTemp())。//將接收到的數(shù)據(jù)放入到發(fā)送寄存器 while(!TI)。 temp=tp**100+。//將接收到的數(shù)據(jù)放入到發(fā)送寄存器 while(!TI)。 datas[3] = temp % 100 / 10。+datas[0]。039。 //個位 SBUF = 39。)。+datas[3])。039。 i6。 //計數(shù)器初始值設(shè)置，注意波特率是4800的 TL1=0XF3。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 //打開接收中斷// EA=1。//將接收到的數(shù)據(jù)放入到發(fā)送寄存器 while (!TI)。 //顯示小數(shù)點 SBUF = 39。039。.39。+datas[2]。//將接收到的數(shù)據(jù)放入到發(fā)送寄存器 while (!TI)。 //等待發(fā)送數(shù)據(jù)完成 TI = 0。 LcdWriteCom(0x82)。 //清除發(fā)送完成標(biāo)志位 tp=temp。 } else { LcdWriteCom(0x80)。 //清除發(fā)送完成標(biāo)志位 LcdWriteData(39。//1s鐘刷一次 puts(\n)。void main(){ UsartConfiguration()。 //將8位總線轉(zhuǎn)為4位總線 LcdWriteCom(0x28)。 //寫入時序 Lcd1602_Delay1ms(5)。 //選擇寫入 LCD1602_DATAPINS = dat。 //選擇寫入 LCD1602_DATAPINS = dat。 LCD1602_DATAPINS = 4。 //使能清零 LCD1602_RS = 0。 //使能 LCD1602_RS = 0。 for (。 //先寫入轉(zhuǎn)換命令 Ds18b20ReadTempCom()。 //溫度轉(zhuǎn)換命令// Delay1ms(100)。*/ byte=(byte1)|(bi7)。j0。0x01。 if(i5000)//等待5MS return 0?，F(xiàn)在即將揮別我的學(xué)校、老師、同學(xué)，還有我的大學(xué)生活，雖然依依不舍，但是對未來的路，我充滿了信心。時光匆匆飛逝，大學(xué)的努力與付出，隨著畢業(yè)設(shè)計的完成，給我的大學(xué)生涯劃下一個完美的句號。經(jīng)過一段時間學(xué)習(xí)和交流，我根據(jù)一些設(shè)計案例，慢慢模仿一些簡單的設(shè)計例子，在技術(shù)論壇中我認(rèn)識一位熟悉LabVIEW編程的前輩，她對我進(jìn)行了很多輔導(dǎo)，導(dǎo)致最終系統(tǒng)設(shè)計模塊確定下來。在后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)系統(tǒng)升級過程中需重點完成登錄界面功能，優(yōu)化測量程序和溫度采集模塊，減小溫度測量誤差。圖54 測試一致性驗證 ，驗證數(shù)據(jù)保存歷史記錄功能，具體如圖55。如圖413串口通訊程序框圖所示。實時溫度數(shù)據(jù)顯示主要是對溫度采集模塊進(jìn)行實時溫度顯示，與溫度數(shù)據(jù)顯示一致。KEIL C51是作為單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個開發(fā)流程。圖41 LabVIEW前面板結(jié)構(gòu)圖圖42 LabVIEW程序框圖 下位機程序設(shè)計 系統(tǒng)程序包括主程序、讀取溫度子程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序、顯示程序子程序等。在設(shè)計過程需要進(jìn)行元器件選擇，以免在硬件設(shè)計過程中出現(xiàn)設(shè)計缺陷。LCD 顯示DS18B20溫度傳感器電 源 電 路復(fù) 位 電 路時鐘振蕩電路89C52圖35 硬件結(jié)構(gòu)圖 DS18B20與單片機接口電路 ，向單片機傳送溫度測量值，1引腳接地，3引腳和數(shù)據(jù)端2引腳之間接一個電阻后接電源VCC，外接電阻主要是限流作用，防止電流過大燒毀傳感器，同時這樣實現(xiàn)對溫度的檢測，具體如圖36所示[13]。停止位進(jìn)行幀結(jié)束的停止位數(shù)量，奇偶校驗位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)校驗。 串口通訊串口通信是外設(shè)和計算機間，通過數(shù)據(jù)信號線、地線、控制線等，按位進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的一種通訊方式。表21 DS18B20采樣值與溫度關(guān)系二進(jìn)制0123456789ABCDEF十進(jìn)制0011233455667889表22 DS18B20采樣值與溫度關(guān)系二進(jìn)制采樣值十六進(jìn)制表示十進(jìn)制溫度/ ℃0000 0111 1101 000007D0H+1250000 0001 1001 00010191H+0000 0000 0000 00000000H01111 1110 0110 1111FE6FH1111 1100 1001 0000FC90H55例如：07D0H 7DH=125 溫度值125℃； 0191H 19H=25 1*= ℃； 0000H 溫度值為0； FE6FH 1110 0110 1111 取補為0001 1001 0001 (91H） ℃； FC90H 1100 1001 0000取補為0011 0111 0000（370H）37H=55 溫度值為55℃。計數(shù)器1和溫度寄存器預(yù)置為55℃時對應(yīng)相應(yīng)基數(shù)值，計數(shù)器1對低溫度系數(shù)晶振發(fā)出的固定頻率脈沖信號進(jìn)行減法計數(shù)處理，計數(shù)器1預(yù)設(shè)值減至0時且門電路未關(guān)閉，則溫度寄存器的值將+1（溫度高于55℃），同時計數(shù)