【正文】 陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 21 個指示燈均為綠色。 時間顯示部分，用于在前面板顯示當前系統(tǒng)時間。該系統(tǒng)由以下幾個部分組成：裝有 LabVIEW 軟件的計算機， MPC89E52 單片機，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，溫度傳感器 DS18B20。 ISP 為空間最大可為 4K，與應(yīng)用程序空間共享。 1 15 位看門狗， 8 位預(yù)分頻。 1能耗控制； IDLE 模式和掉電模式；掉電模式能被 。 內(nèi)嵌外部尋址 RAM(XDATA)： 256Byte。 單片機的 使用 MPC89E52AE單片機 應(yīng)用 本系統(tǒng)所用的是笙泉公司生產(chǎn)的 MPC89E52AE 單片機，它是一個低功耗，高性能8 位單片微型計算機，片內(nèi)含最大 4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫20210 次的 Flash 只讀程序存儲器，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)及 80C51 引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用 8 位中央處理器和 ISP Flash 存儲單元，功能強大的微型計算機的MPC89E52AE 可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 將 VISA 讀取的字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)字，從 VISA 緩沖區(qū)中讀取的是字符串，在這部分中分別從偏移量（第一個字節(jié)、第二個字節(jié)、第三個字節(jié)）位置截取三個子字符串（ ASCⅡ 碼），將子字符串送入轉(zhuǎn)換子 VI 中分別得到三個十六進制數(shù)字，再通過字符串整合控件，將三個十六進制數(shù)字整合成一個十六進制數(shù)值。 LabVIEW的程序框圖和各個部分的功能 前面板創(chuàng)建完畢后，便可使用圖形化的函數(shù)添加源代碼來控制前面板上的對象。 圖 溫度監(jiān)測系統(tǒng)前面板 前面板各個部分的具體功能介紹如下： 溫度記錄表和溫度實時顯示框，用于記錄溫度，必要時可以生成 Excel 表格永久保存。 圖 子 VI前面板和程序框圖 LabVIEW的前面板和各個部分的功能 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 前面板由輸入控件和顯示控件組成。 圖 VISA關(guān)閉控件 該控件的作用是關(guān)閉 VISA 資源名稱指定的設(shè)備會話句柄或事件對象，完成一次數(shù)據(jù)采集過程。 圖 VISA讀取控件 該控件的功能是從 VISA 資源名稱指定的設(shè)備或者借口中讀取指定數(shù)量的字節(jié)，并且使數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 ViRead， 從 VISA resource name 指定的設(shè)備讀出數(shù)據(jù)。每個 USB 設(shè)備都有各自的指令集。它比較特殊是雙向通信，并且把 0號端點所形成的數(shù)據(jù)流管道成為缺省管道。 USB設(shè)備 要為 USB 設(shè)備寫驅(qū)動程序就必須知道 USB 設(shè)備的架構(gòu)。它是最上層的軟件，只能看到像 USB設(shè)備發(fā)送的原始數(shù)據(jù)和從 USB 設(shè)備接收的最終數(shù)據(jù) ]6[ 。 圖 USB系統(tǒng)的分層 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 USB主機 在 USB 系統(tǒng)中只允許有一個主機，分為三個不同的功能模塊 :客戶軟件、系統(tǒng)軟件、USB 總線接口 。 USB 支持熱插拔和即用，所有 USB 設(shè)備均可隨時接入和拔離系統(tǒng)， USB 主機能夠動態(tài)地識別設(shè)備的狀態(tài)，并自動為的設(shè)備分配地址和配置參數(shù)。 PXI 是 PCI 在儀器領(lǐng)域的擴展，它將 PCI 總線技術(shù)發(fā)展成適合于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應(yīng)用的機械、電氣和軟 件規(guī)范，從而形成了新的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)傳輸速率一般為 250500Kbps，最高可達 1Mbps，傳輸距離不能大于 20m。在系統(tǒng)的整體設(shè)計中，軟件的設(shè)計是關(guān)鍵，也占大部分工作量。其中下位機部分主要完成溫度信號的采集以及溫度數(shù)據(jù)的輸出 。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 3 總體設(shè)計 系統(tǒng)實現(xiàn)的功能 本論文針對傳統(tǒng)檢測儀表功能由儀器廠商定義，與其它儀器設(shè)備的連接十分有限，圖形界面小，人工讀取數(shù)據(jù)信息量小，數(shù)據(jù)無法編輯、存儲，系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴展性差，技術(shù)更新慢，開發(fā)和維護費用較高的特點，設(shè)計了一個基于 LabVIEW 的溫度檢測系統(tǒng)。在 LabVIEW平臺下，可以實現(xiàn)多通道的高速測量和控制。圖形化程序設(shè)計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。在 VI的前面板中，輸入控件 (Controls)模擬了儀器的輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供給 VI的程序圖 :而顯示控件(Indicators)則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由程序圖獲得或產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的計算機語言中的順序執(zhí)行結(jié)構(gòu)在 LabVIEW中被并行機制所代替 ： 從本質(zhì)上講，它是一種圖形控制流結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)流模式。G語言編寫的程序稱為虛擬儀器 VI(Virtual Instrument)，因為它的界面和功能與真實儀器十分相像，在 LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應(yīng)用程序都以 VI為后綴的，以表示虛擬儀器的含義。它可以把復(fù)雜、繁瑣、費時的文本語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能 （ 圖形 ） ，用線條將各種功能 （ 圖形 ） 連接起來的簡單圖形編程方式，為沒有編程經(jīng)驗的用戶進行編程、調(diào)試提供了簡單方便、完整的環(huán)境和工具，尤其適合于從事科研、開發(fā)的科學(xué)家和工程技術(shù)人員使用。 VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)庫， VISA庫實質(zhì)是標準的 I/O函數(shù)庫及相關(guān)規(guī)范的總稱，它存在于儀器 (即 I/O接口設(shè)備 )與儀器驅(qū)動程序之間，是一個為儀器與儀器驅(qū)動提供信息傳遞的底層 軟件，是實現(xiàn)統(tǒng)一的、開放的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)與核心。上述的幾種方案中， GPIB、 VXI、 PXI方案主要適合構(gòu)成大型高精度測試系統(tǒng) 。 基于通用接口總線 GPIB(General Purpose Interface Bus)接口的虛擬儀器，它是以GPIB接口儀器、 GPIB接口卡以及 PC機為儀器硬件平 臺， GPIB儀器具有獨立的儀器操作界面，能夠脫離計算機使用，也可以通過標準 GPIB電纜連接計算機實施程序控制。系統(tǒng)組建時間縮短，功能易于擴展，軟硬件生產(chǎn)、維護和開發(fā)的費用降低。 虛擬儀器的功能可由用戶定義，虛擬儀器的功能可在用戶機上產(chǎn)生，從而使得儀器不再完全由硬件決定，徹底打破了傳統(tǒng)儀器一經(jīng)設(shè)計、制造完成后，其功能不可改變的單一性、封閉性。用計算機軟件實現(xiàn)各種各樣的信號分析、處理及存儲，完成多種多樣的測試功能 。 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。 在國內(nèi)己 有部分院校的實驗室引入了虛擬儀器 ,國內(nèi)專家預(yù)測 :未來幾年內(nèi)，我國將有 50%的儀器為虛擬儀器。美國斯坦福大學(xué)的機械工程系要求三、四年級的學(xué)生在做實驗時應(yīng)用虛擬儀器進行數(shù)據(jù)采集和實驗控制。用戶通過顯示器友好的圖形界面操作計算機，完成對被測量的數(shù)據(jù)采集、分析、處理、顯示、存儲等整套測試工作，如同操作一臺自行定義與設(shè)計的專用傳統(tǒng)儀器一樣。 MCU。 檢測在當今社會的許多工業(yè)中不和或缺，有些環(huán)境惡劣的地方更是離不開遠程的檢測系統(tǒng)。 LabVIEW 的通信模 塊 NIVISA 在 版本之后開始支持 USB 串口，使下位機與LabVIEW 通信時可以不通過數(shù)據(jù)采集卡接收下位機的監(jiān)測數(shù)據(jù)，使 LabVIEW 的靈活性和實用性更好，節(jié)約了硬件部分的成本。這種框架結(jié)構(gòu)決定了它只能由儀器廠家來定義、制造，而且功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶無法隨意改變其結(jié)構(gòu)和功能。 目前，電子測量儀器發(fā)展中出現(xiàn)的虛擬儀器概念己經(jīng)逐步被很多領(lǐng)域所接受，對實現(xiàn)柔性的測控系統(tǒng)具有明顯的推動作用。 LabVIEW采用的是圖形化編程方案，是非常實用的開發(fā)軟件； Labwindows/CVI 是為熟悉 C 語言的開發(fā)人員設(shè)計的、在 Windows 環(huán)境下的標準 ANSIC 開發(fā)軟件。虛擬儀器技術(shù)的提出與發(fā)展，標志著二十一世紀自動控制與電子測量儀器領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的一個重要方向。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2 虛擬儀器 概述 虛擬儀器的概念 隨著計算機技術(shù)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)儀器己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代測控系統(tǒng)的要求，美國國家儀器公司率先提出虛擬儀器的概念，它徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設(shè)計儀器系統(tǒng)，以滿足多樣化的需求。 虛擬儀器的主要特點 虛擬儀器是計算機技術(shù)介入儀器領(lǐng)域所形成的一種新型的富有生命力的儀器種類。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)形成網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器，它是一種基于 Web技術(shù)的新型虛擬儀器，使得虛擬儀器成為 Inter的一部分，可方便地構(gòu)建遠程自動測控系統(tǒng)，實現(xiàn)測量、控制過程的網(wǎng)絡(luò)化。只要提供一定的數(shù)據(jù)采集硬件，就構(gòu)成了基于計算機組成的虛擬測量測試儀器。其中，控制其安裝在零號槽中，稱為零槽控制器。軟件可以定義為各種儀器，可以說 “軟件即是儀器 ”。 應(yīng)用軟件，它是建立在儀器驅(qū)動程序之上，需由用戶自己編寫，通過提供直接友好的測控操作界面，豐富的數(shù)據(jù)分析與處理功能來完成自動測控任務(wù)。特別是對于熟悉儀器結(jié)構(gòu)和硬件電路的硬件工程師、工程技術(shù)人員和測試技術(shù)人員來說，編程就像設(shè)計電路圖一樣；因此，硬件工程師、工程技術(shù)人員和測試技術(shù)人員們學(xué)習(xí) LabVIEW駕輕就熟，在較短的時間內(nèi)就能 夠?qū)W會并應(yīng)用 LabVIEW，也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。用戶可以將一個應(yīng)用分解為多個任務(wù)，再將任務(wù)細分，將一個復(fù)雜的應(yīng)用分解為多個簡單的子任務(wù)，為每個子任務(wù)建立一個 VI，然后把這些 VI組合在一起成為最終的應(yīng)用程序。這樣， LabVIEW中被連接的功能節(jié)點之間的數(shù)據(jù)流就能控制 程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。首先，從功能菜單中選擇需要的功能節(jié)點，將之置于面板上合適的位置；然后用線 (Wires)連接各功能節(jié)點在程序圖中的端口，用來在功能節(jié)點之間傳輸數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)設(shè)計中協(xié)調(diào)使用 LabVIEW，共享軟件及信息資源，可以節(jié)約大量的時間和金 錢。 LabVIEW系列產(chǎn)品，包括用于 可靠、確定性控制的實時 LabVIEW (LabVIEW RT)軟件，能夠快速、準確的建立起功能強大的機器監(jiān)視和自動控制應(yīng)用程序。 溫度實時監(jiān)測曲線顯示，而且具有數(shù)字顯示和波形圖顯示。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 總體設(shè)計框圖 本章小結(jié) 本章主要討 論了溫度檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，幾乎所有計算機都配有 RS232 總線接口。 VXI 總線是“用于儀器的 VME 總線擴展”的簡稱。而且價格昂貴，尤其是 VXI 總線，不適用于低成本的場合。由于 USB 總線具有傳輸速度高，擴展性好，連接方便等眾多優(yōu)點，而且價格適中，非常適合本設(shè)計的 溫度檢測 系統(tǒng)，因此我們采用了 USB 總線作為系統(tǒng)的通信方式 ]4[ 。它一般包括 USB 設(shè)備驅(qū)動程序和界面應(yīng)用程序兩部分。它一般包括 USB 總線驅(qū)動程序、 USB 主控制器驅(qū)動程序和非USB 主機軟件三部分這些軟件通常由操作系統(tǒng)提供，所以這部分不是重點。其中 SIE、端點、接 口都是 USB 設(shè)備的組成單元。 NIVISA 概述 N1VISA簡介 VISA(Virtual Instrument Software Architecture)是一個用來與各種儀器總線進行通訊的高級應(yīng)用編程接口（ API）。 USB INSTR 設(shè)備是符合USBTMC 協(xié)議的 USB 設(shè)備 ， 可以通過使用 USB INSTR 類函數(shù)控制 ,通信時無需配置NIVISA； 而 USB RAW 設(shè)備是指除了明確符合 USBTMC 規(guī)格的儀器之外的任何 USB設(shè)備 ,通信時要配置 NIVISA。 圖 USB設(shè)備讀寫框圖 LabVIEW2021 中串口的配置 VISA 配置串口控件如圖 所示。按位合并緩沖區(qū)屏蔽可同時刷新多個緩沖區(qū)。應(yīng)用 labview的圖標（即儀器驅(qū)動程序）設(shè)置串口，讀串口里的數(shù)據(jù)。顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置。程序運行前，首先要選擇下位機 的連接端口，才可以從下位機讀取溫度檢測數(shù)據(jù)。 本程序的程序框圖如圖 所示。 溫度 檢測報警系統(tǒng)，實時溫度值與溫度設(shè)定值比較，當布爾量為 F 時，綠燈亮，當布爾量為 T 時紅燈亮，實現(xiàn)實時報警功能。 采用 80C51 內(nèi)核。 8 個中斷源， 4 級優(yōu)先級。 沈陽理工大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 25 1芯片內(nèi)程序 /數(shù)據(jù) FLASH 存儲器：