最新基于labview的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-16 13:32 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)如圖22所示。圖22 數(shù)字信號(hào)的處理系統(tǒng) 采集卡硬件簡(jiǎn)介模擬信號(hào)在電腦無(wú)法直接識(shí)別，它不知道多大的模擬信號(hào)代表的是什么溫度，這個(gè)時(shí)候就需要采集卡，它所做的就是將電腦不識(shí)別的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電腦可識(shí)別的信號(hào)，實(shí)際上，就是一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器。本設(shè)計(jì)所選用的USB采集卡，是一款基于ST（意法半導(dǎo)體）公司STM32系列處理器全功能評(píng)估開(kāi)發(fā)板。該STM32開(kāi)發(fā)板具備豐富的硬件和軟件資源，抗干擾強(qiáng)，內(nèi)置過(guò)流過(guò)壓保護(hù)。它可以作為簡(jiǎn)單的USB采集板，可連接本設(shè)計(jì)所需要的傳感器：DS18B20數(shù)字溫度傳感器。多種開(kāi)發(fā)板供電方式。溫度采集設(shè)計(jì)是采用USB連接線供電，內(nèi)置500mA自恢復(fù)保險(xiǎn)絲，有效保護(hù)用戶USB接口和開(kāi)發(fā)板的硬件。 傳感器簡(jiǎn)介傳感器是跟外界溝通的渠道，它把外界的各種物理信息如光、壓力、溫度、聲音等物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。因?yàn)橹挥袑⑦@些信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)之后，才有被采集的可能。傳感器的任務(wù)就是把溫度數(shù)值轉(zhuǎn)換為模擬的電信號(hào)。本設(shè)計(jì)所使用的傳感器，直接采集需要的信息，不需要復(fù)雜的信號(hào)調(diào)理部分，故在設(shè)計(jì)中沒(méi)有特別描述。DS18B20是數(shù)字溫度傳感器，具有3引腳TO92小體積封裝形式，溫度測(cè)量范圍為： 55℃~ + 125℃，可編程為9位~ 12位 A/D 轉(zhuǎn)換精度，℃，℃。它采用單根信號(hào)線，既傳輸時(shí)鐘又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，具有節(jié)省I/O口線資源、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低、便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等諸多優(yōu)點(diǎn)。圖23是DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。圖23 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖用 STM32 驅(qū)動(dòng) DS18B20 的程序，其實(shí)是從51程序直接移植過(guò)來(lái)的。要驅(qū)動(dòng) DS18B20，主要的難點(diǎn)是在時(shí)序上，而且是us級(jí)的時(shí)序。使用STM32的定時(shí)器來(lái)做us級(jí)的定時(shí)，實(shí)踐證明是可行的，可以正常讀出DS18B20的溫度。需要一提的是，因?yàn)?1是雙向的I/O，所以作為輸入輸出都比較方便，不用去設(shè)置51的I/O口。但STM32就不同，需要設(shè)置STM32的I/O口的輸入或輸出狀態(tài)。移植程序的重點(diǎn)就在這里，其它方面就和51一樣。DS18B20復(fù)位過(guò)程為： STM32 將數(shù)據(jù)線拉低至少480us，然后釋放數(shù)據(jù)線，等待15~60us讓DS18B20 接收信號(hào)，DS18B20接收到信號(hào)后，會(huì)把數(shù)據(jù)線拉低60~240us，STM32檢測(cè)到數(shù)據(jù)線被拉低后標(biāo)識(shí)復(fù)位成功。因?yàn)橛布Y源和程序由他人提供支持，有關(guān)知識(shí)只做初步了解，故在此不做進(jìn)一步分析。復(fù)位時(shí)序、讀寫時(shí)序過(guò)程，分別如圖2圖25和圖26所示。圖24 復(fù)位時(shí)序圖25 讀時(shí)序圖26 寫時(shí)序根據(jù) DS18B20 的通訊協(xié)議，DS18B20只能作為從機(jī)，而STM32作為主機(jī)。STM32控制 DS18B20完成一次溫度轉(zhuǎn)換必須經(jīng)過(guò)3個(gè)步驟：（1）每一次讀寫之前都要對(duì)DS18B20進(jìn)行復(fù)位；（2）復(fù)位成功后發(fā)送一條ROM指令；（3）第三步是發(fā)送RAM指令，這樣才能進(jìn)行DS18B20的預(yù)定操作。因?yàn)镈S18B20內(nèi)部轉(zhuǎn)換溫度較緩慢，12位分辨率需要等待750ms才能轉(zhuǎn)換完成，所以需要等待轉(zhuǎn)換1000ms，即以1秒的速度采集溫度。在得到溫度值的低8位和高8位之后，就可以根據(jù)傳感器的實(shí)際算法，求出外部實(shí)際的溫度值[6]。3 軟件設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù) 數(shù)據(jù)庫(kù)簡(jiǎn)介 在本系統(tǒng)的應(yīng)用中，數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)最重要的信息來(lái)源和存儲(chǔ)地，它的好與壞關(guān)系到系統(tǒng)運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。對(duì)于小型數(shù)據(jù)的處理可以用Office系列的Access數(shù)據(jù)庫(kù)，其最大好處是在數(shù)據(jù)量比較小時(shí)，可以方便、快速的進(jìn)行各類數(shù)據(jù)的查詢和處理。SQL數(shù)據(jù)庫(kù)則用于大批量的數(shù)據(jù)庫(kù)。因?yàn)镾QL數(shù)據(jù)庫(kù)是在硬件上直接以簇保存的，在調(diào)用時(shí)直接保存在暫存中，這樣讀寫都可以迅速進(jìn)行。但是正因?yàn)樗谡{(diào)用時(shí)保存在暫存中，所以占用系統(tǒng)資源較多，會(huì)影響其他程序的執(zhí)行。 通過(guò)對(duì)比分析，本系統(tǒng)中可以應(yīng)用SQL語(yǔ)言調(diào)用Access數(shù)據(jù)庫(kù)，這樣充分利用了其方便的語(yǔ)言化編程和快速性、節(jié)省資源的特征。LabSQL與數(shù)據(jù)庫(kù)之間是通過(guò)ODBC連接，用戶需要在ODBC中指定數(shù)據(jù)源名稱和驅(qū)動(dòng)程序。因此在使用LabSQL之前，首先需要在Windows 操作系統(tǒng)中的ODBC數(shù)據(jù)源中創(chuàng)建一個(gè)DSN(data source name，數(shù)據(jù)源名)。LabSQL與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接就是建立在 DSN 基礎(chǔ)之上的[7]。其連接流程如圖31所示。圖31 LabSQL與數(shù)據(jù)庫(kù)連接框圖 數(shù)據(jù)庫(kù)相關(guān)程序設(shè)計(jì)創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)：通過(guò)Access軟件，創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)文件，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。操作過(guò)程是：新建一個(gè)空數(shù)據(jù)庫(kù)，在此數(shù)據(jù)庫(kù)中建立所需要的表，并設(shè)置表的內(nèi)容。表格內(nèi)容的創(chuàng)建如圖32所示。圖32 創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)表格內(nèi)容指定數(shù)據(jù)庫(kù)：是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)編程中某個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)位置的標(biāo)明，也就是說(shuō)它像指明燈一樣，引導(dǎo)相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)操作程序找到數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行后面的操作。操作過(guò)程是：指定并拆分路徑，再創(chuàng)建路徑，此時(shí)可以確定數(shù)據(jù)庫(kù)的位置，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的路徑進(jìn)行操作。因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)庫(kù)操作都是通過(guò)調(diào)用SQL語(yǔ)言進(jìn)行，所以需要轉(zhuǎn)換為字符串。詳細(xì)程序如圖33所示。圖33 指定數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的相關(guān)操作：所有的數(shù)據(jù)都要寫入數(shù)據(jù)庫(kù)或從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取，所以要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編程操作。打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)利用的是“打開(kāi)自動(dòng)化”函數(shù)，它也是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的一種集中處理方式。本系統(tǒng)中對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的所有操作都是應(yīng)用了自動(dòng)化函數(shù)，也是一些直接編寫成工具包的可以調(diào)用的子VI函數(shù)。數(shù)據(jù)路徑和打開(kāi)用戶名及密碼都是由“指定數(shù)據(jù)庫(kù)”函數(shù)提供。打開(kāi)數(shù)據(jù)庫(kù)后，寫入相應(yīng)的命令后直接進(jìn)行命令操作即可[8]。通過(guò)SQL ，通過(guò)數(shù)組函數(shù)，把數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容顯示在用戶管理面板中。完成命
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