【正文】 T 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(jī)設(shè)計(jì) 溫度傳感器 DS18B20 程序設(shè)計(jì) DS18B20 是在一根 I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對(duì)讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時(shí)序要求。MAX232AESE芯片引腳 T1IN、 T2IN、 R1OUT、 R2OUT接 TTL電平，引腳 T1OUT、 T2OUT，R1IN、 R2IN為 EIA電平。 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。 MAX232AESE是 MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗、單電源（ +5V）的雙 RS232C發(fā)送器與接收器 [12]。 本系統(tǒng)選用 MAX232AESE芯片完成電平間的轉(zhuǎn)換。但是，由于單 片機(jī)的串行口不是標(biāo)準(zhǔn)的 RS232C接口，它接收發(fā)送的電平是 TTL電平。 PC機(jī)中一般都有現(xiàn)成的 1～ 2個(gè)標(biāo)準(zhǔn) RS232C串行口，利用這些串行口， PC機(jī)可以與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，通訊距離可達(dá) 15m左右。由于其聯(lián)線少、成本低、有多種可供選擇的傳送速率，并遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而得到廣泛的應(yīng)用。 濕度采集電路如下圖 43所示。 經(jīng)過 t2 時(shí)間后， Uc降到低觸發(fā)電平 (Ul=)，內(nèi)部比較器再次翻轉(zhuǎn)，使 OUT 端的輸出變成高電平 。 經(jīng)過 t1 時(shí)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 。 R3 為輸出端的限流電阻，起保護(hù)作用 。當(dāng) RH=55％時(shí) ， f=6660Hz。 配上 HSll01 和電阻 R R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對(duì)濕度值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出 。 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。 S=0 當(dāng)寫一個(gè)字符，整屏顯示不移動(dòng) （ 2） 數(shù)據(jù) 控制區(qū)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)數(shù)據(jù) 地址指針，用戶可以通過它們來訪問內(nèi)部的全部的 80字節(jié) RAM 其數(shù)據(jù)指針的設(shè)置如下表 46 所示。 表 44 接口信號(hào) 編號(hào) 符號(hào) 引腳說明 編號(hào) 符號(hào) 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(hào) 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(hào) 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(fù)極 ： （ 1） 顯示模式設(shè)置如下表 45所示。 表 42 濕度與頻率的典型值 濕度（ %RH） 頻率（ Hz） 濕度（ %RH） 頻率（ Hz） 0 7351 60 6600 10 7224 70 6468 20 7100 80 6330 30 6976 90 6186 40 6853 100 6033 50 6728 液晶 1602A 介紹 [11] 43所示。將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號(hào)，常用兩種方法：一是將該 濕敏電容 置于運(yùn)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(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；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(hào)。 1%RH。 其 特點(diǎn)：全互換性在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下不需校正 長(zhǎng)時(shí)間飽和下快速脫濕 可以自動(dòng)化焊接，包括波峰焊或水浸 高可靠性與長(zhǎng)時(shí)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(chǔ)存溫度 Tstg 40～ 125℃ 其系統(tǒng)參數(shù)特性如下：測(cè)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(shí)間 10s，濕度遲滯177?？梢詰?yīng)用于辦 公自動(dòng)化，車廂內(nèi)空氣質(zhì)量控制，家電，工業(yè)控制系統(tǒng)等。有關(guān)連接的細(xì)節(jié)見“寄生電源”一節(jié)。 表 41引腳說明 引腳 8腳SOIC 引腳PR35 符號(hào) 說明 5 1 GND 地 4 2 DQ 單線運(yùn)用的數(shù)據(jù)輸入 /輸出引腳：漏極開路見“寄生電源”一節(jié)。電源接反不會(huì)燒毀，但不能工作。等效的華氏溫度范圍 — 67℉～ +257℉； （ 6）通過編程可實(shí)現(xiàn) 9~12 位的數(shù)字讀書方式。 其特性如下： （ 1）獨(dú)特的單線接口方式，只需一個(gè)接口引腳即可通信； （ 2）每一個(gè) DS18B20 都有一個(gè)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(cè)溫范圍： — 55℃～ +125℃ ,在 — 10℃～ +85℃范圍內(nèi)精度為177。 DS18B20 是世界上第一片支持單總線接口的溫度傳感器 [9]，單總線獨(dú)特而其經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，使用戶可以輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念。 （ 2） 8K字節(jié)可重復(fù)擦寫。 圖 41工作框圖 D S 1 8 B 2 0 檢測(cè) 數(shù) 據(jù)H S 1 1 0 1 檢 測(cè)數(shù) 據(jù)R S 2 3 2單 片 機(jī)1 6 0 2 A上 位 機(jī)M A X 2 3 2 主要器件介紹 STC89C52 介紹 STC89C52 是美國(guó) ATMEL 公司 生產(chǎn) 的低 電壓 [9]，高性能 CMOS 的 8位單片機(jī)，片內(nèi)含有 8K bytes 的可反復(fù)檫寫的只讀程序存儲(chǔ)器 和 256 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， 器件采用 ATMEL公司的高密度，非意識(shí)性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn) MCS51指令系統(tǒng)及 8052 系列殘品引腳兼容，片內(nèi)置通用的 8位中央處理器和 Flash 存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大 STC89C52 單片機(jī)適用于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。 第 四 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì)原理 下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)主要是依據(jù)單片機(jī) [8]，所以要進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，溫度的采集用 DS18B20 進(jìn)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(jī) STC89C52 進(jìn)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(bào)警的上下限，并將溫濕度的數(shù)據(jù)送到上位機(jī) LabVIEW進(jìn)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(shí)，上位機(jī)發(fā)出信號(hào)控制下位機(jī)的風(fēng)扇或者加熱器進(jìn)行工作，保持 庫(kù)房 的 溫濕度達(dá)到我們需要的范圍。同時(shí)在前面板 實(shí)時(shí) 顯示 輸出溫度、濕度控制曲線。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在 LabVIEW 平臺(tái)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(hào)，并通過計(jì)算機(jī) I/O 接口輸出 ； 輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，分別控制加熱電路及風(fēng)扇電路，實(shí)現(xiàn)對(duì) 庫(kù)房 溫、濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制 。 設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)的任務(wù)與目標(biāo) 設(shè)計(jì)的任務(wù)主要實(shí)現(xiàn)庫(kù)房溫濕度的測(cè)量與控制。 設(shè)計(jì)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(cè)部分電路；三是上位機(jī)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理和管理 ． 在 庫(kù)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(cè)信號(hào)將溫濕度的值送到單片機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后經(jīng)過串口通信，將溫濕度的檢測(cè)值經(jīng)過RS232 送到計(jì)算機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，然后將數(shù)據(jù)送到報(bào)警程序與 設(shè)定值進(jìn)行比較，在設(shè)定值之間將在 LabVIEW 前面顯示工作正常。本次的設(shè)計(jì)是基于 LabVIEW 來進(jìn)行設(shè)計(jì)的，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送到上位機(jī) LabVIEW 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這樣就會(huì)減少單片機(jī)的處理數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)，而且在 LabVIEW 的圖形界面可以看的很清楚，數(shù)據(jù)的變化過程，比較方便。 LabVIEW 擁有大量 NI公司或第三方公司提 供的支持軟件。 先進(jìn)的 ActiveX 技術(shù)融合了簡(jiǎn)單的拖放編程方法，儀器控制和數(shù)據(jù)采集免得非常簡(jiǎn)單。 LabVIEW 軟件的優(yōu)勢(shì)及實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)功能的可行性 簡(jiǎn)單的方案使得可以很方便的使用 LabVIEW，因?yàn)樗褂每梢暬夹g(shù)建立人機(jī)界面，提供了大量?jī)x器面板中的控制對(duì)象。 程序 VI 由一個(gè)前面板，程序流程圖和 一個(gè)接口板組成。 LabVIEW 軟件的組成 一個(gè)完整的 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境包括基本模塊和擴(kuò)展模塊兩部分，引擎部分是整個(gè)圖形化開發(fā)環(huán)境的核心，包括編輯模塊、運(yùn)行模塊和調(diào)試模塊。我們可以將之用于頂層程序，也可用作其他程序或子程序的子程序。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)。 VI 有一個(gè)人機(jī)對(duì)話的用戶界面 — 前面板和類似于源代碼功能的方框圖。 LabVIEW 語(yǔ)言具有豐富的擴(kuò)展函數(shù)庫(kù)，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(duì)于傳統(tǒng)的編程方式而言，它簡(jiǎn)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(jì)的虛擬儀器，可以提高效率 410 倍。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語(yǔ)言用文本語(yǔ)言編程，程序的執(zhí)行依賴于文本所描述的指令；而 LabVIEW 使用圖形語(yǔ)言以框圖的形式編寫程序。 表 21 傳統(tǒng)儀器和虛擬儀器的對(duì)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(jì)算機(jī)直接讀取數(shù)據(jù)并分析處理 數(shù)據(jù)無(wú)法編輯 數(shù)據(jù)可編輯、存儲(chǔ)、打印 硬件是關(guān)鍵部分 軟件是關(guān)鍵部分 價(jià)格昂貴 價(jià)格低廉 系統(tǒng)封閉、功能固定，可擴(kuò)展性差 基于計(jì)算機(jī)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(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成開發(fā)平臺(tái)的簡(jiǎn)稱，它是目前國(guó)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(cè)、數(shù)據(jù)測(cè)量采集系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)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(tái)。利用 I/O 接口設(shè)備完成信號(hào)的采集、測(cè)量與調(diào)理，從而完成各種功能的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng) 。 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(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上，其功能由用戶設(shè)計(jì)和定義，具有虛擬面板，其測(cè)量功能由測(cè)量軟件實(shí)現(xiàn)的一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)。隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用，新的測(cè)量理論、新的測(cè)量方法、新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)。如果工作不再設(shè)定值之內(nèi)，將會(huì)產(chǎn)生報(bào)警，在前面板將會(huì)有報(bào)警信號(hào)提示，同時(shí)在下位機(jī)將會(huì)有報(bào)警信號(hào)，同時(shí)將驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的電路控制風(fēng)扇和加濕器工作，使庫(kù)房的溫濕度能夠工作在我們?cè)O(shè)定的理想狀態(tài)。本課題的研究?jī)?nèi)容就是利用虛擬儀