【正文】 X232計算機LabVIEW程序RXDTXDRXDTXD圖22 總體方案方框圖狀態(tài)顯示第3章 下位機硬件和軟件的設(shè)計系統(tǒng)下位機的功能是由硬件電路配合軟件來共同實現(xiàn)的，硬件主要由傳感器、單片機控制部分、電源電路、串口通訊、狀態(tài)顯示等幾個模塊組成；軟件主要用來完成各種實質(zhì)性的功能，如溫度采集、數(shù)據(jù)計算處理、顯示和通訊等。單片機完成一次溫度數(shù)據(jù)采集后，將數(shù)據(jù)發(fā)送到串口，計算機接收溫度數(shù)據(jù)，進行格式轉(zhuǎn)換后，顯示在表格和曲線圖中，并對溫度數(shù)據(jù)進行一些簡單的處理，如溫度高低限報警、保存數(shù)據(jù)。計算機通過圖形化的界面接收用戶的命令和參數(shù)設(shè)置，通過串口向單片機發(fā)送相應(yīng)的命令和參數(shù)。 設(shè)計程序的執(zhí)行界面，包括用戶控制和參數(shù)設(shè)置部分，參數(shù)顯示部分和數(shù)據(jù)顯示部分為了能充分利用PC機強大的數(shù)據(jù)處理能力和良好的人機控制界面。對這些數(shù)據(jù)進行處理后，顯示在曲線圖和表格中，也可以以文件的形式保存到磁盤上。 LabVIEW軟件的主要特點：1）圖形化的編程方式，無需設(shè)計者編寫文本格式的代碼；2）提供豐富的數(shù)據(jù)采集、分析、及存儲的庫函數(shù)；3）提供傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點、單步運行，同時提供獨特的執(zhí)行工具，使程序的調(diào)試和開發(fā)更為便捷；4）32位的編譯器編譯生成32位的應(yīng)用程序，保證用戶數(shù)據(jù)采集、測試和測量方案的高速、精確執(zhí)行；5）提供PCI，GPIP，PXI，VXI，RS232/485，USB等各種總線標準的功能函數(shù)，簡化設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計；6）提供大量與外部代碼和軟件進行鏈接的機制，如DLL、DDE、ActiveX等。 LabVIEW是一種基于圖形編程語言（G語言）的開發(fā)環(huán)境，它與C， Basic， VB，Delphi等傳統(tǒng)編程語言有著諸多相似之處，如相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具，以及模塊化的編程特點等。虛擬儀器系統(tǒng)利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進行維護、擴展、升級等。 上位機虛擬儀器部分虛擬儀器（Virtual Instrument）就是在通用計算機上加上軟件和硬件，實現(xiàn)傳統(tǒng)電子儀器所具有的各種功能。缺點是，需要模擬開關(guān)控制，遠距離測量時，每一路需要一根數(shù)據(jù)線，布線復(fù)雜；測量全部通道的時間是每一路時間的累加，測量時間長；并且擴展時，硬件和軟件都需要做復(fù)雜修改。 方案二：圖21 b）通過控制模擬開關(guān)來順序選通各路傳感器，然后對該路啟動溫度轉(zhuǎn)換，讀取溫度值。該方案的優(yōu)點是，結(jié)構(gòu)簡潔，遠距離測量時，布線簡單；由于可以同時對所有傳感器發(fā)啟動轉(zhuǎn)換的命令，然后逐路讀取，采集時間間隔較?。?s左右）；系統(tǒng)擴展時也不需要添加其他硬件。因此，發(fā)送標識碼的順序也就決定了讀取溫度值的順序，程序運行時，首先向所有傳感器發(fā)送溫度轉(zhuǎn)換命令，再按順序讀取序列號，匹配ROM，選中該路傳感器，讀出溫度，這樣就可以完成多路的順序采集。 測量方式比較DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20AT89C52DQ多路模擬開關(guān)AT89C52DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20DQa) 單總線結(jié)構(gòu)b) 模擬開關(guān)控制圖21 多個DS18B20與單片機的連接方式制方案一：圖21 a）將所有傳感器的數(shù)據(jù)線接在一起，形成單總線結(jié)構(gòu)，與單片機的一個雙向口相連。所以集成芯片的使用將成為電路發(fā)展的一種趨勢。部分功能電路的集成，使總體電路更為簡潔，搭建電路和焊接電路時更快。這樣,測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單,體積也不大,且由于AT89C52可以帶多個DSB18B20,。在0—100攝氏度時，最大線形偏差小于1攝氏度。便于單片機處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。方案二：在多點測溫系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的測溫方法是將模擬信號遠距離采樣進行AD轉(zhuǎn)換，而為了獲得較高的測溫精度，就必須采用措施解決由長線傳輸，多點測量切換及放大電路零點漂移等造成的誤差補償問題。 下位機溫度采集部分 傳感器方案一：采用熱敏電阻，可滿足40攝氏度至90攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測1攝氏度的信號是不適用的。所以多點溫度檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號，則需要設(shè)計信號調(diào)理電路、A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電路，才能把傳感器輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送到計算機去處理。如糧食倉儲系統(tǒng)、樓宇自動化系統(tǒng)、溫控制程生產(chǎn)線的溫度影像檢測、醫(yī)療與診斷的溫度測試、空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測、石化、機械等。DS18B20利用單總線的特點可以方便的實現(xiàn)多點溫度的測量，輕松的組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進行現(xiàn)場溫度測量。也可以由下位機單獨工作，實時顯示當前各點的溫度值，對各點進行控制。該系統(tǒng)采用 RS232串行通訊標準，通過上位機（PC）控制下位機（單片機）進行現(xiàn)場溫度采集。利用LabVIEW提供的串口通訊模塊可以非常方便地實現(xiàn)計算機的串口和單片機串口的通訊，從而將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計算機，處理、顯示、保存。 基于G語言的虛擬儀器編程工具LabVIEW由于其圖形化的形象直觀的編程方式和功能強大的函數(shù)庫為這一方案的實現(xiàn)提供了一種簡捷、有效的工具。 利用單片機可以較方便地實現(xiàn)對智能溫度傳感器的操作，但要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的可視化、保存和程序?qū)τ布U展有一定的適應(yīng)性，利用傳統(tǒng)的單片機系統(tǒng)的顯示和輸入輸出系統(tǒng)，不僅程序龐大，硬件復(fù)雜，而且功能有限。這種傳感器的測溫范圍有一定限制（大多在－50℃～120℃），多適用于環(huán)境溫度的測量。硬件上需要模擬開關(guān)、恒流源、D/A轉(zhuǎn)換器，放大器等，結(jié)構(gòu)龐大，安裝困難，造價昂貴。 系統(tǒng)概述傳統(tǒng)的溫度傳感器，如熱電偶溫度傳感器，具有精度高，測量范圍大，響應(yīng)快等優(yōu)點。LabVIEW是美國國家儀器公司（NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，其全稱是實驗室虛擬儀器工程平臺（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench），是一種基于G語言（Graphics Language，圖形化編程語言）的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。一種是基于文本式編程語言開發(fā)工具，有VC++,VB,C++Build,LabWindows/CVI，Delphi等；另一種是基于圖形化編程語言開發(fā)工具，有LabVIEW（NI 公司）、HP VEE （HP 公司）等。它大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、處理等方面的限制，使用戶可以方便地對其進行維護、擴展和升級等。用戶可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件才是整個儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵，任何一個用戶都可以以通過改寫軟件的辦法，方便地改變和增減儀器系統(tǒng)地功能，即“軟件就是儀器”。虛擬儀器是基于計算機的儀器。虛擬技術(shù)包括虛擬加工、虛擬測試、虛擬控制及各種虛擬環(huán)境模擬。儀器技術(shù)領(lǐng)域的各種創(chuàng)新積累起來使現(xiàn)代測量儀器的功能和作用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。進入21世紀以來，隨著計算機技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。 虛擬儀器虛擬技術(shù)、計算機技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是信息技術(shù)最重要的組成部分。智能溫度傳感器的特點是能輸出溫度數(shù)據(jù)及相關(guān)的溫度控制量，適配各種微控制器（MVU）；并且它是在硬件的基礎(chǔ)上通過軟件來實現(xiàn)測試功能的，其智能化和諧也取決于軟件的開發(fā)水平。有的產(chǎn)品還帶多路選擇器、中央控制器（CPU）。目前，國際上已開發(fā)出多種智能傳感器系列產(chǎn)品。智能溫度傳感器(亦稱數(shù)字溫度傳感器）是在20世紀90年代中期問世的。而數(shù)字溫度傳感器更因適用于各種微處理器接口組成的自動溫度控制系統(tǒng)具有可以克服模擬傳感器與微處理器接口時需要信號調(diào)理電路和A/D轉(zhuǎn)換器的弊端等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、測溫計、醫(yī)療器材等各種溫度控制系統(tǒng)中。溫度傳感器所起的作用變得越來越重要。這種測量方式，一方面給偏遠地區(qū)的觀測人員帶來諸多不便；另一方面，測量精度受人為因素影響，測量誤差大。分布式溫度采集是近幾年發(fā)展起來的一種用于實時測量空間溫度場分布的高新技術(shù)，它能夠連續(xù)測量傳感器沿線所在處的溫度，具有測量距離長，空間定位精度高，能夠進行不間斷的自動測量的特點，特別適用于需要大范圍多點測量的應(yīng)用場合。溫度檢測系統(tǒng)的應(yīng)用十分廣闊。常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文基于LABVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 系統(tǒng)背景 1 系統(tǒng)來源及現(xiàn)狀 1 溫度采集 1 虛擬儀器 2 系統(tǒng)概述 4 本文研究的主要內(nèi)容 4第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計論證 6 下位機溫度采集部分 6 傳感器 6 測量方式比較 7 上位機虛擬儀器部分 8 系統(tǒng)的總體方案設(shè)計 10第3章 下位機硬件和軟件的設(shè)計 11 11 DS18B20 的封裝及引腳功能 12 DS18B20的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 12 DS18B20的常用命令和時序 15 DS18B20使用中的注意事項 17 硬件電路設(shè)計 18 系統(tǒng)模塊電路組成 18 單片機最小系統(tǒng)設(shè)計 19 傳感器電路設(shè)計 22 通訊電路設(shè)計 22 電源電路設(shè)計 25 狀態(tài)顯示電路設(shè)計 25 軟件設(shè)計 26 單片機主程序 27 溫度采集程序 27 獲取DS18B20序列號程序 29 本章小結(jié) 31第4章 上位機LabVIEW中程序的設(shè)計 33 LabVIEW的開發(fā)環(huán)境 33 LabVIEW 程序的執(zhí)行順序 34 LabVIEW中的數(shù)據(jù)類型 34 程序界面 35 程序預(yù)處理 37 登陸程序 38 串口初始化 40 程序主體 40 溫度數(shù)據(jù)處理和顯示 41 報警設(shè)置 42 保存數(shù)據(jù) 43 本章小結(jié) 45第5章 系統(tǒng)調(diào)試 46 分步調(diào)試 46 下位機調(diào)試 46 上位機調(diào)試 47 上下位機聯(lián)合調(diào)試 48 本章小結(jié) 48結(jié) 論 49參考文獻 50致 謝 52附 錄 53常州工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文第1章 緒 論 系統(tǒng)背景隨著現(xiàn)代控制技術(shù)的發(fā)展，無論在工業(yè)，農(nóng)業(yè)，科學(xué)研究，國防和人們?nèi)粘Ｉ罡鱾€方面，溫度的測量及控制占據(jù)著極其重要的地位。多點溫度檢測系統(tǒng)在各個方面都有應(yīng)用領(lǐng)域，如消防電氣的非破壞性溫度檢測，電力、電訊設(shè)備之過熱故障預(yù)知檢測，空調(diào)系統(tǒng)的溫度檢測，各類運輸工具之組件的過熱檢測，保全與監(jiān)視系統(tǒng)之應(yīng)用，醫(yī)療與診斷的溫度測試，化工、機械等設(shè)備溫度過熱檢測。 近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)及人民生活水平的逐步提高，高效與安全越來越被人們所重視。 系統(tǒng)來源及現(xiàn)狀 溫度采集目前，溫度測量大多還是采用玻璃液體溫度計，人工觀測。因此，有必要采用效率和自動化水平更高的新的測量手段?？茖W(xué)技術(shù)的不斷進步與發(fā)展，溫度傳感器的種類日益增多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式、總線式、總線式和三總線式方向發(fā)展。其中，比較有代表性的數(shù)字溫度傳感器有DS18MAX657DS172MAX6635等。它是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動測試技術(shù)（ATE）的結(jié)晶。智能溫度傳感器內(nèi)部都包含溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、信號處理器、存儲器（或寄存器）和借口電路。隨機存取存儲器（RAM）和只讀存儲器（ROM）。進入21世紀后，智能溫度傳感器正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬傳感器和網(wǎng)絡(luò)傳感器、研制單片機測溫系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。它們被稱為21世紀科學(xué)技術(shù)中的三大核心技術(shù)。從最初的模擬儀器發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字化儀器、嵌入式系統(tǒng)儀器和智能儀器；新的測試理論、測試方法不斷應(yīng)用于實際；新的測試領(lǐng)域隨著學(xué)科門類的交叉發(fā)展而不斷涌現(xiàn)；儀器結(jié)構(gòu)也隨著設(shè)計思想的更新而不斷發(fā)展。尤其是以計算機為核心的設(shè)計思想以及儀器系統(tǒng)與計算機軟件技術(shù)的緊密結(jié)合，導(dǎo)致了儀器的概念發(fā)生了突破性的變化，出現(xiàn)了一種全新的儀器概念——虛擬儀器（Virtual Instrumentation,VI）。作為測試技術(shù)的一個分支，虛擬儀器的開發(fā)和研制在國內(nèi)得到了飛速的發(fā)展。簡單地說，就是在通用計算機上加上軟件和硬件，利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結(jié)果，利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算、分析、處理，并利用I/O接口設(shè)備完成信號的采集、測量與調(diào)試，從而完成各種測試功能的計算機儀器系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義功能，用戶無法改變的固定模式，虛擬儀器技術(shù)給用戶一個充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。虛擬儀器系統(tǒng)概念是對傳統(tǒng)儀器概念的重大突破，是計算機系統(tǒng)與機器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。目前流行的虛擬儀器軟件開發(fā)工具有兩類。其中LabVIEW最流行，是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件。虛擬儀器作為新興的儀器儀表，用戶可以定義其結(jié)構(gòu)和功能，構(gòu)建靈活，轉(zhuǎn)變?nèi)菀?，因此它在各個領(lǐng)域尤其是在超大規(guī)模集成電路測試、工廠測試、現(xiàn)代家用電器測試以及軍事、航空、航天、通信、汽車、教育、半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[3]。但由于其輸出的是模擬量，而現(xiàn)在的智能儀表需要使用數(shù)字量，有些時候還要將測量結(jié)果以數(shù)字量輸入計算機，由于要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，其實現(xiàn)環(huán)節(jié)就變得非常復(fù)雜。 新興的智能溫度傳感器如DS18B20，由于可以直接輸出溫度轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量，可以在保證測量精度的情況下，大大簡化系統(tǒng)軟硬件設(shè)計。DS18B20可以在一根數(shù)據(jù)線上掛接多個傳感器， 只需要三根線就可以實現(xiàn)遠距離多點溫度測量。在當前微機非常普及的情況下，可以將單片機采集的數(shù)據(jù)輸入微機，利用微機強大的計算、顯示、輸入輸出能力，使原有系統(tǒng)的功能進一步增強。LabVIEW使用圖形語言（即各種圖標、圖形符號、連線等）編程，使用的都是人們熟悉的旋鈕、開關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象。 本文研究的主要內(nèi)容本設(shè)計運用主從分布式思想，由一臺上位機（PC微型計算機），下位機（單片機）