基于虚拟仪器的温度采集系统

西安科技大学电控学院课程设计电控学院课程设计（论文）课程名称：虚拟仪器题目：基于虚拟仪器的温度采集控制院（系）：电气与控制工程学院专业班级：测控技术与仪器专业姓名：***学号：***********指导教师：昝宏洋彭倩2016年1月4日西安科技大学电控学院课程设计I目录1.绪论--------------------------------------------------------------------------------------------11.1设计意义-------------------------------------------------------------------------------11.2国内外的研究状况及发展趋势----------------------------------------------------11.3主要研究内容-------------------------------------------------------------------------22.系统整体设计----------------------------------------------------------------------------------22.1整体设计-------------------------------------------------------------------------------22.2设计任务-------------------------------------------------------------------------------22.3系统方案选择-------------------------------------------------------------------------23.下位机设计-------------------------------------------------------------------------------------53.1硬件设计-------------------------------------------------------------------------------53.2软件设计-------------------------------------------------------------------------------64.上位机设计-------------------------------------------------------------------------------------64.1前面板设计----------------------------------------------------------------------------64.2后面板设计----------------------------------------------------------------------------75.系统调试----------------------------------------------------------------------------------------96.结论----------------------------------------------------------------------------------------------97.参考文献----------------------------------------------------------------------------------------98.附录--------------------------------------------------------------------------------------------10程序清单-----------------------------------------------------------------------------------10西安科技大学电控学院课程设计II[摘要]本文主要描述了利用PC机与AT89C52单片机之间的通信程序设计实现温度采集和显示。由单片机采集一个温度信号，将采集到的温度信号传送给PC机并显示，单片机程序用C语言编写，最后实现上位机同步显示下位机测量的温度值。关键词：单片机AT89c52温度采集DS18B20传感器LabVIEW西安科技大学电控学院课程设计第1页基于虚拟仪器的温度采集控制1.绪论1.1设计意义单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，所以广泛应用于电子仪表、家用电器、军事装置、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。本文主要介绍单片机在温度控制中的应用。温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都与温度密切相关，因此温度控制是生产自动化的重要任务。采用MCS-51单片机来对温度进行控制，不仅具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点，而且可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量和数量。因此，单片机对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。1.2国内外的研究状况及发展趋势传统的热电偶、热电阻测温方法以其技术成熟、结构简单、使用方便等特点,在未来温度测量领域中，依然能够广泛使用。随着新材料、新工艺以及一些新技术的发展,其应用范围更加拓展。在传感器结构改进方面，出现了薄膜温度传感器、陶瓷薄膜热电偶,红外测温技术、分布式光纤测温、光纤多点温度传感器等，可以应用在油井温度测量、大坝或地质灾害监测、飞机蒙皮的健康监测方面等场合,具有很好的应用前景，是近几年温度测量技术发展的重点之一。现代化集中管理需要对现场数据进行统计、分析、制表、打印、绘图、报警等,同时,又要求对现场装置进行实时控制，完成各种规定操作，达到集中管理的目的。加之单片机的计算能力有限，难以进行复杂的数据处理。因此在功能比较复杂的控制系统中，通常以PC机为上位机，单片机为下位机，由单片机完成数据的采集及对装置的控制，而由上位机完成各种复杂的数据处理及对单片机的控制。西安科技大学电控学院课程设计第2页1.3主要研究内容本次设计主要围绕在应用智能仪器仪表的过程中，经常需要将仪器仪表的数据采集到上位机（PC）监测系统。在本课题中，主要研究基于LabVIEW的温度采集和上位机程序设计的实现。本课题主要涉及以下问题：1)通过RS232接口进行数据采集。利用RS232接口实现上位机（PC）与下位机（单片机）之间的数据通讯。2)利用图形方式实时显示数据。对于监控界面数据的显示，包括数值显示和实时曲线显示两种方式。2.系统整体设计2.1整体设计利用52单片机作为数据处理传输的控制器，52单片机最小系统中集成了MAX232，可以直接利用232接口实现与上位机的通信。整体设计框图如下图2.1.1所示AT89C52RS-232PC机图2.1.1系统整体设计框图2.2设计任务①下位机实现实时温度的采集，数据精度为1。②利用52单片机上的RS-232接口实现上位机与下位机之间的通信。③上位机的设计实现对下位机发送的温度数据实时接收和数据曲线显示。2.3系统方案选择西安科技大学电控学院课程设计第3页2.3.1通信协议RS-232是PC机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。典型的RS-232信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器输出正电平在+5～+15V，负电平在-5～-15V电平。当无数据传输时，线上为TTL，从开始传送数据到结束，线上电平从TTL电平到RS-232电平再返回TTL电平。接收器典型的工作电平在+3～+12V与-3～-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15米，最高速率为20kb/s。RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3～7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。图2.3.1RS-232串口通信电路2.3.2下位机总体设计下位机采用52单片机最小系统作为主控系统，DS18B20作为采集温度数据的传感器。DS18B20读温度的流程为：复位→发0CCHSKIPROM命令→发44H开始转换命令→延时→复位→发0CCHSKIPROM命令→发0BEH读存储器命令→连续读出两个字节数据（即温度）→结束。DS1820需要严格的协议以确保数据的完整性。协议包括几种单线信号类型：复位脉冲、存在脉冲、写0、写1、读0和读1。所有这些信号，除存在脉冲外，都是由总线控制器发出的。和DS1820间的任何通讯都需要以初始化序列开始，西安科技大学电控学院课程设计第4页一个复位脉冲跟着一个存在脉冲，表明DS1820已经准备好发送和接收数据（适当的ROM命令和存储器操作命令）。DS18B20可以采用两种方式供电，一种是采用电源供电方式，此时DS18B20的1脚接地，2脚作为信号线，3脚接电源，如图2.3.2.所示。另一种是寄生电源供电方式。图2.3.2DS18B20封装图当DS18B20处于写存储器操作和温度A/D转换操作时，总线上必须有强的上拉，上拉开启时间最大为10us。采用寄生电源供电方式时VDD端接地。由于单线制只有一根线，因此发送接口必须是三态的。2.3.3上位机总体设计上位机软件采用当前测试测量应用最广泛的LabVIEW编写。LabVIEW是一种程序开发环境，类似于C和BASIC开发环境，但LabVIEW与其它计算机语言的显著区别是：其它计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码行，而LabVIEW使用图形化编程语言G语言编写程序，产生的程序是框图的形式。像C或BASIC一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个可完成任何编程任务的庞大的函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画形式显示数据及其通过程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。虚拟仪器和传统仪器的差异很大，具有很强的优势。独立的传统仪器，例如示波器和波形发生器，性能强大，但是价格昂贵，且被厂家限定了功能，只能完成一件或几件具体的工作，因此，用户通常都不能够对其加以扩展或自定义其功能。基于PC机的虚拟仪器系统，诞生以来就充分利用了现成即用的PC机所带来的最新科技。这些科技和性能上的优势迅速缩短了西安科技大学电控学院课程设计第5页独立的传统仪器和PC机之间的距离，除了融合诸多功能强大的特性，这些平台还为用户提供了简单的联网工具。此外，虚拟仪器应用安装在PC机上的软件和一系列可选的插入式硬件，无需更换整套设备，即能完成新系统的开发。3.下位机设计3.1硬件设计单片机最小系统（包括复位电路、晶振电路）并集成RS-232作为通信接口，如图3.1.1所示图3.1.1硬件原理图DS18B20的工作电路如图3.1.2所示，采用外部供电而非总线供电的方式，由于单片机的最小系统中有5V电源，直接使用单片机中的5V电源对DS18B20进行供电。图3.1.2DS18B20电路图西安科技大学电控学院课程设计第6页3.2软件设计温度数据采集模块的主要功能是负责温度的实时采集、读出并处理DS18B20测量的当前温度值，温度测量每1s进行一次。这样可以在一秒之内测量一次被测温度，其程序流程见图3.2所示。图3.2温度采集流程图4.上位机设计4.1前面板设计上位机前面板设计如图4.1所示，前面板中有温度采集的实时温