基于labview的温度采集系统设计

1、基于labview的温度采集系统设计目 录摘要I1、绪论II1.1 研究背景与意义II1.2 系统总体结构设计II2、基于labview的温度采集系统的硬件设计12.1 外接采集节点模块电路12.1.1 显示电路设计12.1.2 键盘电路的设计22.1.3 报警电路32.2 温控模块电路设计42.2.1温度传感器DS18B2042.2.2 DS18B20的测温原理52.2.3 温度传感电路设计62.2.4 温度控制电路的设计82.4 虚拟机模拟通信总线技术83、基于labview的温度采集系统的软件设计113.1 软件总设计113.2 labview自动识别串口技术介绍123.3 系统程序软件设计153.3.1 系统AD采样程序设计153.3.2 键盘子程序设计173.2.4 温度DS18B20读取子程序183.2.5 中断服务子程序204、基于labview的温度采集系统模拟214.1虚拟仪器的概述214.2程序前面板的介绍以及运行情况224.2.1 系统控制234.2.2 当前温度234.2.3 温度走向图244.2.4 温度范围244.2.5 统计信息254.2.6 直方图254

2、.2.7 直方图参数264.3程序后面板的介绍264.3.1 重要子VI的介绍274.3.2 vi层次结构27结论29参考文献30摘要近些年来单片机取得了突飞猛进的发展并且已在各行业得到广泛应用，在本文中，完成了智能温度采集系统的设计，本系统采用单总线操作，简单电路，精确测量，多点测量。能够在较低的成本下实现有效的温度监测。通过人机界面显示和查询，节约能源，创造价值，具有一定的商业价值。本系统也可广泛应用于消防等其他系统中。论文从温度采集系统的理论依据、设计思路、实现过程、测试结果等方面均做了详细阐述，取得了预期效果，论文的研究成果对温度采集系统的完整性起到了补充作用，对其实践应用起到了推动作用。利用labview实现温度采集系统的设计过程，系统结构时利用了labview的虚拟仪器技术，由labview虚拟系统自生成温度信号，通过温度的采集实现对温度数据的采集，预处理，分析，储存和显示。关键词：labview；温度采集；系统设计I1、绪论1.1 研究背景与意义传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温

3、度补偿、传感器标定等)；且它们的体积较大、使用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与，外界设备多，成本高，因而越来越适应不了社会的要求。在对多类型、多通道信号同时进行检测和控制中，传统的测控系统能力有限。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很迫切的问题。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。由单片集成电路构成的温度传感器的种类越来越多，测量的精度越来越高，响应时间越来越短，因其使用方便、无需变换电路等特点已经得到了广泛的应用。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生产的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的温度采集系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片

4、机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。1.2 系统总体结构设计AT89C51是温度系统的核心控制部件，单片机的可编程性以及便于操作的特性都决定了使用AT89C51的核心控制作用。检测温度信号，当有被测温度过高时，传感器来检测报警情况，如果有菜棚温度变化发生会自动触发传感器，实现温控危险信号报警通知。AT89C51主控机模块显示模块按键模块复位电路模块电源模块报警模块TX温度采集模块图1.1 系统框架图通过前向温度采集电路，采集当前温控室内部的温度信号，将采集到的模拟信号通过ADC0809模数转换芯片，转变为AT89C51可控的数字信号，AT89C51芯片根据输入的当前实际温度，控制输出合理的数字信号，再由DAC0832转换为模拟信号，输入到后向加热执行电路，以此来完成对整个温控室的温度控制。III2、基于labview的温度采集系统的硬件设计2.1 外接采集节点模块电路根据原理图该系统主要可分为键盘部分，显示部分和蜂鸣器4部分，每部分协调工作，来实现超速报警信号监测功能。2.1.1 显示电路设计液晶显示采用LCD1286

5、4，这样就算是在不使用计算机的情况下，控制系统系统也能正常运行，并且能具有直观的可视性。显示电路主要是通过键盘，实现医院实验室的各功能设定、当前参数等设定。利用龙丘提供的12864OLED显示屏可以很清晰的在检测装置查看当前环境各项指标，龙丘提供的方案有IC、SPI、I/O并行通讯等方式，我们选用占用MCU资源较少的IC方案，实体及原理图2.5如下：图2.1 LCD12864参数利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。下图是显示原理图2.2：图2.2 LCD显示原理图本设计的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。本系统可以通过键盘来设置测速数据状态，具有良好的人机交互功能。2.1.2 键盘电路的设计键盘是最常见的人机接口设备，通过键盘人们可以向AT89C51单片机输入各种操作指令和数据，AT89C51单片机捕

6、捉到这些按键信息后，有AT89C51单片机进行相应的处理。由于一般人按键会有抖动，抖动信号造成键盘扫描时会出现一些错误的信号，要不就是扫描不进数据，要不就是重复输入很多次数据，因此需要有一个消除抖动的程序。让单片机不响应一些相关的抖动信号，而只响应一次确实存在的按键信号。消抖动程序是这样实现的，本设计采用AT89C51单片机处理，按键是采用行列式键盘。图2.3 键盘硬件电路图2.1.3 报警电路声音检测模块驻极体传声器作为检测器，通过电平变换电路，在有麦克风的声波，晶体管基极偏置，使得在流动方向上的驻极体传声器急剧下降的内部电阻，使晶体管的变化，从而达到声音，以确定是否为目的。报警信号电路由单片机控制，该系统使用发光二极管和蜂鸣器报警，传感器检测温控室超过或者低于温度设定值时，响应单片机蜂鸣器报警。当MQ-7检测到信号，经ADC0809处理，传给单片机，单片机将P2.0和P2.1口输出低电平， LED灯亮达到报警的效果。报警电路如图2.4：图2.4 蜂鸣器与单片机的接口电路图当单片机检测超温或者低温信号后，将通过软件使蜂鸣器发出报警信号。光报警电路采用发光二极管LED来实现，声音报警电

7、路是采用蜂鸣器来实现的。2.2 温控模块电路设计2.2.1温度传感器DS18B20多个DS18B20可以并接到多个地址线上与单片机实现通信。CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现多点测温。温范围-55+125，固有测温分辨率0.5。引脚的I/O为数据输入/输出端(即单线总线)，该引脚为漏极开路输出，常态下呈高电平。DS1820采用3脚TO-92封装或8脚50封装，管脚排列如图2.5所示：图2.5 DS18B20的引脚2.2.2 DS18B20的测温原理DS18B20的内部框图如图2.6所示，它主要包括寄生电源、温度传感器、64位激光ROM单线接口、存放中间数据的高速暂存器、用于存储用户设定的温度上下限值、触发器存储与控制逻辑、8位循环冗余校验码发生器等7部分。图2.6 DS18B20的内部框图测温原理见图2.7。低温度系数振荡器是一个振荡频率随温度变化很小的振荡器，为计数器1提供一频率稳定的计数脉冲。高温度系数振荡器是一个振荡频率对温度很敏感的振荡器，为计数器2提供一个频率随温度变

8、化的计数脉冲。初始时，温度寄存器被预置成-55，每当计数器1从预置数开始减计数到0时，温度寄存器中寄存的温度值就增加1，这个过重复进行直到计数器2计数到0时便停止。图2.7 DS18B20测温原理图DS18B20测量温度时使用特有的温度测量技术。初始时，计数器1预置的是与-55像对应的一个预置值。计数器1的预置数也就是在给定温度外使温度寄存器存值增加1计数器所需的计数个数。温度寄存器中的温度值以9位数据格式表示，最高位为符号位其余8位以二进制补码形式表示温度值。在计数器2停止计数后，比较器将计数器1中的计数剩余值转换为温度值后与025进行比较，若低于0.25，温度寄存器的最低位就置0，若高于0.25，就置1，若高于0.75，温度寄存器的最低位就进位后置0。当计数门打开时，DS18B20进行计数，计数门开通时间由高温度系数振荡器决定。一般情况下的温度值应为9位(包含一位符号)，但因符号位扩展成高8位，故以16位补码形式读出，温度和数字量的关系如表2.1所示。表3.1 温度和数字量的关系变量输出的二进制码对应的十六进制码+12500000001111101000FAH+2500000000

9、01100100032H+1/20000000000000010001H00000000000000000000H-1/2111111111111111FFFFH-25111111111001110FFCEH-55111111110010010FF92H单总线适用于单主机系统，能够控制一个或多个从机设备。2.2.3 温度传感电路设计本文采用DS18B20数字温度传感器作为测温元件。采用单总线专用技术，既可通过串行口线，也可通过其它I/O口线与微机接口，无须经过其它变换电路，直接输出被测温度值（9位二进制数，含符号位）测温范围为-55-+125，测量分辨率为0.0625。DS18B20内部结构主要由四部分组成：64位光刻ROM，温度传感器，非挥发的温度报警触发器TH和TL，高速暂存器。DS18B20的管脚排列如图2.8所示。图2.8 DS18B20管脚图在硬件上，DS18B20与单片机的连接有两种方法，一种是VCC接外部电源，GND接地，I/O与单片机的I/O线相连；另一种是用USB电源供电，此时UDD、GND接地，I/O接单片机I/O。I/O口线要接5K左右的上拉电阻，采用的是第一种连接方法，如图2.9所示：把DS18B20的数据线与单片机的13管脚连接，再加上拉电阻。图2.9 温度传感电路图DS18B20每一步操作都要遵循严格的工作时序和通信协议。如主机控制DS18B20完成温度转换这一过程，根据DS18B20的通讯协议，须经三个步骤：每一次读写之前都要对DS18B20进行复位，复位成功后发送一条

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