匿堕霍雯霆堕垂亟圜 文章编号：1008-0570(2007)10-1--0071-03 单片机开发与应用 基于LabVIEW的单片机温度测控系统设计 Single Ch『p Microcomputer Temperature Measurement and Control System Based on LabVIEw (1，燕山大学；2．河北大学)肖金壮1张伟1王洪瑞2魏会然1 XIAO JINZHUANG ZHANG WEI WANG HONGRUI WEl HUIRAN 摘要：利用LabVIEW开发环境设计Pc土住机的监控界面，上住机通过串行口与89(；51单片机通信，从而实现对过程参数的 测量和控制。该测控系统谩计简单．简化了系统硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。 关键词：串行通信：温度测控系统：单片机 文献标识码：A 中图分类号**TP368．1 Abstract：By using I．abVIEW development environment．a PC—based supervisory interface is designed．The PC communlcattm with the 89C51 Si峭e Chip Micnmomputer via serial communication，then the prvcess p㈣r can be∞qllired and controlled姆the PC． This illeas啪ent and control system讧dI叩le tO design；it simplifies the h8Idware architecture and is convenient to be modified，it also h good extensibility． Key words：Serial Communication。Temperature Measurement and Control System．S血ole Chip Microcomputer 些模块之前，需安装光盘上的vISA驱动程序；也可从NI的网 站免费下载最新VISA驱动程序。下面介绍一下最常用的串行 通信模块： 1)VISA Configure‰d Port。， 用于初始化所选择的串行口。其中VISA础籼e name用 于选择所用到的串行口。PC机中常用到的串口号分别用CoMl 和cOM2表示。How control用于设置握手方式。buffer size用于 设置缓冲区的大小。Baud late,data bits，stop b“R p=_ity分别用 于设置串行通信的波特率，数据位长度，停止位长度．校验方式。 2)V融Write。 用于将write buffer中的字符写劲ⅥSA resource name指定 的串行接口中。 31VISA Read。 从VIsA嗍uIce name指定的串行接口中读取规定字节数 的数据，并将这些数据传递给read buffer。Byte count用于设置 要读取的字节数。‘ 4)VISA Close。 用于关闭VISA resotlrce name指定的串行口．让出串行口 的使用权。 2，2 I丑bVIEW程序设计 l引言 ， 虚拟仪器技术已经在测试测量以及工业控制领域得到广泛 的应用。通过利用NI(National lnstrumen协1公司提供的ⅢIEw 软件和相关硬件，可以方便快捷的设计出所需的测控系统，但其 提供的硬件大都比较昂贵。 这里设计的系统组成框图如图1所示。上位机Pc通过自 带的串行口，和单片机进行通信。在此基础上，使用hbv正w 8．0设计上位机监控界面。实现对被控温度的测量和控制。从而 降低了系统的硬件成本。 下位机采用891351单片机。单片机外围电路将采集到的温 度信息传给单片机，单片机再将其传到上位机。上位机根据从 单片机得到的数据．完成被控量的显示和控箭。 ， 为了实现PC机和单片机的串行通信．还需设计一个电平 转换电路，这里使用的核心芯片是MAX232cPE。 圈1系统组成框图 2上位机软件设计 ，上位机采用LabVIEW编程，【丑bvIEw是专业的侧控软件。 通过使用LabVIEW可以缩短测控系统的设计时间，而且设计出 的系统界面美观，便于修改，易于扩展。 2．1 I曲vIEw串行通信功能模块介绍 在LabVIEW功能面板的InstrumentYO-->Serial目录下。 包含串行通信所需的集成模块。利用这些模块，可以非常方便 的设计出基于串行通信的测控系统。需要注意的是，在使用这 肖金壮：讲师博士研究生 基金项目；河北省自然科学基金资助项[](F200400260) 图2上位机监控界面 @_自舯邮局订冁82．946 360,％／g：-一71— ˝ • ‰ ˚ 

单片机开发与应用 中文核心期刊‘微计算机信患)(嵌入式与SOC)2007年第23卷第10-2期 系统主监控界面如图2所示。用到的控件包括：控件面板 上]／0子面板中的VIsAResom悦控件；Array,Matrlx＆Cluster 子面板的Azray控件；Numedc子面板下的Numeric Control控 件：Boolean子面板下的Round LED控件；Graph于面板下的 WaveformChm拦件。‘ 其中端口选择用于设置用到的串行口。温度设定用来设置 期望的温度值。波形图控件用于显示采集到的温度值。这里系 统所能达到的最高温度为230℃左右．因此围中波形图控件的 最大量程设置为250℃。 口』＆L—型 H渊。耥：i 一甲一． ：虱j ． 固l ：国 ： 擎 圈 }咖 l| 团 厦圃珏拄￡琶壁墨塞I L_‘增科 图3上位机程序框图1 二国1 l№划 i 固! 蔺 ● 。 l i口选择 J露盈 吨囡 田匝蝴§堙{＆墨l l匡垡例 图4上位机程序框图2 图5单片机程序框图 因串行通信中传递的是字符串类型的数据．因此需要将以 数字量形式存在的温度设定值转化为字符串格式。才能写人 VIsA Write：这里采用Byte Anay To String功能模块实现这一功 能。同样的，需要将从VISA Read读取的字符串信息转换成数 字量。然后才能在波形图控件上显示：可采用String To Byte Array功能模块实现这一转换。 框图中的Wair Until Next ms Multiple模块用于设置系统 串行通信的控制周期．其输人端子millisecondmultiple用于给 定需要等待的毫秒敷。这里给出的设定值为1000．即等待1秒 篙 的时间。 3单片机程序设计 这里选用的是89C51单片机．采用c语言编程。 5l系列单片机自身具有垒双工的异步通信接口，可方便的 实现串行通信。通过软件编程，它可以做通用异步接收和发送 器UARTrUniversal Asynchronous Received Transmitter)用．也可 作为同步移位寄存器用。其帧格式可有8位、10位和11位，并 能设置各种波特率。在实用上灵活方便。 系统的程序框图如图3和图4所示。其中串行通信的主要 主程序框图如图5所示。其中temp中保存的是采集到的实 用握手信号o． 参数设置如下：波特率为1250，数据位8位，停止位1位，不采 际温度。set_temp中保存的是上位机传给单片机的温度设定值。 系统初始化阶段。。令单片机的定时器Tl工作于定时方式 程序开始首先利用VISA c加矗gIl∞serial Port模块对串行 2．用于产生串行通信所需的波特率。串行口工作在方式1．为 10位异步通信方式．即每帧数据由1十起始位，8个数据位．1 口进行初始化。然后判断开始，暂停采集按钮是否按下，如果处 于按下状态，则执行Case语句的Tme分支程序；否则执行Case 个停止位构成。 语句的False分支程序a 令51单片机的定时器T0工作于定时器模式，用于产生指 在True分支程序里，首先利用VISAw五te模块将温度设定 定的控制周期。在TO的中断程序里，首先将采集到的温度信息 值传给单片机，然后用VISARead模块接受单片机传递过来的 保存到全局变量temp中，然后再根据上位机给出的期望温度值 温度信息，并将其显示在波形图控件上。在False分支程序中，Bel—t嘲p．计算出温度的偏差E。在此基础上，可选用PID等控制 则不进行任何操作。 算法给出控制量C，进而对温度进行实时控制。 一72—360．'L／年邮局订阗号：82-946 ˝ • ‰ ˚ 

匿重匿塑雯塑塑烫垦萋雪 单片机与上位机串行通信的中断程序如下： ∞由10 interrupt4 { 坦RI—1) { 砌--0； 龅／t temp=SBUF． SBUF-memp； while(TI----0)； TI--"0； } ) 。 4结论 本文利用ⅢlEW设计了一个温度测控系统，可以在上位 机Pc上完成被控温度的显示与控制。比较详细的介绍了上位 机和单片机程序的缩写过程。借助于hbvIEW还可以通过简单 的设置．将采集到的温度数据保存到指定的文件中。LabVIEW 具有强大的网络通信功能。可以方便的实现远程控制。相信 ⅢⅢW将在涮控领域得到更广泛的应用。 本文作者创新点：使用I丑bⅧW软件设计上位机监控界 面．与Visual c++等开发软件相比。使用LabVIEW软件可更加 方便的设计出美观的监控界面．并缩短系统的开发周期。在本 文设计的系统中．上位机Pc通过串行口与单片机进行通信，不 但实现了对工业现场温度信息的采集，而且实现了对现场温度 的实时、远程控制。 参考文献 [1]李群芳，黄建，单片微型计算机与接口技术．北京：电子工业出 版社，2001 口1魏晨阳，朱健强．基于LabVIEW和声卡的数据采集系统Ⅱ]微计 算机信息．2005．1：45—46； 【3]刘君华等．虚拟仪器图形化编程语言LabVIEW教程．西安电 子科技大学出版社．20[)1 作者简介：肖金壮(1976-】，男，汉族，讲师，燕山大学博士研究生， 研究方向为机器人智能控制、工业测控系统；张伟(1982一)．男， 汉族．燕山大学硕士研究生。研究方向为嵌入式潞控系统，机 器人容错控制；王洪瑞(1956一)，男，汉族，燕山大学教授，博士生 导师．研究方向为机器人系统控制及轧钢机控制；魏会然 (1982一)，女，汉族．燕山大学硬士研究生，研究方向为模型辨 识、机器人故障诊断。 Biography：Xiso JiI曲11aIlg(1976一)'male，lmtnwtor，Doctor． Research field：intelleetmd robot contr01．industriel proce明∞n— sol system． (066004河北省秦皇岛燕山大学电气工程学院)肖金壮张伟 魏会然 (071002河北省保定市河北大学电子信息工程学院)王洪瑞 (Institute of Eleca'ieni Engineering,Yanshaa University,Qtn． huangdao Hebei伽帆China)Xiao JinZhuang面Ⅲ喀Wd 单片机开发与应用 通讯地由12：(071002河北省河北大学电信学院自动化累) 肖金壮 (收稿日期：2007．8．23)(修稿日期：2007．9．25) (上接第34页)， 指令 Ⅲ+CMos=l AT4CMGS--"对方号码’’ 表2 MC35模块AT指令 应答 功能 OK OK 模块状态查询 短消息文本镬式 准备发送短消息 在>提示符下输入短消息内容“11tL●z 0K 发送短消息 在switch语句中，根据模块当前状态值来完成不同的操作。 但无论进行何种操作。都需要先根据数据输入缓冲区中的应答 数据进行判断，若应答正确(符合上表)，则继续下一步骤，否则， 设定程序结束标志为1，显示错误信息．从回调函数返回。因此． 任何不正确的应答信息，都会结束整个程序的执行．我们可以根 据系统提示的错误信息判断是哪个步骤出错．比如模块状态不 正常、短信发送来成功等。 5结论 本文的创新之处在于提供了一种方便快捷的曦^式Linux 下串行通信设备程序开发方法．该方法利用串行接口驱动函数 库libc鹪l，以YO事件驱动设备的数据采集。多串口数据采集能 够异步并发。异步事件驱动的架构可以提高系统并发处理性能． 程序能够执行多个异步操作而不调用阻塞线程。降低系统开销。 同时采用了开放式的体系架构。硬件平台基本不受限制。通过 Linux的移植．就可以运行在其他平台。而嵌人式系统加GSM模 块的系统组成非常适合于偏远地区或移动的数据采集系统中． 根据系统的需要．还可以充分利用模块的GPRS功能．宴现高速 的数据采集。 参考文献 。 【11程全．李向东．基于GSM模块与AT98C51的接口设计及应用． Ⅱ】微计算机信息，2006：9-2：293-295 田威尔金森．阿兰．并行程序设计∞帆槭工业出版社．2905年5月 【3】孙琼．嵌入式Linux应用程序开发详解．人民邮电出版社．2006 年7月 【4](Technical Product Information MC35) 作者简介：抄泉(1974--)，女(蒙古族)，内蒙古通辽人．上海应用技 术学院机电分院讲师，硕士研究生。主要从事过程控制、嵌入式 系统方面的研究。 Biography：Sha Ql∞(1974一)'female(Mongolia)．Tonglino Mogolia，prelector in school of mechanical and automation of Shanghai institute 0f teeknalogy．master’{degree．My mseereh aI髓is aJaout pious8 eontro|and embedded system． (200235上海上海应用技术学院)沙皇 (Shanghai Institute of Teclmology,200235)Sha Quan ， ， WeiHniRan (college of Electronic and Information En咖eering，Hebd U- nlversity,Baodlng He喇们'1002,C'hiaa)War噻HongRud(收稿日期：20∞903×修稿日期：2007．10．25) @m_邮局订阗号．82-945 360元，年，73— 通讯地址：(20u02上海上海古美路675弄19号1202童1 沙泉 匝亟遁圃 ˝ • ‰ ˚