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基于LabVIEW的串口温度监控系统设计.doc

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.35M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    基于 LabVIEW 的串口温度监控系统设计 张兴成 20051001168 摘要：本系统利用 DS18B20 数字温度传感器和 Atmel 公司生产的 AVR 系列 ATmega16 单片机采集被测环境温度，将测得的数据经串口传给计算机。计算机利用 LabVIEW 的 VISA 读取串口数据并进行处理和显示，实现基于 VISA 的串口温度采集监控。 关键词：DS18B20 温度传感器 AVR 单片机 VISA 串口 1、 概述 实时数据采集是工业控制系统中必不可少的组成部分，是进行工业分析，工业处理 和工业控制的依据。近年来由于大规模集成电路、单片机、计算机等在工业控制领域中 的广泛应用，数字化的数据采集成为必然。这就对传感器的 A/D 性能，单片机的数据采 集、处理和传输性能，计算机接口与通信技术提出了更高的要求。 本系统采用 Atmel 公司生产的高速 8 位单片机 AVR 系列 ATmega16 单片机作为 温度数据采集和传输的主控芯片，温度传感器采用单总线方式的集成数字温度传感器 DS18B20 。采集得到的数据利用单片机经串口通讯的方式传输至计算机的串口。计算 机上位机软件采用数据处理能力超强的 LabVIEW 软件编写，利用其所带的 VISA 驱动 进行串口的数据采集和处理，实现基于 VISA 的串口温度采集监控。 2、 硬件设计 AVR 单片机是 1997 年由 ATMEL 公司研发出的增强型内置 Flash 的 RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速 8 位单片机。AVR 的单片机可以广泛应用于计算机 外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域，它与 51 单片 机、PIC 单片机相比具有一系列的优点： 1：在相同的系统时钟下 AVR 运行速度最快； 2: 芯片内部的 Flsah、EEPROM、SRAM 容量较大； 3：所有型号的 Flash、EEPROM 都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写(ISP)； 4：多种频率的内部 RC 振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围 电路也可以工作； 5：每个 IO 口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强； 6：内部资源丰富，一般都集成 AD、DA 模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C 通信口、丰富的中断源等。 目前支持 AVR 单片机编译器的语言主要有汇编语言、C 语言、BASIC 语言等。其 中 C 编译器主要有 CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR 等，C 语言编译器由于 它具有功能强大、 运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程 序设计上具有不可代替的地位。 DSl8B20 数字温度计提供 9 位(二进制)温度读数，指示器件的温度。信息经过单线 接口送入 DSl8B20 或从 DSl8B20 送出，因此从主机 CPU 到 DSl8B20 仅需一条线(和地 线) ，DSl8B20 的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。因为每一个 DSl8B20 在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个 DSl8B20 可以存放在同一条单线总线 上，这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。DSl8B20 的测量范围从-55 摄氏度到 +125 摄氏度增量值为 0.5 摄氏度。可在 l s(典型值)内把温度变换成数字。 系统的硬件设计主要分为四个部分：单片机、供电电路、DS18B20、串口通讯。
    图 1：单片机部分电路设计 单片机部分的电路设计如图 1 所示，主要包括复位电路、ISP 接口、JTAG 接口、晶振 电路、A/D 参考电压电路（此部分用于 AD 采集，本系统并未使用）。复位电路使用了钳位 二极管钳位，防止触点电压过高烧坏 RESET 引脚。 图 2：供电电路设计 图 3：DS18B20 电路设计 供电电路如图 2 所示，供电电路使用了 BM1117 进行稳压，防止电压过高烧坏单片机， 并可以提高系统适应电压的范围，即使供电电压高于单片机正常工作电压也可以由 BM1117 稳压到单片机正常工作电压的范围。 DS18B20 的工作电路如图 3 所示，采用外部供电而非总线供电的方式，只需一个电容 和两个电阻。
    串口通信采用 Max232 进行电平转换，电路原理图如图 4 所示，实物照片如图 5 所示。 图 4：串口通信电路 3、 软件设计 图 5：实物照片 下位机软件采用 C 语言编写，包括 DS18B20 的读写和串口通信两个主要部分。上位机 软件采用 LabVIEW 编写。相关程序段如下所示： 获取 DS18B20 数据： uint8 gettemp(void) { //读取温度值
    //复位 18b20 // 跳过 ROM // 温度变换 uint8 temh,teml,wm0,wm1,wm2,wm3,temp; init_1820(); write_1820(0xCC); write_1820(0x44); init_1820(); write_1820(0xCC); write_1820(0xbe); teml=read_1820(); temh=read_1820(); wm0=teml>>4; wm1=temh<<4; wm2=wm1+wm0; // 跳过 ROM // 读暂存存储器 //读数据 //16 进制转 10 进制 //只要高 8 位的低四位和低 8 位的高四位，温度范围 0~99 return wm2; } 系统下位机主函数： void main(void) { unsigned char i=0,tmp=0; USART_Init(9600); //波特率 9600 初始化串口 while(1) { tmp=gettemp(); USART_Transmit(tmp); } } 上位机软件采用当前测试测量应用最广泛的 LabVIEW 编写。LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界 和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW 集成了与 满足 GPIB、VXI、RS-232 和 RS-485 协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内 置了便于应用 TCP/IP、ActiveX 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。 利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有 趣。 图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。使用这种语言编程时，基本上不写程序代 码，取而代之的是流程图或流程图。它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉 的术语、图标和概念，因此，LabVIEW 是一个面向最终用户的工具。它可以增强你构 建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使 用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。 利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的３２位编译器。 像许多重要的软件一样，LabVIEW 提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh 的多种 版本。 上位机的软件前后面板如图 6 所示：
    4、 结束语 图 6 上位机软件前后面板视图 本系统利用数字化的温度传感器进行温度的采集监控，利用串口通信将采集的温度数据 传给电脑，利用电脑进行数据处理和显示。既实现了采集监控的功能，又可以进行数据 的进一步处理和分析。 附录：主要下位机程序代码 18B20.c #include "config.h" uint8 count,wmh,wml; //count 为实际温度,wmh 为温度的高位,wml 为温度的低位 void init_1820(void) { //设置数据端口为输出 //480us 以上 SET_TEM_DDR; SET_TEM_SDT; CLR_TEM_SDT; delay_us(480); SET_TEM_SDT; CLR_TEM_DDR; delay_us(20); //15~60us while(CHECK_TEM_SDT); SET_TEM_DDR; SET_TEM_SDT; delay_us(140); //60~240us } void write_1820(uint8 data) { uint8 i; for(i=0;i<8;i++) { CLR_TEM_SDT; if(data&(1<
    CLR_TEM_SDT; delay_us(40); SET_TEM_SDT; //15~60us } SET_TEM_SDT; } uint8 read_1820(void) { uint8 temp,k,n; temp=0; for(n=0;n<8;n++) { CLR_TEM_SDT; SET_TEM_SDT; CLR_TEM_DDR; k=CHECK_TEM_SDT; if(k) //从高到低再到高，产生读间隙 //设为输入 //读数据,从低位开始 temp|=(1<>4; wm1=temh<<4; wm2=wm1+wm0; return wm2; // 跳过 ROM // 读暂存存储器 //读数据 //只要高 8 位的低四位和低 8 位的高四位，温度范围 0~99 //16 进制转 10 进制 } Sio.c #include "config.h" void USART_Init( unsigned int baud )
    { unsigned int tmp; /* 设置波特率*/ tmp= F_CPU/baud/16-1; UBRRH = (unsigned char)(tmp>>8); UBRRL = (unsigned char)tmp; /* 接收器与发送器使能*/ UCSRB = (1<
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