基于虚拟仪器的温度采集系统
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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。
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。
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：
目录
1. 绪论-------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 设计意义--------------------------------------------------------------------------------1 1.2 国内外的研究状况及发展趋势---------------------------------------------------- 1 1.3 主要研究内容--------------------------------------------------------------------------2
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。
5.系统调试----------Leabharlann Baidu----------------------------------------------------------------------------- 9 6.结论---------------------------------------------------------------------------------------------- 9 7.参考文献---------------------------------------------------------------------------------------- 9 8.附录-------------------------------------------------------------------------------------------- 10
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
程序清单----------------------------------------------------------------------------------- 10
I
[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
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。
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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，
4.上位机设计------------------------------------------------------------------------------------- 6 4.1 前面板设计----------------------------------------------------------------------------6 4.2 后面板设计-----------------------------------------------------------------------------7
AT89C52
RS-232
PC 机
2.2 设计任务
图 2.1.1 系统整体设计框图
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
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3.下位机设计------------------------------------------------------------------------------------- 5 3.1 硬件设计------------------------------------------------------------------------------- 5 3.2 软件设计------------------------------------------------------------------------------- 6
II
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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。
2.3.2 下位机总体设计
图 2.3.1 RS-232 串口通信电路
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 0CCH SKIP ROM 命令→发 44H 开始转换 命令→延时→复位→发 0CCHSKIP ROM 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，
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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。
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。
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
2.系统整体设计---------------------------------------------------------------------------------- 2 2.1 整体设计--------------------------------------------------------------------------------2 2.2 设计任务--------------------------------------------------------------------------------2 2.3 系统方案选择--------------------------------------------------------------------------2
图 2.3.2 DS18B20 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。
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。
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：
目录
1. 绪论-------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 设计意义--------------------------------------------------------------------------------1 1.2 国内外的研究状况及发展趋势---------------------------------------------------- 1 1.3 主要研究内容--------------------------------------------------------------------------2
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。
5.系统调试----------Leabharlann Baidu----------------------------------------------------------------------------- 9 6.结论---------------------------------------------------------------------------------------------- 9 7.参考文献---------------------------------------------------------------------------------------- 9 8.附录-------------------------------------------------------------------------------------------- 10
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
程序清单----------------------------------------------------------------------------------- 10
I
[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
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。
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，
4.上位机设计------------------------------------------------------------------------------------- 6 4.1 前面板设计----------------------------------------------------------------------------6 4.2 后面板设计-----------------------------------------------------------------------------7
AT89C52
RS-232
PC 机
2.2 设计任务
图 2.1.1 系统整体设计框图
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
第3页
3.下位机设计------------------------------------------------------------------------------------- 5 3.1 硬件设计------------------------------------------------------------------------------- 5 3.2 软件设计------------------------------------------------------------------------------- 6
II
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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。
2.3.2 下位机总体设计
图 2.3.1 RS-232 串口通信电路
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 0CCH SKIP ROM 命令→发 44H 开始转换 命令→延时→复位→发 0CCHSKIP ROM 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，
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。
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。
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
2.系统整体设计---------------------------------------------------------------------------------- 2 2.1 整体设计--------------------------------------------------------------------------------2 2.2 设计任务--------------------------------------------------------------------------------2 2.3 系统方案选择--------------------------------------------------------------------------2
图 2.3.2 DS18B20 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。