基于Lab WindowsCVI多点温度检测系统的设计
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《装备制造技术》２０１２ 年第 １１ 期
基于 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 多点温度检测系统的设计
赵亮
（陕西理工学院 机械工程学院，陕西 汉中 ７２３００３）
摘 要：采用 ＣＡＮ 总线技术，设计了对魔芋烘干线流化床内多点温度进行检测的硬件电路，利用 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 软 件开发平台，开发了友好交互界面，实现了对多点温度进行采集和实时显示等功能。 关键词：温度检测；Ｌａｂ Ｗｉｄｏｗｓ／ＣＶＩ；ＣＡＮ 总线
１ 检测系统的整体要求
３ 检测系统的硬件设计
系统要求对 ２４ 点的温度进行检测，且每 ６ 个检 测点为一个检测单元，并能够对采集的温度值在工控 设备上进行保存和实时显示温度曲线的功能。温度观 测点到到现场温度检测点的距离最大不超过 １ ｋｍ。
２ 检测系统的总体设计
由于系统要求能够对采集温度值进行保存，并 且能看到温度的变化曲线，所以需要用组态软件开 发一个上位机界面，在本系统中使用 ＮＩ 公司的 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 软件进行上位机界面的开发。
中图分类号：ＴＰ２７４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）１１－００３９－０３
虚拟仪器技术是在计算机技术的基础上发展起 来的，是计算机技术和测试技术相结合的产物，其能 够充分利用计算机强大的运算处理功能，突破传统 测量仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限 制。在魔芋烘干的过程中，振动流化床内的温度对魔 芋烘干的品质影响很大，为了更好地观察魔芋在烘 干的过程中流化床内的温度值，本文利用 ＬａｂＷｉｎ－ ｄｏｗｓ／ＣＶＩ 软件，开发了对振动流化床内多点温度进 行测量的测试系统，可以实时对温度进行检测和显 示，并具有存储的功能。
ＶＲＥＦ ＧＮＤ
７ ６ ３
２
ＣＡＮＨ ＣＡＮＬ
ＶＣＣ
１２０
３０Ｋ
图 ３ 通信电路
４ 检测系统的软件设计
按照前面硬件电路的设计，需编写程序完成对 温度的采集、处理和显示等功能，所以在软件上可分 为上位机程序和下位机程序的设计。上位机程序主 要完成温度值的显示、保存和曲线的显示等功能；下 位机程序完成对温度的采集的功能。 ４．１ 上位机程序的设计
工控设备
ＣＡＮ／２３２ 转换器
ＣＡＮＨ ＣＡＮＬ
wk.baidu.com
ＣＡＮ 控制器 １＃ 温度检测
ＣＡＮ 控制器 ４＃ 温度检测
图 １ 系统总体设计
温度检测的过程为：每个温度检测模块实时检 测每个单元的温度值，通过 ＣＡＮ 总线网络发到工控 设备，在工控设备上进行温度值的显示，根据用户的 要求进行数据的保存和温度曲线的显示。
选用 ＮＩ 公司的 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ ／ＣＶＩ 交互式 Ｃ 语 言开发平台，该平台将 Ｃ 语言与用于数据采集分析 和显示的测控专业工具有机地结合起来，开发程序 效率较高、可靠性好。软件带有丰富的数字信号处理 库函数，界面设计方便灵活，能够满足系统的设计要 求。对整个系统的软件进行模块化设计，将功能划分 为系统的初始化、数据采集、数值的保存和结果的显 示等部分。
Ａ／Ｄ 转换的输入端，将模拟信号转换成数字信号，以
方便计算机的处理。其电路图如图 ２ 所示。
４－２０ｍａ １２０
ＡＩ０ １０Ｋ
１ＵＦ
图 ２ 温度检测电路
３．３ 通信电路的设计
Ｃ８０５１Ｆ０４１ 微处理器具有 ＣＡＮ 控制器，用 ＣＡＮ
协 议 进 行 串 行 通 信 ，ＣＡＮ 控 制 器 符 合 Ｂｏｓｃｈ 规 范
根据要求，每六个温度检测点为一个单元，所以 要设计 ４ 块检测板以完成对整个系统温度的检测。 考虑到现场环境恶劣，在检测电路板和工控设备之 间选择 ＣＡＮ 总线的通信方式。系统总体工作原理图 如图 １ 所示。
检测系统的硬件设计主要为下位机硬件电路的 设计，包括微处理器的选择、温度检测电路和通信电 路的设计。 ３．１ 微处理器的选择
温度传感器选用热电阻 ＰＴ１００，热电阻测温是基 于金属导体的电阻值随温度的变化而变化的这一特 性来进行温度测量的。ＰＴ１００ 是是一种稳定性和线性
收稿日期：２０１２－０８－０５ 作者简介：赵 亮（１９７８—），男，河北曲阳人，讲师，硕士学位，研究方向：机电液一体化研究。
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Equipment Manufacturing Technology No.11，2012
上位机操作界面可以对采集的 ２４ 点的温度值 进行实时显示，且具有保存功能，保存路径为软件的
图 ４ 上位机界面
安装位置，可以定时自动保存和也可以单次保存，方 便了操作者观察历史温度值。另外，其还具有对温度 值进行实时曲线显示，观察温度的变化情况的功能。 ４．２ 下位机程序的设计
（１）温度检测程序 Ｃ８０５１Ｆ０４１ 单片机的 ＡＤＣ０ 子系统包括可编程 模拟多路选择器、可编程增益放大器和逐次逼近寄 存器型 ＡＤＣ、集成了跟踪保持电路和可编程窗口检 测器。通过设置特殊功能寄存器来来选择输入通道、 基准电压、放大倍数和数据转换方式。其温度检测程 序流程图如图 ５ 所示。
微处理器选用 Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂ 公司生产的 Ｃ８０５１Ｆ０４１ 单片机，Ｃ８０５１Ｆ０４１ 处理器是完全集成的混合信号片 上系统型 ＭＣＵ，具有高速、流水结构 ８０５１ 兼容的 ＣＩＰ－５１ 内核。１２ 位 ８ 通道 ＡＤＣ，并且片内集成了一 个 ＣＡＮ２．０ 控制器，可以方便组建 ＣＡＮ 总线网络； ＭＣＵ 内部有 ＪＴＡＧ 接口和调试电路，可以通过 ＪＴＡＧ 接口使用安装在最终应用系统上的产品 ＭＣＵ 进行非 侵入式、全速、在系统调试。 ３．２ 测温电路的设计
２．０Ａ。ＣＡＮ 控制器包含一个 ＣＡＮ 核、消息 ＲＡＭ、消
息处理状态机和控制寄存器。ＣＡＮ 是一个协议控制
器，不提供物理层驱动器。在本系统选用 ＰＣＡ８２Ｃ２５０
作为 ＣＡＮ 通信的收发器，其电路图如图 ３ 所示。
ＣＡＮＴＸ １
ＣＡＮＲＸ ４ ８ ５
ＴＸＤ ＣＡＮＨ ＲＸＤ ＣＡＮＬ ＲＳ ＶＣＣ
比 较 好 的 铂 丝 热 电 阻 传 感 器 ，可 以 在 －２００ ℃ 到
６００ ℃ 之间工作，而生产线流化床内的温度是 ８０ ℃
至 １２０ ℃的范围。 在用热电阻 ＰＴ１００ 进行温度测量
时，用温度变送器将温度信号转变成 ４－２０ ｍＡ 的电
流信号，再通过调理电路到处理器 Ｃ８０５１Ｆ０４１ 的
基于 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 多点温度检测系统的设计
赵亮
（陕西理工学院 机械工程学院，陕西 汉中 ７２３００３）
摘 要：采用 ＣＡＮ 总线技术，设计了对魔芋烘干线流化床内多点温度进行检测的硬件电路，利用 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 软 件开发平台，开发了友好交互界面，实现了对多点温度进行采集和实时显示等功能。 关键词：温度检测；Ｌａｂ Ｗｉｄｏｗｓ／ＣＶＩ；ＣＡＮ 总线
１ 检测系统的整体要求
３ 检测系统的硬件设计
系统要求对 ２４ 点的温度进行检测，且每 ６ 个检 测点为一个检测单元，并能够对采集的温度值在工控 设备上进行保存和实时显示温度曲线的功能。温度观 测点到到现场温度检测点的距离最大不超过 １ ｋｍ。
２ 检测系统的总体设计
由于系统要求能够对采集温度值进行保存，并 且能看到温度的变化曲线，所以需要用组态软件开 发一个上位机界面，在本系统中使用 ＮＩ 公司的 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ 软件进行上位机界面的开发。
中图分类号：ＴＰ２７４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１２）１１－００３９－０３
虚拟仪器技术是在计算机技术的基础上发展起 来的，是计算机技术和测试技术相结合的产物，其能 够充分利用计算机强大的运算处理功能，突破传统 测量仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限 制。在魔芋烘干的过程中，振动流化床内的温度对魔 芋烘干的品质影响很大，为了更好地观察魔芋在烘 干的过程中流化床内的温度值，本文利用 ＬａｂＷｉｎ－ ｄｏｗｓ／ＣＶＩ 软件，开发了对振动流化床内多点温度进 行测量的测试系统，可以实时对温度进行检测和显 示，并具有存储的功能。
ＶＲＥＦ ＧＮＤ
７ ６ ３
２
ＣＡＮＨ ＣＡＮＬ
ＶＣＣ
１２０
３０Ｋ
图 ３ 通信电路
４ 检测系统的软件设计
按照前面硬件电路的设计，需编写程序完成对 温度的采集、处理和显示等功能，所以在软件上可分 为上位机程序和下位机程序的设计。上位机程序主 要完成温度值的显示、保存和曲线的显示等功能；下 位机程序完成对温度的采集的功能。 ４．１ 上位机程序的设计
工控设备
ＣＡＮ／２３２ 转换器
ＣＡＮＨ ＣＡＮＬ
wk.baidu.com
ＣＡＮ 控制器 １＃ 温度检测
ＣＡＮ 控制器 ４＃ 温度检测
图 １ 系统总体设计
温度检测的过程为：每个温度检测模块实时检 测每个单元的温度值，通过 ＣＡＮ 总线网络发到工控 设备，在工控设备上进行温度值的显示，根据用户的 要求进行数据的保存和温度曲线的显示。
选用 ＮＩ 公司的 Ｌａｂ Ｗｉｎｄｏｗｓ ／ＣＶＩ 交互式 Ｃ 语 言开发平台，该平台将 Ｃ 语言与用于数据采集分析 和显示的测控专业工具有机地结合起来，开发程序 效率较高、可靠性好。软件带有丰富的数字信号处理 库函数，界面设计方便灵活，能够满足系统的设计要 求。对整个系统的软件进行模块化设计，将功能划分 为系统的初始化、数据采集、数值的保存和结果的显 示等部分。
Ａ／Ｄ 转换的输入端，将模拟信号转换成数字信号，以
方便计算机的处理。其电路图如图 ２ 所示。
４－２０ｍａ １２０
ＡＩ０ １０Ｋ
１ＵＦ
图 ２ 温度检测电路
３．３ 通信电路的设计
Ｃ８０５１Ｆ０４１ 微处理器具有 ＣＡＮ 控制器，用 ＣＡＮ
协 议 进 行 串 行 通 信 ，ＣＡＮ 控 制 器 符 合 Ｂｏｓｃｈ 规 范
根据要求，每六个温度检测点为一个单元，所以 要设计 ４ 块检测板以完成对整个系统温度的检测。 考虑到现场环境恶劣，在检测电路板和工控设备之 间选择 ＣＡＮ 总线的通信方式。系统总体工作原理图 如图 １ 所示。
检测系统的硬件设计主要为下位机硬件电路的 设计，包括微处理器的选择、温度检测电路和通信电 路的设计。 ３．１ 微处理器的选择
温度传感器选用热电阻 ＰＴ１００，热电阻测温是基 于金属导体的电阻值随温度的变化而变化的这一特 性来进行温度测量的。ＰＴ１００ 是是一种稳定性和线性
收稿日期：２０１２－０８－０５ 作者简介：赵 亮（１９７８—），男，河北曲阳人，讲师，硕士学位，研究方向：机电液一体化研究。
39
Equipment Manufacturing Technology No.11，2012
上位机操作界面可以对采集的 ２４ 点的温度值 进行实时显示，且具有保存功能，保存路径为软件的
图 ４ 上位机界面
安装位置，可以定时自动保存和也可以单次保存，方 便了操作者观察历史温度值。另外，其还具有对温度 值进行实时曲线显示，观察温度的变化情况的功能。 ４．２ 下位机程序的设计
（１）温度检测程序 Ｃ８０５１Ｆ０４１ 单片机的 ＡＤＣ０ 子系统包括可编程 模拟多路选择器、可编程增益放大器和逐次逼近寄 存器型 ＡＤＣ、集成了跟踪保持电路和可编程窗口检 测器。通过设置特殊功能寄存器来来选择输入通道、 基准电压、放大倍数和数据转换方式。其温度检测程 序流程图如图 ５ 所示。
微处理器选用 Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂ 公司生产的 Ｃ８０５１Ｆ０４１ 单片机，Ｃ８０５１Ｆ０４１ 处理器是完全集成的混合信号片 上系统型 ＭＣＵ，具有高速、流水结构 ８０５１ 兼容的 ＣＩＰ－５１ 内核。１２ 位 ８ 通道 ＡＤＣ，并且片内集成了一 个 ＣＡＮ２．０ 控制器，可以方便组建 ＣＡＮ 总线网络； ＭＣＵ 内部有 ＪＴＡＧ 接口和调试电路，可以通过 ＪＴＡＧ 接口使用安装在最终应用系统上的产品 ＭＣＵ 进行非 侵入式、全速、在系统调试。 ３．２ 测温电路的设计
２．０Ａ。ＣＡＮ 控制器包含一个 ＣＡＮ 核、消息 ＲＡＭ、消
息处理状态机和控制寄存器。ＣＡＮ 是一个协议控制
器，不提供物理层驱动器。在本系统选用 ＰＣＡ８２Ｃ２５０
作为 ＣＡＮ 通信的收发器，其电路图如图 ３ 所示。
ＣＡＮＴＸ １
ＣＡＮＲＸ ４ ８ ５
ＴＸＤ ＣＡＮＨ ＲＸＤ ＣＡＮＬ ＲＳ ＶＣＣ
比 较 好 的 铂 丝 热 电 阻 传 感 器 ，可 以 在 －２００ ℃ 到
６００ ℃ 之间工作，而生产线流化床内的温度是 ８０ ℃
至 １２０ ℃的范围。 在用热电阻 ＰＴ１００ 进行温度测量
时，用温度变送器将温度信号转变成 ４－２０ ｍＡ 的电
流信号，再通过调理电路到处理器 Ｃ８０５１Ｆ０４１ 的