基于LabView多点温度监测系统的设计

Research and Exploration |研究与探索•监测与诊断

基于LabView多点温度监测系统的设计

刘文科，谢乐聪，刘家凯，许海林

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯154007)

摘要：虚拟仪器其优势在于可实现传统仪器的基本功能，可根据用户的实际需求改变仪器定义，完美地展现了虚拟仪 器的实用性和灵活性，实现多种多样的应用需求。本设计是以LabView作为开发平台设计的虚拟仪器作为上位机，单片机 作为下位机联合组成的系统。上位机是通过USB通信模块接收来自下位机采集的多点温度数据，下位机是通过STC89C52单 片机作为主控芯片，利用数字温度传感器采集温度数据、无线传输实现远距离数据传输，最终达到多点温度数据采集并传 输给上位机。经过安装调试，实现了各种基本功能。

关键词：LabView;无线传输；温度传感器；单片机

中图分类号：TP274 文献标识码：A文章编号：1671-0711 (2016) 11 (下）-0072-02

1引言

1.1课题的来源及研究目的和意义

课题来源于虚拟仪器的迅速发展以及相关技术在农业工业等各种领域的成熟。研究目的及意义：温度与生产及生活密切相关，环境温度的测量有着很广泛而重要的意义。作为仪器技术和计算机技术完美结合的虚拟仪器技术提供了一个很好的解决方案来应对这个难题。使用虚拟仪器技术，只要将需要测量的信号通过I/O接口设备采集后送入计算机，再通过虚拟仪器开发工具和利用计算机强大的数据分析、处理功能以及显示器的强大显示能力，可满足特殊测试的要求。同时随着无线设备的兴起，采 用无线传输的方式对数据进行发送、接收，减少不必要的线路设备开支。

1.2国内外的研究现状

虚拟仪器目前在国外发展很快，美国国家仪器公司（N I公司）等一些元器件厂商已经在市场上推出了基于虚拟仪器技术设计的商品化仪器产品。

1.3本课题的主要内容

本设计上位机以LabView为基础实现环境温度的控制与显示功能，由S T C89C52单片机作为下位机主控制芯片，温度传感器D S18B20、无线数据传输模块n R F24L01构成温度采集、传输系统，A M S1117芯片构成3.3V电平转换电路。

2系统的方案选择及硬件设计

目前温度监测在工业、农业和生活中都有广泛的应用，采用虚拟仪器的方式进行数据监测控制具

基金项目：（黑龙江省大学生创新创业训练计划项目，项目编号201410222015 )。有很大优势。因为数据采集的方式很多，如何选择

数据采集芯片在设计中是非常重要的，好的选择可

以肢发难度降低，开发时间减短，降低开发成本，

使产品更快地推向市场。同样主控芯片和接口芯片

在整个系统的构建中也有重要的意义。

2.1系统总体方案设计及选择

(1)上位机软件选择。考虑到LabView在工程上的应用广泛、开发周期短、易学习、数据采集方

面出色、仅通过程序流程图的理解就可利用图形来

开发程序，并且在调试修改方面简洁。综合考虑决

定LabView进行上位机软件的开发。

(2)上位机与下位机的通讯方式的选择。综合上述条件，本设计上位机决定选用LabView为编程语

言设计上位机软件，下位机决定选用S T C89C52作

为主从机主控芯片，主从机之间采用无线数据传输

模块通信，主机用串口通信的方式进行上下位机通

信。主机部分包括：主控制芯片、温度传感器、无

线数据传输模块、接口电路、电源模块。从机部分

包括：主控制芯片、温度传感器、无线数据传输模块、

电源模块。

2.2系统硬件分析及选择

(1)主控制器选择。中和多方因数，考虑到本次设计的成本、安全性、便捷性，因此采用

S T C89C52芯片作为本设计中的主控芯片。

(2)温度传感器选择。数字温度传感器

D S18B20采用“一线总线”接□。将温度转化为串

行数字信号直接供处理器处理，具有功耗低、性能高、

抗干扰能力强的特点。

(3) 3.3V电压转换芯片选择。A M S1117是一

款三端线性稳压电路。本系统中H R F24L01无线收

发模块需要的电压为1.9 ~ 3.6V,因此采用固定版

本型号3.3V输出的A M S1117作为电压转换芯片。

2.3系统硬件电路设计

72 中国设备工程2016.1K下）

Engineering 工程

(1) 温度数据采集总电路设计。为了达到体 积小、功耗低、方便、成本低等特点，温度数据采 集电路主要由单片机STC 89C 52、数字温度传感器 DS 18B 20、电平转换芯片AMS 1117、无线收发模块 nRF 24L 01 构成。

(2) 单片机最小系统电路设计。该系统由晶振 11.0592M 、无极性电容30pf 、极性电容10uF 、电 阻10K 构成，晶振产生单片机工作的时钟频率。

3系统软件设计

通过软件的设计可以使硬件在此程序的控制下 按命令执行，从而通过调试达到设计要求。

3.1 DS 18B 20温度采集部分软件设计

根据要求，需要对温度采集模块编程测出所需 要的数据。因此必须通过对DS 18B 20芯片的数据手 册的分析才可以了解到DS 18B 20芯片具体使用方 法，下面就根据数据手册的内容对DS 18B 20芯片进 «程

。

3.2 nRF 24L 01收发部分软件设计

nRF 24L 01收发部分软件设计参照系统规程不变。3.3 LabView 上位机软件设计

(1) 上位机程序流程图。上位机的工作流程是 先由登陆模块进行登陆操作，判断是否有操作权限。 登陆成功后由串口通信模块接收来自下位机的数据, 经过数据处理模块的处理后分别将信号送给显示模 块、温度报警模块、数据储存模块完成相应的数据 显示功能、温度报警功能、历史数据记录储存功能。

(2) 串口通信模块程序设计。串口通信模块主 要是通过LabView 的VISA 来实现的。VISA (虚拟仪 器软件结构体系）是在所有LabView 工作平台上控制

VXI 、GPID 、RS -232以及其他种类仪器的单接口 程序库。VISA 提供了简单

易用的控制函数集，具有 简单的应用形式。

4安装与调试

在系统硬件电路设计 和软件程序设计后，需要 进行安装和调试工作。安 装过程包括硬件电路的安 装和软件驱动的安装。其 中，软件驱动的安装包括 PL 2303U S B 转 TTL 接口部 分驱动软件的安装和VISA 驱动的安装。

4.1安装过程

(1 ) PL 2303USB 转TTL 接口部分驱动软件的安装。

(2) VISA 驱动的安装。(3 )硬件电路的安装。4.2调试过程

调试过程主要分为下位机调试、上位机调试和 系统联调。参照电路原理图，找齐元器件，分别检 测各元器件是否正常，有无损坏，确认无误之后焊 接到电路板上。焊好后先用万用表测试有无短路现 象，保证电路能够正常工作。确认数据无误之后进 行上位机调试，打开LabView 软件，设置好相应串口 参数，点击连续运行按钮观察得到的数据。改变当 前温度，进行系统联调。可用手指捏住DS 18B 20温 度传感器，改变传感器周围的温度，观察得到的数 据变化，至此设计完成系统正常运行。

图1所示是调试好的上位机正常工作的界面， 从图1中看出，系统可以正常工作显示当前温度数 值，并将显示的温度信息记录在表格控件中形成历 史记录。

5结束语

通过硬件和软件测试、联调，最终达到了本设 计的基本要求。本系统克服了传统的的专用仪器无 法与计算机连接进行数据处理及显示储存、成本高、 更新升级慢、仪器灵活性差等问题，同样也克服了 不同点之间数据传输不便等问题。

系统未解决问题：无法控制测温间隔时间； 串口通信有距离限制；数据传输时的偶尔错误； nRF 24L 01无线传输距离上的限制；判断数据错误 时的表格空白写入；电路对传感器电磁干扰等问题。

图1

上位机温度数据采集界面

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