基于LabVIEW的單片機溫度自動測試系統(tǒng)

1 引 言

LabVIEW是美國國家儀器公司(National Instru-ment)開發(fā)的一種虛擬儀器平臺，他是一種用圖標代碼來代替文本式編程語言創(chuàng)建應用程序的開發(fā)工具。Lab-VIEW功能強大，提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲庫函數(shù)以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232/485在內的各種儀器通信總線標準的所有功能函數(shù)。利用LabVIEW設計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可模擬采集各種信號，但是配備NI公司的數(shù)據(jù)采集板卡比較貴，在實際開發(fā)中可選用單片機小系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行采集。

冷庫是發(fā)展冷藏業(yè)的基礎設施，也是在低溫條件下貯藏貨物的建筑群。食品保鮮主要以食品冷藏鏈為主，將易腐畜禽、水產、果蔬、速凍食品通過預冷、加工、貯存和冷藏運輸，有效地保持食品的外觀、色澤、營養(yǎng)成分及風味物質，達到食品保質保鮮，延長食品保存期的目的，起到調劑淡、旺季市場的需求并減少生產與銷售過程中經(jīng)濟損耗的作用。在這些實際應用中，溫度是冷庫的一個很重要的指標，因此，本文設計了一種基于LabVIEW的單片機溫度自動測試系統(tǒng)，并對其系統(tǒng)的組成、實現(xiàn)給出了詳細描述。

2 系統(tǒng)的組成結構及工作原理

本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由溫度傳感器和AT89C51單片機以及MAX232組成。由單片機組成的小系統(tǒng)對溫度信號進行采

集、調理和轉換，然后通過RS 232串口通訊將數(shù)據(jù)送給計算機，在LabVIEW開發(fā)平臺下，對數(shù)據(jù)進行各種處理、分析，并對信號進行存儲、顯示和打印，最后由PC機顯示實時測量的冷庫的8個冷凍室的溫度，從而實現(xiàn)了一種在Lab-VIEW環(huán)境下的單片機溫度自動測試系統(tǒng)。

2.1 硬件電路設計

系統(tǒng)的硬件電路如圖1所示，采用AT89C51作為主芯片，溫度傳感器選用由美國AD公司生產的集成電路溫度傳感器AD590，該溫度傳感器具有體積小、測溫精度高、穩(wěn)定性好、反應速度快、線性度好、能進行遠距離傳送和價格低廉等優(yōu)點。這種溫度傳感器特別容易和微電腦配合，組成自動測溫系統(tǒng)。放大電路選用AD627，將被測溫度轉換并放大到0～5 V范圍，然后送到A/D轉換器的輸入端。由于溫度的變化比較緩慢，因此在系統(tǒng)中可以不用采樣/保持器。模數(shù)轉換電路選用內部帶有鎖存器和8路模擬開關的ADC0809，他的分辨率為1/256，完全能滿足分辨率為±1℃的要求。

啟動ADC0809的工作過程是：先送通道號地址到ADDA，ADDB，ADDC，由ALE信號鎖存通道號地址，后讓START有效，啟動A/D轉換，即執(zhí)行一條“MOVX@DPTR，A”指令產生WR信號，使ALE，START有效，鎖存通道號并啟動A/D轉換。A/D轉換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。在中斷服務程序中，“MOVX A，@DPTR”產生RD信號，使OE端有效，打開輸出鎖存器三態(tài)門，使用“MOVX A，@DPTR“指令就可將8位數(shù)據(jù)讀人到CPU中。

2.2 軟件設計

系統(tǒng)軟件設計主要包括主程序、中斷服務子程序等。軟件流程圖如圖2所示。

主程序的功能：負責整個系統(tǒng)的管理工作，如對89C51外部中斷方式進行設置，建立數(shù)據(jù)指針，置通道初值，啟動A/D轉換和上位機進行通訊等。

中斷服務程序的功能：讀取A/D轉換后的數(shù)據(jù)，更改通道號及數(shù)據(jù)存儲器地址指針并判斷8個通道是否采集完畢，未完則繼續(xù)啟動下一個通道;若8個通道已轉換完畢，則重新設置通道號初值，再次啟動IN0通道。

3 LabVIEW下的串行通訊設計

3.1 VISA介紹

由于使用計算機控制的儀器逐步增多，出現(xiàn)了許多I/O控制軟件，一些是用戶自己開發(fā)的，一些是硬件接口廠家為其開發(fā)的硬件接口設備設計的，但他們都不具有通用性，這就給用戶帶來了許多麻煩，VISA(Virtual Instru-ment Software Architecture，虛擬儀器軟件體系結構)這種通用的儀器驅動軟件結構就是為解決這些問題而產生的。作為通用I/O標準，VISA具有與儀器硬件接口和具體計算機無關的特性，即VISA是面向器件功能，而不是面向接口總線的。使用他控制VXI，GPIB，RS 232等儀器時，不必考慮接口總線類型。針對計算機標準的串行口，Lab-VIEW提供了串行端口子模板。串行端口子模板中還包含許多的子模板(也稱子VI)，其中主要包括以下6個子VI：

(1)VISA Configure Setial Port：VI串行口初始化子VI;

(2)VISA Write：VI向串行口緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)的子VI;

(3)VISA Read：VI從串行口設備中讀取數(shù)據(jù)的子VI;

(4)VISA Close：VI關閉串行口的子VI;

(5)VISA Bytes at Serial Port：VI返回指定串行口中輸入緩沖區(qū)內的字節(jié)數(shù)子VI;

(6)VISA Serial Break：VI串行口中斷子VI。

LabVIEW是基于圖形化的程序設計語言，程序的核心代碼是類似于流程圖的方框圖和線條的連接。每個方框圖代表一個功能模塊即子VI，程序執(zhí)行的過程是條件滿足方式，當一個功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產生輸出，傳送給下

一個模塊。程序的動態(tài)流程可以通過點亮Block Diagram工具欄上的Highlight Execution小燈泡看到。

3.2 串行通訊程序設計

首先是對串口的初始化設置：波特率為默認值9 600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗位，串口號為1。當系統(tǒng)開啟時，通過VISA Write.vi向單片機發(fā)送“發(fā)送請求命令1”由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對字符串的讀寫，因此在數(shù)據(jù)處理時，必須進行字符串與數(shù)字之間的正確轉換，在這里我們通過調用一個“組串”子VI來實現(xiàn)此轉換。在收到上位機的發(fā)送請求命令后，單片機則回應應答信號3，上位機通過VISA Read.vi節(jié)點讀取單片機的應答信號，并且判斷是否收到3來控制順序結構中的While循環(huán)。若上位機沒收到單片機的應答信號則重發(fā)“發(fā)送請求命令”，若收到應答信號則執(zhí)行順序結構的第二步。在順序結構第二步中，我們將通過VISA Read.vi讀取數(shù)據(jù)，用實時趨勢圖控件Waveform Chart顯示。圖3給出了上位機對PIC單片機進行讀操作的框圖程序。

4 前面板設計

LabVIEW中的前面板就是圖形化用戶界面，用于設置輸入數(shù)值和觀察輸出量。本系統(tǒng)的前面板中設置波特率、串口號、數(shù)據(jù)位和停止位為控件，用實時趨勢圖控件Waveform Chart來顯示下位機實時采集到的數(shù)據(jù)。如圖4所示，給出本系統(tǒng)的前面板設計。

5 結 語

在實際開發(fā)中，LabVIEW表現(xiàn)了很好的靈活性。尤其是利用其提供的外部接口，結合以單片機為核心組成的小系統(tǒng)，可以很方便地完成數(shù)據(jù)采集及處理等功能，具有很強的工程實用性，可廣泛應用于測試控制領域。