基于LabVIEW的單片機(jī)溫度自動(dòng)測(cè)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(tái)，他是一種用圖標(biāo)代碼來代替文本式編程語言創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)工具。Lab-VIEW功能強(qiáng)大，提供了豐富的數(shù)據(jù)采集、分析和存儲(chǔ)庫函數(shù)以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232/485在內(nèi)的各種儀器通信總線標(biāo)準(zhǔn)的所有功能函數(shù)。利用LabVIEW設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可模擬采集各種信號(hào)，但是配備NI公司的數(shù)據(jù)采集板卡比較貴，在實(shí)際開發(fā)中可選用單片機(jī)小系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

冷庫是發(fā)展冷藏業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)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(chǎn)、果蔬、速凍食品通過預(yù)冷、加工、貯存和冷藏運(yùn)輸，有效地保持食品的外觀、色澤、營養(yǎng)成分及風(fēng)味物質(zhì)，達(dá)到食品保質(zhì)保鮮，延長食品保存期的目的，起到調(diào)劑淡、旺季市場(chǎng)的需求并減少生產(chǎn)與銷售過程中經(jīng)濟(jì)損耗的作用。在這些實(shí)際應(yīng)用中，溫度是冷庫的一個(gè)很重要的指標(biāo)，因此，本文設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的單片機(jī)溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，并對(duì)其系統(tǒng)的組成、實(shí)現(xiàn)給出了詳細(xì)描述。

2 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)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(jī)以及MAX232組成。由單片機(jī)組成的小系統(tǒng)對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行采

集、調(diào)理和轉(zhuǎn)換，然后通過RS 232串口通訊將數(shù)據(jù)送給計(jì)算機(jī)，在LabVIEW開發(fā)平臺(tái)下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理、分析，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示和打印，最后由PC機(jī)顯示實(shí)時(shí)測(cè)量的冷庫的8個(gè)冷凍室的溫度，從而實(shí)現(xiàn)了一種在Lab-VIEW環(huán)境下的單片機(jī)溫度自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

2.1 硬件電路設(shè)計(jì)

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(chǎn)的集成電路溫度傳感器AD590，該溫度傳感器具有體積小、測(cè)溫精度高、穩(wěn)定性好、反應(yīng)速度快、線性度好、能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。這種溫度傳感器特別容易和微電腦配合，組成自動(dòng)測(cè)溫系統(tǒng)。放大電路選用AD627，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換并放大到0～5 V范圍，然后送到A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路選用內(nèi)部帶有鎖存器和8路模擬開關(guān)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(dòng)ADC0809的工作過程是：先送通道號(hào)地址到ADDA，ADDB，ADDC，由ALE信號(hào)鎖存通道號(hào)地址，后讓START有效，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，即執(zhí)行一條“MOVX@DPTR，A”指令產(chǎn)生WR信號(hào)，使ALE，START有效，鎖存通道號(hào)并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請(qǐng)中斷。在中斷服務(wù)程序中，“MOVX A，@DPTR”產(chǎn)生RD信號(hào)，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(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序、中斷服務(wù)子程序等。軟件流程圖如圖2所示。

主程序的功能：負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的管理工作，如對(duì)89C51外部中斷方式進(jìn)行設(shè)置，建立數(shù)據(jù)指針，置通道初值，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換和上位機(jī)進(jìn)行通訊等。

中斷服務(wù)程序的功能：讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)，更改通道號(hào)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址指針并判斷8個(gè)通道是否采集完畢，未完則繼續(xù)啟動(dòng)下一個(gè)通道;若8個(gè)通道已轉(zhuǎn)換完畢，則重新設(shè)置通道號(hào)初值，再次啟動(dòng)IN0通道。

3 LabVIEW下的串行通訊設(shè)計(jì)

3.1 VISA介紹

由于使用計(jì)算機(jī)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(shè)備設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu))這種通用的儀器驅(qū)動(dòng)軟件結(jié)構(gòu)就是為解決這些問題而產(chǎn)生的。作為通用I/O標(biāo)準(zhǔn)，VISA具有與儀器硬件接口和具體計(jì)算機(jī)無關(guān)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(shí)，不必考慮接口總線類型。針對(duì)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(shè)備中讀取數(shù)據(jù)的子VI;

(4)VISA Close：VI關(guān)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(nèi)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(shè)計(jì)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(gè)方框圖代表一個(gè)功能模塊即子VI，程序執(zhí)行的過程是條件滿足方式，當(dāng)一個(gè)功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產(chǎn)生輸出，傳送給下

一個(gè)模塊。程序的動(dòng)態(tài)流程可以通過點(diǎn)亮Block Diagram工具欄上的Highlight Execution小燈泡看到。

3.2 串行通訊程序設(shè)計(jì)

首先是對(duì)串口的初始化設(shè)置：波特率為默認(rèn)值9 600，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無校驗(yàn)位，串口號(hào)為1。當(dāng)系統(tǒng)開啟時(shí)，通過VISA Write.vi向單片機(jī)發(fā)送“發(fā)送請(qǐng)求命令1”由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對(duì)字符串的讀寫，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí)，必須進(jìn)行字符串與數(shù)字之間的正確轉(zhuǎn)換，在這里我們通過調(diào)用一個(gè)“組串”子VI來實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。在收到上位機(jī)的發(fā)送請(qǐng)求命令后，單片機(jī)則回應(yīng)應(yīng)答信號(hào)3，上位機(jī)通過VISA Read.vi節(jié)點(diǎn)讀取單片機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，并且判斷是否收到3來控制順序結(jié)構(gòu)中的While循環(huán)。若上位機(jī)沒收到單片機(jī)的應(yīng)答信號(hào)則重發(fā)“發(fā)送請(qǐng)求命令”，若收到應(yīng)答信號(hào)則執(zhí)行順序結(jié)構(gòu)的第二步。在順序結(jié)構(gòu)第二步中，我們將通過VISA Read.vi讀取數(shù)據(jù)，用實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件Waveform Chart顯示。圖3給出了上位機(jī)對(duì)PIC單片機(jī)進(jìn)行讀操作的框圖程序。

4 前面板設(shè)計(jì)

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

5 結(jié) 語

在實(shí)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(jié)合以單片機(jī)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(qiáng)的工程實(shí)用性，可廣泛應(yīng)用于測(cè)試控制領(lǐng)域。