基于LabVIEW的無線溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：基于虛擬儀器設(shè)計(jì)理論，以LabVIEW8．5為軟件開發(fā)平臺(tái)，低功耗單片機(jī)P89LV51RD2為硬件核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)溫度測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器TMPll2，配合單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度采集系統(tǒng)。通過ZigBee無線通信模塊SZ05與計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，并由軟件平臺(tái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯示、分析及存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度的PID控制。該系統(tǒng)功耗低，測(cè)量精度高，界面友好，易于操作，可擴(kuò)展性強(qiáng)且成本低。
關(guān)鍵詞：P89LV51RD2；TMPll2；LabVIEW；溫度測(cè)控；無線通信；PID控制

引言
傳統(tǒng)的溫度測(cè)量?jī)x器，其功能及規(guī)格是單一固定的，用戶無法根據(jù)自己的需要改變。NI公司提出的虛擬儀器概念，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，使測(cè)控儀器發(fā)生了巨大變革。LabVIEW是NI公司開發(fā)的一種虛擬儀器平臺(tái)，而目前利用LabVIEW進(jìn)行的開發(fā)通常都是建立在LabVIEW所支持的價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集板卡之上的。為解決這一問題，本系統(tǒng)采用低功耗單片機(jī)P89LV51RD2和低功耗溫度傳感器TMPll2組成溫度采集節(jié)點(diǎn)，并通過無線通信模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通信，不僅取代了價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集卡，大大降低了系統(tǒng)成本，而且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時(shí)，溫度采集節(jié)點(diǎn)的低功耗特性，降低了ZigBee組網(wǎng)時(shí)對(duì)電源的要求，便于進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

1 系統(tǒng)的組成及工作原理
圖1給出了系統(tǒng)組成框圖，該溫度測(cè)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、溫度測(cè)量電路、溫度控制電路以及無線通信電路組成。TMPll2溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，將溫度數(shù)字量傳送給P89LV51RD2后，通過數(shù)碼管LED電路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度顯示。同時(shí)，P89LV51RD2將溫度數(shù)據(jù)通過無線通信模塊SZ05發(fā)送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，運(yùn)行于PC機(jī)上的LabVIEW控制平臺(tái)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、溫度報(bào)警及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。另外，控制平臺(tái)采樣輸入信號(hào)，利用LabVIEW中的PID控制器進(jìn)行PID控制，將控制量通過無線模塊發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)輸出控制量實(shí)現(xiàn)溫度控制。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 溫度測(cè)量顯示電路
本系統(tǒng)采用TI公司于2009年6月推出的高精度低功耗數(shù)字溫度傳感器TMPll2來實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。該傳器具有如下特點(diǎn)：
◆測(cè)溫范圍為-40～125℃；
◆0～65℃溫度范同內(nèi)精度達(dá)O．5℃，-40～125℃范圍內(nèi)精度達(dá)1℃；
◆12位分辨率，測(cè)量值的讀取精度達(dá)到0．0625℃；
◆正常操作模式的最大靜態(tài)電流為10μA，關(guān)機(jī)模式則為1μA；
◆電源范圍1．4～3．6 V；
◆SMBus／兩線式串行接口，總線上最多可連接4個(gè)該傳感器。
從功耗、精度、接口等方面綜合考慮，采用P89LV51RD2與TMPll2組成溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)。雖然P89LV51RD2單片機(jī)沒有專用的I2C總線接口，但可以使用軟件模擬I2C總線，來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與TMPll2的通信。利用單片機(jī)的I／O口P1．0和P1．1分別模擬I2C總線的SDA和SCL信號(hào)，故只需將單片機(jī)的P1．O和P1．1引腳分別與TMPll2的SDA和SCL引腳相連(注意需要上拉)。P89LV51RD2通過I2C總線讀取溫度數(shù)據(jù)后，由5個(gè)數(shù)碼管顯示溫度值，包括百位(或符號(hào)位)、十位、個(gè)位與2個(gè)小數(shù)位。