基于Labwindow/CVI的T水溫采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

海南師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院 楊 葉

Labwindows是常用的編寫控制系統(tǒng)的軟件，基于它的采集系統(tǒng)可以通過(guò)串行通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的溫度采集，而且這樣的系統(tǒng)兼容性和擴(kuò)展性好，可以被集成在一個(gè)更大的系統(tǒng)里面實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的工業(yè)控制，具有良好的應(yīng)用前景。

1.系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的所有功能都是由上位機(jī)控制完成，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求可以抽象出具體的功能：

（1）能夠選擇串口端口并在點(diǎn)擊檢測(cè)之后能夠判斷此端口是否連接正常以及是否能夠正常的收發(fā)數(shù)據(jù)。

（2）能夠控制下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集并能隨時(shí)暫停采集；能夠根據(jù)采集上來(lái)的溫度值繪制出溫度波動(dòng)曲線。

（3）能夠任意設(shè)置溫度超限值并以此判斷采集的溫度是否超界。

（4）能保存當(dāng)前的波形圖并能夠恢復(fù)。

系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)主要分為溫度轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)采集處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機(jī)測(cè)控模塊。

溫度轉(zhuǎn)換電路將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，其最關(guān)鍵的就是溫度傳感器電路；單片機(jī)采集處理模塊對(duì)此模擬電信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并進(jìn)行計(jì)算處理從而獲得上位機(jī)所需數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊是單片機(jī)與PC機(jī)的接口電路，單片機(jī)輸出的數(shù)據(jù)與上位機(jī)的控制信號(hào)都通過(guò)此模塊進(jìn)行傳輸；上位機(jī)測(cè)控模塊對(duì)傳上來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到此時(shí)的溫度值，對(duì)單片的采集控制也是通過(guò)此模塊進(jìn)行的。在這些模塊中最關(guān)鍵的是設(shè)計(jì)溫度轉(zhuǎn)換電路，它對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的精度和誤差以及數(shù)據(jù)處理方式都會(huì)產(chǎn)生影響。

2.硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)部分主要分為3個(gè)部分，即溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸處理模塊。

2.1 溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)

準(zhǔn)備有效地計(jì)算某時(shí)刻水溫，其關(guān)鍵技術(shù)是準(zhǔn)確地測(cè)量此時(shí)刻PT1OO的電阻值，即怎樣將PT1OO的電阻值轉(zhuǎn)為電壓值供STC 12C541OAD采樣并由此計(jì)算出電阻值。常用的有兩種方案：一種是設(shè)計(jì)一個(gè)恒流源法；另一種是采用惠斯頓電橋法。

2.2 單片機(jī)數(shù)據(jù)采集處理模塊

電信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，如選用了內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換的STC12C541OAD單片機(jī)，可以有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）減少了單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片連接的外圍電路；（2）省去了模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片需要精確電壓的供電要求；（3）單片機(jī)的編程時(shí)減少了對(duì)外圍電路的復(fù)雜控制；（4）減少了調(diào)試時(shí)間和誤差。采用單片機(jī)數(shù)據(jù)采集中，主要方法是：通過(guò)多次采樣得到一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，然后對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行中值濾波、算術(shù)平均濾波、去極值平均濾波、加權(quán)平均濾波等方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)的傳輸是指單片機(jī)STC12C541OAD與PC機(jī)之間的通信，系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是單片機(jī)處理獲得的數(shù)據(jù)、對(duì)STC12C54 1OAD進(jìn)行ISP（在系統(tǒng)可編程）時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及上位機(jī)產(chǎn)生的控制信號(hào)。本系統(tǒng)主要研究水溫測(cè)試數(shù)據(jù)的收集和處理，在數(shù)據(jù)休集過(guò)程中，通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少，對(duì)實(shí)時(shí)性要求不高，應(yīng)采用常規(guī)的RS232串口MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片，以提高數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確率。

3.Labwindows/CVI功能實(shí)現(xiàn)

Labwindows/CVI系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)部分主要分為兩部分：（1）單片機(jī)程序設(shè)計(jì)。（2）CVI程序設(shè)計(jì)。

3.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)的主要技術(shù)

串口工作方式的確定是由寄存器SCON中的SMO、SM1決定，當(dāng)SMO=O，SM1=1時(shí)串口工作在方式一；常用的串口波特率為24OO、36OO、48OO、72OO、96OO、144OO等，本系統(tǒng)配置的波特率為96OO，所以定時(shí)器1的初始值為：TH=Oxfd、TL=Oxfd；為了保證波特率的穩(wěn)定，定時(shí)器1需工作在16位自動(dòng)重裝初值的方式。

3.2 CVI設(shè)計(jì)

Labwindows/CVI能將功能強(qiáng)大的C語(yǔ)言與測(cè)控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有靈活的交互式編程方法、豐富的庫(kù)函數(shù)，為開發(fā)人員建立檢測(cè)系統(tǒng)、自動(dòng)測(cè)試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)提供了理想的軟件開發(fā)環(huán)境。更重要的是它是集成式的開發(fā)環(huán)境，可利用其提供的庫(kù)函數(shù)方便的創(chuàng)建基于DAQ、GPIB、PXI、VXI、串口和以太網(wǎng)的虛擬儀器系統(tǒng)。其功能主要包括：數(shù)據(jù)的采集與接收、數(shù)據(jù)的保存、數(shù)據(jù)的顯示和串口檢測(cè)。

4.結(jié)束語(yǔ)

以LabWindows／CVI虛擬儀器為軟件開發(fā)平臺(tái)，用STC12C541OAD來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度傳感器，不僅在其內(nèi)部就能進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，而且輸出的數(shù)據(jù)可以直接供單片機(jī)處理，提高了系統(tǒng)在采集水溫?cái)?shù)據(jù)時(shí)的抗干擾性和可靠性，精度高，有利于在復(fù)雜環(huán)境的布線工作，適用于工業(yè)其他領(lǐng)域或行業(yè)的溫度測(cè)量。

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