基于Labwindow/CVI的T水溫采集系統設計與實現

海南師范大學物理與電子工程學院 楊 葉

Labwindows是常用的編寫控制系統的軟件，基于它的采集系統可以通過串行通信實現遠距離的溫度采集，而且這樣的系統兼容性和擴展性好，可以被集成在一個更大的系統里面實現復雜的工業控制，具有良好的應用前景。

1.系統總體功能設計

本系統的所有功能都是由上位機控制完成，根據系統設計要求可以抽象出具體的功能：

（1）能夠選擇串口端口并在點擊檢測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數據。

（2）能夠控制下位機的數據采集并能隨時暫停采集；能夠根據采集上來的溫度值繪制出溫度波動曲線。

（3）能夠任意設置溫度超限值并以此判斷采集的溫度是否超界。

（4）能保存當前的波形圖并能夠恢復。

系統功能設計主要分為溫度轉換電路、單片機采集處理模塊、數據傳輸模塊、上位機測控模塊。

溫度轉換電路將溫度信號轉換為電信號，其最關鍵的就是溫度傳感器電路；單片機采集處理模塊對此模擬電信號進行A/D轉換并進行計算處理從而獲得上位機所需數據；數據傳輸模塊是單片機與PC機的接口電路，單片機輸出的數據與上位機的控制信號都通過此模塊進行傳輸；上位機測控模塊對傳上來的數據進行處理得到此時的溫度值，對單片的采集控制也是通過此模塊進行的。在這些模塊中最關鍵的是設計溫度轉換電路，它對整個系統的精度和誤差以及數據處理方式都會產生影響。

2.硬件設計

硬件設計部分主要分為3個部分，即溫度轉換電路設計，單片機數據采集處理模塊和數據傳輸處理模塊。

2.1 溫度轉換電路設計

準備有效地計算某時刻水溫，其關鍵技術是準確地測量此時刻PT1OO的電阻值，即怎樣將PT1OO的電阻值轉為電壓值供STC 12C541OAD采樣并由此計算出電阻值。常用的有兩種方案：一種是設計一個恒流源法；另一種是采用惠斯頓電橋法。

2.2 單片機數據采集處理模塊

電信號轉化為數字信號，如選用了內部集成了A/D轉換的STC12C541OAD單片機，可以有如下優點：（1）減少了單片機與模數轉換芯片連接的外圍電路；（2）省去了模數轉換芯片需要精確電壓的供電要求；（3）單片機的編程時減少了對外圍電路的復雜控制；（4）減少了調試時間和誤差。采用單片機數據采集中，主要方法是：通過多次采樣得到一個A/D轉換的數據序列，然后對這個數據序列進行中值濾波、算術平均濾波、去極值平均濾波、加權平均濾波等方法進行數據處理。

2.3 數據傳輸模塊

數據的傳輸是指單片機STC12C541OAD與PC機之間的通信，系統中傳輸的數據主要是單片機處理獲得的數據、對STC12C54 1OAD進行ISP（在系統可編程）時產生的數據以及上位機產生的控制信號。本系統主要研究水溫測試數據的收集和處理，在數據休集過程中，通信傳輸的數據量較少，對實時性要求不高，應采用常規的RS232串口MAX232電平轉換芯片，以提高數據采集的準確率。

3.Labwindows/CVI功能實現

Labwindows/CVI系統軟件功能實現部分主要分為兩部分：（1）單片機程序設計。（2）CVI程序設計。

3.1 單片機程序設計的主要技術

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

3.2 CVI設計

Labwindows/CVI能將功能強大的C語言與測控技術有機結合，具有靈活的交互式編程方法、豐富的庫函數，為開發人員建立檢測系統、自動測試環境、數據采集系統、過程監控系統提供了理想的軟件開發環境。更重要的是它是集成式的開發環境，可利用其提供的庫函數方便的創建基于DAQ、GPIB、PXI、VXI、串口和以太網的虛擬儀器系統。其功能主要包括：數據的采集與接收、數據的保存、數據的顯示和串口檢測。

4.結束語

以LabWindows／CVI虛擬儀器為軟件開發平臺，用STC12C541OAD來代替傳統溫度傳感器，不僅在其內部就能進行A/D轉換，而且輸出的數據可以直接供單片機處理，提高了系統在采集水溫數據時的抗干擾性和可靠性，精度高，有利于在復雜環境的布線工作，適用于工業其他領域或行業的溫度測量。

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