基于LabVIEW環境的溫度計設計

沈慧鈞

（太原理工大學信息學院，山西 太原 030024）

1 引言

溫度在人們日常生活、工業控制和科學實驗中都是非常重要的參數，溫度計技術發展很快，從原始的玻璃管溫度計發展到現在的熱電阻溫度計、熱電偶溫度計、數字溫度計、電子溫度計等等。隨著應用要求的提高，高精度采集的溫度計廣泛被采用。

圖形化編程語言的虛擬儀器集成開發環境LabVIEW是基于P C機而研制的一種儀器控制軟件和分析軟件的標準語言。為軟件開發和過程控制提供了最佳設計平臺，它可以極大的縮短開發周期，降低開發成本。

文章打破常規，利用LabVIEW環境作為實驗平臺，采用DS 18B20數字溫度傳感器構建數字溫度計對溫度進行連續的測量顯示、溫控報警，不僅提高了系統的可靠性而且還簡化了電路。

2 數字溫度計的硬件描述

2.1 溫度計系統

數字溫度計系統設計的內容主要分為三部分：一是對系統硬件部分的設計，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對系統軟件部分的設計；三是與設置上下報警溫度比較，當溫度超過設置范圍內時，實現報警。通過DS 18B20直接讀取被測溫度值，送入單片機進行數據處理，之后在P C機上進行輸出顯示，最終完成了數字溫度計的總體設計。

數字溫度計系統硬件部分由溫度傳感器、信號的處理、信號的采集及基于LabVIEW環境的溫度顯示組成，見圖1。

圖1 溫度計系統硬件框圖

2.2 DS 18B20數字溫度傳感器

傳感器是溫度計設計系統中的重要組成部分，它的精度靈敏度基本決定了溫度計的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。本設計中采用DS 18B20數字溫度計（傳感器），它采用獨特的單線接口方式，測溫范圍－55～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。增量值為0.5等效的華氏溫度范圍是-67 F～257F，可以程序設定9～12位的分辨率，在DS 18B20中的每個器件上都有獨一無二的序列號。傳感器輸出的電壓信號通過數據采集卡A/D轉換器轉換成數字信號，保存在數據采集卡數據緩沖中。

2.3 AT89C2051型單片機

本設計采用AT 89 C2051型單片機作為主控制器件。該芯片是美國ATMEL公司生產的低電壓、高性能CMOS8位、20腳單片機，片內含2 kbytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機數據存儲器（RAM），采用高密度、非易失性存儲技術生產，兼容標準M C S-51指令系統，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元。它可以控制DS18B20芯片的溫度轉化，能夠采集轉化后的溫度，然后將采集到的數值由12位串行雙D/A轉換器LTC1446輸出，轉換成實際的電壓信號。LTC1446為三線串行接口，最高數據更新度為500 k H Z。單片機系統與P C上位機的連接采用U0SB2.0通信電纜，將數據傳送到計算機內存中以數組的形式保存下來，用LabVIEW編程可視化界面實現對溫度的監控與顯示。

3 系統的軟件設計

系統的軟件設計包括PC上位機的監控軟件和AT89C2051單片機的系統軟件。

3.1 PC機的監控軟件設計

PC上位機的監控軟件設計采用的是LabVIEW圖形編程語言，該語言采用基于數據流圖形化編程方式，因此也被稱為G語言。PC機軟件設計包括前面板的設計和框圖程序設計兩部分，采用數字顯示與傳統的溫度計相比，具有讀數方便，用戶界面便捷的優點。

圖2 前面板設計

3.1.1 前面板設計

前面板包含一個溫度計、溫度顯示框、報警指示燈、停止運行按鈕。其中報警指示燈的作用是，當溫度上升超過某一溫度值（本設計為50℃）時，報警指示燈亮（變紅），見圖2。

3.1.2 框圖程序設計

測溫電路輸出的電壓信號通過數據采集卡A/D轉換器轉換成數字信號，然后在調用LabVIEW功能模板中的數據處理分析節點處理采集到的數據，并將處理后的數據以溫度的形式顯示到前面板上，見圖3。

圖3 框圖程序設計

4 結論

本設計采用A T 89 C 2051單片機作為主控核心，DS 18B20數字溫度傳感器作為測溫器件，測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃，采用LabVIEW圖形編程語言設計P C上位機的監控界面，數字顯示溫度，并實現溫度報警功能。與傳統的溫度計相比，該數字溫度計的設計具有讀數方便、測溫范圍廣、測溫準確等優點。

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