基于Labwindow/CVI的水溫測試系統研究與實現

摘 要 文章以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發平臺，以PC和STC12C5410AD單片機為主要硬件平臺，構建了水溫采集的虛擬儀器系統，介紹了系統的硬件設計和Labwindows/CVI功能的實現，包括溫度轉換電路設計、串口通信、單片機數據采集和傳輸的實現。

關鍵詞 LabWindows/CVI 虛擬儀器 串口通信

中圖分類號：O55文獻標識碼：A

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。將溫度信號轉化為電信號信號依賴于溫度傳感器，常用的溫度傳感器可以選用PT100。PT系列電阻是鉑熱電阻，其R/T轉換關系在-200~650℃溫度范圍內線性度已經非常接近直線，所以用它來作為溫度傳感器能做到精度高、穩定性好、性能可靠。

2 硬件設計

硬件設計部分主要分為三個部分，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，關鍵技術是準確地測量此時刻PT100的電阻值，即怎樣將PT100的電阻值轉為電壓值供STC12C5410AD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，如選用內部集成了A/D轉換的STC12C5410AD單片機，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STC12C5410AD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STC12C5410AD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。在數據采集過程中，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。

3 LabWindows虛擬儀器平臺軟件設計

表1

Labwindows/CVI有許多標準函數庫，其中的RS232函數庫提供了各種方式的串口通訊控制函數和IO函數，可分為打開IO關閉函數、IO讀寫函數、調制解調器控制函數、串口設置函數、寄存器狀態函數和回調函數6類。這里主要介紹串口檢測功能，代碼如表1：

4 結束語

STC12C5410AD單片機集成A/D轉換并兼容51指令的強大功能使得硬件電路開發變得更加的簡單和方便。以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發平臺，用STC12C5410AD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。

參考文獻

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