基于Labwindow/CVI的水溫測試系統(tǒng)研究與實現(xiàn)

摘 要 文章以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發(fā)平臺，以PC和STC12C5410AD單片機為主要硬件平臺，構(gòu)建了水溫采集的虛擬儀器系統(tǒng)，介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計和Labwindows/CVI功能的實現(xiàn)，包括溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、串口通信、單片機數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)膶崿F(xiàn)。

關(guān)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(tǒng)的軟件，基于它的采集系統(tǒng)可以通過串行通信實現(xiàn)遠距離的溫度采集，而且這樣的系統(tǒng)兼容性和擴展性好，可以被集成在一個更大的系統(tǒng)里面實現(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

本系統(tǒng)的所有功能都是由上位機控制完成，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)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(fā)數(shù)據(jù)。（2）能夠控制下位機的數(shù)據(jù)采集并能隨時暫停采集；能夠根據(jù)采集上來的溫度值繪制出溫度波動曲線。（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）能保存當前的波形圖并能夠恢復(fù)。

系統(tǒng)功能設(shè)計主要分為溫度轉(zhuǎn)換電路、單片機采集處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、上位機測控模塊。

溫度轉(zhuǎn)換電路將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，其最關(guān)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(zhuǎn)換并進行計算處理從而獲得上位機所需數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊是單片機與PC機的接口電路，單片機輸出的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(guān)鍵的是設(shè)計溫度轉(zhuǎn)換電路，它對整個系統(tǒng)的精度和誤差以及數(shù)據(jù)處理方式都會產(chǎn)生影響。將溫度信號轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換關(guān)系在-200~650℃溫度范圍內(nèi)線性度已經(jīng)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(wěn)定性好、性能可靠。

2 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計部分主要分為三個部分，即溫度轉(zhuǎn)換電路設(shè)計、單片機數(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

準備有效地計算某時刻水溫，關(guān)鍵技術(shù)是準確地測量此時刻PT100的電阻值，即怎樣將PT100的電阻值轉(zhuǎn)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(shè)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(shù)據(jù)采集處理模塊

電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，如選用內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換的STC12C5410AD單片機，有如下優(yōu)點：（1）減少了單片機與模數(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）單片機的編程時減少了對外圍電路的復(fù)雜控制；（4）減少了調(diào)試時間和誤差。采用單片機數(shù)據(jù)采集中，主要方法是：通過多次采樣得到一個A/D 轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)序列，然后對這個數(shù)據(jù)序列進行中值濾波、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STC12C5410AD與PC機之間的通信，系統(tǒng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)主要是單片機處理獲得的數(shù)據(jù)、對STC12C5410AD進行ISP（在系統(tǒng)可編程）時產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及上位機產(chǎn)生的控制信號。在數(shù)據(jù)采集過程中，通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較少，對實時性要求不高，應(yīng)采用常規(guī)的RS232串口。

3 LabWindows虛擬儀器平臺軟件設(shè)計

表1

Labwindows/CVI有許多標準函數(shù)庫，其中的RS232函數(shù)庫提供了各種方式的串口通訊控制函數(shù)和IO函數(shù)，可分為打開IO關(guān)閉函數(shù)、IO讀寫函數(shù)、調(diào)制解調(diào)器控制函數(shù)、串口設(shè)置函數(shù)、寄存器狀態(tài)函數(shù)和回調(diào)函數(shù)6類。這里主要介紹串口檢測功能，代碼如表1：

4 結(jié)束語

STC12C5410AD單片機集成A/D轉(zhuǎn)換并兼容51指令的強大功能使得硬件電路開發(fā)變得更加的簡單和方便。以LabWindows/CVI虛擬儀器為軟件開發(fā)平臺，用STC12C5410AD來代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度傳感器，不僅在其內(nèi)部就能進行A/D轉(zhuǎn)換，而且輸出的數(shù)據(jù)可以直接供單片機處理，提高了系統(tǒng)在采集水溫數(shù)據(jù)時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)的溫度測量。

參考文獻

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