摘要：文中運用LabVIEW靈活的圖形化可視化編程技術，將單片機課程與虛擬儀器技術相結合，設計了基于LabVIEW的多點溫度采集處理演示及實驗系統(tǒng)。該系統(tǒng)以DS18B20為溫度傳感器，利用單片機為核心控制器設計了多點溫度數(shù)據(jù)采集下位機系統(tǒng);利用LabVIEW設計出具有良好界面的多點溫度數(shù)據(jù)采集上位機控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有實時數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)處理與分析、超限報警以及數(shù)據(jù)回放等功能。該系統(tǒng)交互性較好，可激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識。

在對多類型、多通道信號同時進行檢測和控制中，傳統(tǒng)的測控系統(tǒng)能力有限。如何將計算機與各種設施、設備結合。簡化人工操作并實現(xiàn)自動控制，滿足社會的需求，成為一個很迫切的問題。溫度檢測是現(xiàn)代檢測技術的重要組成部分，在保證產品質量、節(jié)約能源和安全生產等方面起著關鍵的作用。

PC機具有強大的監(jiān)控和管理功能，而單片機則具有快速及靈活的控制特點，通過PC機的RS-232串行接口與外部設備進行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。LabVIEW是一個劃時代的圖形化編程系統(tǒng)，應用于數(shù)據(jù)采集與控制、信號分析等方面，它為不熟悉文本語言編程的專業(yè)科技工作者在測控領域建立計算機儀器系統(tǒng)一虛擬儀器，提供了一個便捷、輕松的圖形化設計環(huán)境。文中主要是利用單片機、DS18B20以及LabVIEW軟件設計實現(xiàn)了多通道溫度采集實驗開發(fā)控制系統(tǒng);該系統(tǒng)具有很強的交互性、實時性和可視性，他能激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新意識，提高教學質量。

1 多點溫度采集系統(tǒng)

本系統(tǒng)采用AT89S51單片機作為溫度數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)闹骺匦酒瑴囟葌鞲衅饔脝慰偩€的DS18B20采集現(xiàn)場各點溫度數(shù)據(jù)，采集得到的數(shù)據(jù)利用單片機經串口傳給計算機。上位機采用數(shù)據(jù)處理能力超強的LabVIEW軟件編程，編程實現(xiàn)對讀取到的串口數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲、回放等功能。

多點溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由上位機部分和下位機兩部分組成。下位機部分由AT89S51單片機、DS18B20溫度傳感器、電平轉換芯片MAX232、電源電路、復位電路及晶振電路組成。當PC機發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令時，T89S51單片機啟動DS18B20溫度傳感器對外界溫度進行采集，將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳給AT89S51單片機，單片機再將接收到的溫度數(shù)據(jù)通過串口傳送給PC機。下位機采用LabVIEW軟件對接收到的串口數(shù)據(jù)進行處理、分析、顯示、保存、回放以及報警等相關操作。系統(tǒng)總體設計框如圖1所示。

2 系統(tǒng)下位機設計

2.1 多點溫度數(shù)據(jù)采集下位機設計

下位機由單片機系統(tǒng)、溫度傳感器、電平轉換電路、電源電路、RS-232串口、時鐘和復位電路組成。當單片機接收到由PC發(fā)送來的啟動采集命令后，單片機發(fā)出控制信號，啟動DS18B20溫度傳感器對外界制定的通道溫度進行采集并轉換成數(shù)字信號，然后將采集到的溫度數(shù)據(jù)傳給單片機，單片機再將接收到的溫度數(shù)據(jù)通過串口傳送給PC機。

2.2 溫度采集系統(tǒng)電路設計

先設計出單片機最小系統(tǒng);然后利用DS18B20數(shù)字溫度傳感器來設計溫度采集系統(tǒng)。該傳感器具有耐磨耐碰，體積小，使用方便的特點，適用于各種狹小空間數(shù)字測溫和控制領域。本系統(tǒng)是將8個傳感器的DQ引腳分別通過一個上拉電阻接到了單片機的P2口上，VCC引腳與+5 V電源相連接，GND引腳接地。連接如圖2所示。

2.3 電平轉換電路設計

該系統(tǒng)用RS-232總線進行串行通信，所以需電平轉換電路。在發(fā)送端需要用驅動電路將TTL電平轉換成RS-232電平，在接收端需要用接收電路將RS-232電平轉換為TTL電平。本系統(tǒng)使用MAX232芯片，該芯片使用單一+5 V電源供電，實現(xiàn)電平轉換。PC機與單片機之間連接如圖3所示。

3 系統(tǒng)上位機設計

在設計完溫度采集硬件系統(tǒng)的基礎上，再配上相應的軟件，才能構成一個完整的多點溫度數(shù)據(jù)采集試驗系統(tǒng)。在本系統(tǒng)的設計過程中，總體設計采用自上至下的設計思想將主程序設計好，而在各個部分展開成從屬程序或子程序時，是將各個小模塊分別進行設計和編程，同時在編程的過程中又用到了結構化程序設計的思想。系統(tǒng)程序包括上位機程序和下位機程序，下位機程序完成對溫度數(shù)據(jù)的采集，上位機程序則對采集來的數(shù)據(jù)做后續(xù)的相關處理。

3.1 上位機程序設計

系統(tǒng)上位機采用Labview軟件設計實現(xiàn)如圖4所示：該上位機系統(tǒng)主要包括調用溫度數(shù)據(jù)采集、讀取數(shù)據(jù)、調用溫度數(shù)據(jù)處理子程序、顯示、保存、調用溫度數(shù)據(jù)回放以及報警等功能。在上位機主程序開始運行之后，用戶選擇數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)回放。若選取了數(shù)據(jù)回放，就執(zhí)行回放歷史數(shù)據(jù)命令;若選取了數(shù)據(jù)采集，就采集對應通道的數(shù)據(jù)、讀取數(shù)據(jù)、對數(shù)據(jù)進行相應的處理、保存、顯示溫度并且判斷是否超限等。上位機程序流程圖如圖5所示。

3.2 下位機程序設計

下位機主程序包括單片機系統(tǒng)初始化、等待采集命令、調用溫度數(shù)據(jù)讀取子程序、調用數(shù)據(jù)轉換子程序、發(fā)送數(shù)據(jù)等程序。單片機上電后，系統(tǒng)開始初始化、等待采集命令;當接收到采集某一通道命令后，就調用讀取對應通道的DS18B20的子程序，再調用數(shù)據(jù)轉換和處理子程序，把數(shù)據(jù)通過串口回傳給PC機，然后等待下一采集命令。下位機程序流圖如圖6所示。

3.3 系統(tǒng)實現(xiàn)

該系統(tǒng)設計完成后，經過反復運行調試，排除了軟件和硬件的設計故障;系統(tǒng)采集第一路溫度信號，傳給上位機顯示如圖5所示，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)如下功能：選擇采集線路、實時顯示采集線路的溫度數(shù)值、通過圖形化的窗口顯示溫度變化過程、顯示采集時間日期、報警限設置、超限報警以及采集方式選擇等功能，達到了預期設計目的。

4 結束語

該系統(tǒng)既充分利用了LabVIEW的強大功能，又發(fā)揮了單片機快速及靈活的特點，降低了系統(tǒng)的開發(fā)成本、提高了開發(fā)效率。該系統(tǒng)通過長時間的運行試驗，驗證了該系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性以及一定的實用性。該系統(tǒng)界面友好、操作簡單、交互性好，便于學生掌握單片機課程以及虛擬儀器課程設計實現(xiàn)過程，有利于提高學生的學習興趣及培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。