基于LabVIEW的單片機溫度自動(dòng)測試系統

1 引 言

LabVIEW是美國國家儀器公司(National Instru-ment)開(kāi)發(fā)的一種虛擬儀器平臺，他是一種用圖標代碼來(lái)代替文本式編程語(yǔ)言創(chuàng )建應用程序的開(kāi)發(fā)工具。Lab-VIEW功能強大，提供了豐富的數據采集、分析和存儲庫函數以及包括DAQ，GPIB，PXI，VXI，RS 232/485在內的各種儀器通信總線(xiàn)標準的所有功能函數。利用LabVIEW設計的數據采集系統，可模擬采集各種信號，但是配備N(xiāo)I公司的數據采集板卡比較貴，在實(shí)際開(kāi)發(fā)中可選用單片機小系統對數據進(jìn)行采集。

冷庫是發(fā)展冷藏業(yè)的基礎設施，也是在低溫條件下貯藏貨物的建筑群。食品保鮮主要以食品冷藏鏈為主，將易腐畜禽、水產(chǎn)、果蔬、速凍食品通過(guò)預冷、加工、貯存和冷藏運輸，有效地保持食品的外觀(guān)、色澤、營(yíng)養成分及風(fēng)味物質(zhì)，達到食品保質(zhì)保鮮，延長(cháng)食品保存期的目的，起到調劑淡、旺季市場(chǎng)的需求并減少生產(chǎn)與銷(xiāo)售過(guò)程中經(jīng)濟損耗的作用。在這些實(shí)際應用中，溫度是冷庫的一個(gè)很重要的指標，因此，本文設計了一種基于LabVIEW的單片機溫度自動(dòng)測試系統，并對其系統的組成、實(shí)現給出了詳細描述。

2 系統的組成結構及工作原理

本系統的數據采集系統由溫度傳感器和AT89C51單片機以及MAX232組成。由單片機組成的小系統對溫度信號進(jìn)行采

集、調理和轉換，然后通過(guò)RS 232串口通訊將數據送給計算機，在LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺下，對數據進(jìn)行各種處理、分析，并對信號進(jìn)行存儲、顯示和打印，最后由PC機顯示實(shí)時(shí)測量的冷庫的8個(gè)冷凍室的溫度，從而實(shí)現了一種在Lab-VIEW環(huán)境下的單片機溫度自動(dòng)測試系統。

2.1 硬件電路設計

系統的硬件電路如圖1所示，采用AT89C51作為主芯片，溫度傳感器選用由美國AD公司生產(chǎn)的集成電路溫度傳感器AD590，該溫度傳感器具有體積小、測溫精度高、穩定性好、反應速度快、線(xiàn)性度好、能進(jìn)行遠距離傳送和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。這種溫度傳感器特別容易和微電腦配合，組成自動(dòng)測溫系統。放大電路選用AD627，將被測溫度轉換并放大到0～5 V范圍，然后送到A/D轉換器的輸入端。由于溫度的變化比較緩慢，因此在系統中可以不用采樣/保持器。模數轉換電路選用內部帶有鎖存器和8路模擬開(kāi)關(guān)的ADC0809，他的分辨率為1/256，完全能滿(mǎn)足分辨率為±1℃的要求。

啟動(dòng)ADC0809的工作過(guò)程是：先送通道號地址到ADDA，ADDB，ADDC，由ALE信號鎖存通道號地址，后讓START有效，啟動(dòng)A/D轉換，即執行一條“MOVX@DPTR，A”指令產(chǎn)生WR信號，使ALE，START有效，鎖存通道號并啟動(dòng)A/D轉換。A/D轉換完畢，EOC端發(fā)出一正脈沖，申請中斷。在中斷服務(wù)程序中，“MOVX A，@DPTR”產(chǎn)生RD信號，使OE端有效，打開(kāi)輸出鎖存器三態(tài)門(mén)，使用“MOVX A，@DPTR“指令就可將8位數據讀人到CPU中。

2.2 軟件設計

系統軟件設計主要包括主程序、中斷服務(wù)子程序等。軟件流程圖如圖2所示。

主程序的功能：負責整個(gè)系統的管理工作，如對89C51外部中斷方式進(jìn)行設置，建立數據指針，置通道初值，啟動(dòng)A/D轉換和上位機進(jìn)行通訊等。

中斷服務(wù)程序的功能：讀取A/D轉換后的數據，更改通道號及數據存儲器地址指針并判斷8個(gè)通道是否采集完畢，未完則繼續啟動(dòng)下一個(gè)通道;若8個(gè)通道已轉換完畢，則重新設置通道號初值，再次啟動(dòng)IN0通道。

3 LabVIEW下的串行通訊設計

3.1 VISA介紹

由于使用計算機控制的儀器逐步增多，出現了許多I/O控制軟件，一些是用戶(hù)自己開(kāi)發(fā)的，一些是硬件接口廠(chǎng)家為其開(kāi)發(fā)的硬件接口設備設計的，但他們都不具有通用性，這就給用戶(hù)帶來(lái)了許多麻煩，VISA(Virtual Instru-ment Software Architecture，虛擬儀器軟件體系結構)這種通用的儀器驅動(dòng)軟件結構就是為解決這些問(wèn)題而產(chǎn)生的。作為通用I/O標準，VISA具有與儀器硬件接口和具體計算機無(wú)關(guān)的特性，即VISA是面向器件功能，而不是面向接口總線(xiàn)的。使用他控制VXI，GPIB，RS 232等儀器時(shí)，不必考慮接口總線(xiàn)類(lèi)型。針對計算機標準的串行口，Lab-VIEW提供了串行端口子模板。串行端口子模板中還包含許多的子模板(也稱(chēng)子VI)，其中主要包括以下6個(gè)子VI：

(1)VISA Configure Setial Port：VI串行口初始化子VI;

(2)VISA Write：VI向串行口緩沖區寫(xiě)入數據的子VI;

(3)VISA Read：VI從串行口設備中讀取數據的子VI;

(4)VISA Close：VI關(guān)閉串行口的子VI;

(5)VISA Bytes at Serial Port：VI返回指定串行口中輸入緩沖區內的字節數子VI;

(6)VISA Serial Break：VI串行口中斷子VI。

LabVIEW是基于圖形化的程序設計語(yǔ)言，程序的核心代碼是類(lèi)似于流程圖的方框圖和線(xiàn)條的連接。每個(gè)方框圖代表一個(gè)功能模塊即子VI，程序執行的過(guò)程是條件滿(mǎn)足方式，當一個(gè)功能模塊的所有輸入都齊備后，此功能模塊產(chǎn)生輸出，傳送給下

一個(gè)模塊。程序的動(dòng)態(tài)流程可以通過(guò)點(diǎn)亮Block Diagram工具欄上的Highlight Execution小燈泡看到。

3.2 串行通訊程序設計

首先是對串口的初始化設置：波特率為默認值9 600，8位數據位，1位停止位，無(wú)校驗位，串口號為1。當系統開(kāi)啟時(shí)，通過(guò)VISA Write.vi向單片機發(fā)送“發(fā)送請求命令1”由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對字符串的讀寫(xiě)，因此在數據處理時(shí)，必須進(jìn)行字符串與數字之間的正確轉換，在這里我們通過(guò)調用一個(gè)“組串”子VI來(lái)實(shí)現此轉換。在收到上位機的發(fā)送請求命令后，單片機則回應應答信號3，上位機通過(guò)VISA Read.vi節點(diǎn)讀取單片機的應答信號，并且判斷是否收到3來(lái)控制順序結構中的While循環(huán)。若上位機沒(méi)收到單片機的應答信號則重發(fā)“發(fā)送請求命令”，若收到應答信號則執行順序結構的第二步。在順序結構第二步中，我們將通過(guò)VISA Read.vi讀取數據，用實(shí)時(shí)趨勢圖控件Waveform Chart顯示。圖3給出了上位機對PIC單片機進(jìn)行讀操作的框圖程序。

4 前面板設計

LabVIEW中的前面板就是圖形化用戶(hù)界面，用于設置輸入數值和觀(guān)察輸出量。本系統的前面板中設置波特率、串口號、數據位和停止位為控件，用實(shí)時(shí)趨勢圖控件Waveform Chart來(lái)顯示下位機實(shí)時(shí)采集到的數據。如圖4所示，給出本系統的前面板設計。

5 結 語(yǔ)

在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，LabVIEW表現了很好的靈活性。尤其是利用其提供的外部接口，結合以單片機為核心組成的小系統，可以很方便地完成數據采集及處理等功能，具有很強的工程實(shí)用性，可廣泛應用于測試控制領(lǐng)域。