基于LABVIEW的恒溫檢測系統(tǒng)畢業(yè)論文.doc

常州信息職業(yè)技術學院學生畢業(yè)設計（論文）報告系 別： 電子與電氣工程學院 專 業(yè)： 樓宇智能化專業(yè)技術 班 號： 樓智102 學 生 姓 名： 代 軍 學 生 學 號： 1006173225 設計（論文）題目： 基于labview的恒溫檢測系統(tǒng) 指 導 教 師： 蘇 永 剛 設 計 地 點： 常州信息職業(yè)技術學院 起 迄 日 期： 2012.10.222013.5.23 畢業(yè)設計（論文）任務書 專業(yè) 樓宇智能化工程技術 班級 樓智102 姓名 代軍 一、課題名稱： 基于labview的恒溫檢測系統(tǒng) 二、主要技術指標：溫度范圍55+125，在-10+85時精度為0.5。 可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現高精度測溫。 三、工作內容和要求： 1、利用傳感器采集溫濕度電壓，進入計算機虛擬儀器程序，輸出到指定位置，實現溫濕度的實時測量； 2、對所測量到的溫度進行判斷，當環(huán)境中的溫度超出合理范圍則報警，并控制外部儀器如空調等對溫濕度進行調整； 3、溫度是不斷變化的，為提高可靠性，應采集多個數據取平均值來提高準確度； 4、能否增加數據存儲功能，記錄溫濕度歷史和溫濕度報警歷史，方便后續(xù)工作的進行。 四、主要參考文獻：_1、歐陽黎明.MATLAB控制系統(tǒng)設計M北京：國防科技大學出版，2001 2、李瑩.基于LabVIEW的多路信號發(fā)生器軟件開發(fā)D北京:華北電力大學，2006 3、陳叔旺，張秀清.傳感器應用及電路設計M北京：化工工業(yè)出版社，2008 4、李光軍實用接口技術M成都：電子科技大學出版，1997 學 生（簽名） 年 月 日 指 導 教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 系 主 任（簽名） 年 月 日畢業(yè)設計（論文）開題報告設計（論文）題目基于labview的恒溫檢測系統(tǒng)選題的背景和意義：溫度是工業(yè)生產和科學研究實驗中的一個非常重要的參數，物體的許多物理現象和化學性質都與溫度有關，許多生產過程都是在一定的溫度范圍內進行的，需要測量溫度的場合極其廣泛。目前的溫度測量系統(tǒng)一般使用的都是傳統(tǒng)儀器，傳統(tǒng)儀器的功能都是通過硬件或者固化的軟件來實現的。這種框架結構決定了它只能由儀器廠家來定義、制造，而且功能和規(guī)格一般都是固定的，用戶無法隨意改變其結構和功能。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器比較，它具有所需的硬件較少、購置費用低、可重復利用；儀器的關鍵在軟件、可自行定義、技術更新非?？?、開發(fā)與維護費用較低、系統(tǒng)開放、方便與外設、網絡連接等一系列的優(yōu)點。因此虛擬儀器技術備受各國關注，目前正朝著總線與驅動程序標準化；硬、軟件模塊化，硬件模塊即插即用；軟件編程平臺圖形化、通用化、智能化和網絡化方向發(fā)展。利用現有的計算機，加上適當的儀器硬件和應用軟件(如Labview)構成虛擬儀器，使其既具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，又能讓用戶根據自己的需求變化隨時定義，實現多種多樣的應用要求。虛擬儀器不但靈活可變、功能強大，而且使用簡單方便，便于技術升級更新，系統(tǒng)的使用和維護費用極低，同時具有極高的可靠性。一、 課題研究的主要內容：用NI公司USB數據采集卡及Labview應用開發(fā)環(huán)境，開發(fā)通用數據采集系統(tǒng)，實現對模擬溫度信號的采集、顯示、歷史數據存儲等功能。以USB通信與上位機及Labview軟件系統(tǒng)通信，軟件上包括USB數據采集卡配置和編程、Labview通信及人機界面開發(fā)、系統(tǒng)聯合調試和基本功能測試等。通過這些功能來實現數據采集系統(tǒng)的設計。二、 主要研究（設計）方法論述：1、研究內容：用NI公司USB數據采集卡及LabVIEW應用開發(fā)環(huán)境，開發(fā)通用數據采集系統(tǒng)，實現對模擬溫度信號的采集、顯示、歷史數據存儲等功能。以USB通信與上位機及Labview軟件系統(tǒng)通信，軟件上包括USB數據采集卡配置和編程、Labview通信及人機界面開發(fā)、系統(tǒng)聯合調試和基本功能測試等。通過這些功能來實現數據采集系統(tǒng)的設計。 2、研究思想： 用美國NI公司推出的PCI數據采集卡（DAQ）以及Labview8.5應用開發(fā)環(huán)境開發(fā)基于Labview的溫度監(jiān)測儀系統(tǒng)。 3、 工作流程： 首先到圖書館借閱與Labview相關的書籍，接著通過老師的幫助從網站下載Labview8.5的軟件；然后通過書本與軟件的結合來學習Labview的基本操作，經過幾周的學習已經初步掌握了相關的內容。不過也經常遇到麻煩，通過手機和網絡與老師交流，解決相關的難題。四、設計（論文）進度安排：時間（迄止日期）工 作 內 容201210-2012.11確定選題2012.11-2012.12搜集資料并且用軟件將Labview的恒溫檢測系統(tǒng)做好2013.1-2013.3Labview的恒溫檢測系統(tǒng)成功后用文字敘述2013.4-2013.5整理資料，溫習知識，確定所需要的軟件五、指導教師意見： 指導教師簽名： 年 月 日六、系部意見： 系主任簽名： 年 月 日基于labview的恒溫檢測系統(tǒng)目錄摘要Abstract第1章 前言1第2章 虛擬儀器的發(fā)展現狀及趨勢32.1虛擬儀器的發(fā)展現狀32.2虛擬儀器的發(fā)展趨勢32.3虛擬儀器的概念42.4虛擬儀器的主要特點42.5 虛擬儀器的體系結構5第3章 虛擬儀器LabVIEW及 DS18B20溫度傳感器的介紹63.1虛擬儀器LabVIEW的介紹63.1.1 LabVIEW的概述63.1.2 LabviEW的應用現狀73.2 DS18B20溫度傳感器介紹83.2.1 DS18B20溫度傳感器應用83.2.2 DS18B20溫度傳感器特點83.3溫度測控儀表的硬件組成9第4章 系統(tǒng)總體設計規(guī)劃104.1系統(tǒng)實現的功能104.2 系統(tǒng)總體設計方案104.3 LabVIEW程序的前面板和程序框圖104.3.1 數據處理104.3.2 LabVIEW的前面板和各個部分的功能114.3.3 LabVIEW的程序框圖和各個部分的功能12第5章 系統(tǒng)整體調試145.1 LabVIEW程序調試145.1.1 找出語法錯誤145.1.2 設置執(zhí)行程序高亮145.1.3 斷點與單步執(zhí)行145.1.4 探針15第6章 結束語16 參考文獻答謝辭摘 要溫度是個基本的物理量他是工業(yè)生產過程中最普遍最重要的工藝參數之一。隨著工業(yè)的不斷發(fā)展對溫度測量的要求也越來越高而且測量范圍也越來越廣。合理的溫度范圍和精確地溫度的測量隊提高產品的質量、產量降低消耗實現工業(yè)生產自動化均有積極作用因此溫度檢測技術的研究具有重大意義。 本系統(tǒng)是一個基于LabVIEW的溫度檢測系統(tǒng)采用多點溫度檢測能檢測較大區(qū)域內的溫度變化主要包括上位機和下位機兩個部分。下位機使用的DS18B20傳感器和AT89C51單片機。上位機和下位機的通訊方式是串口通訊。上位機使用的是虛擬儀器LabVIEW主要功能是實時溫度的顯示溫度曲線時間軸的顯示歷史溫度曲線的顯示以及超限溫度報警。 關 鍵 字：Labview ，溫度測量 ，溫度傳感器AbstractThe temperature is a basic physical quantity, it is one of the most common industrial processes, the most important process parameters. With the continuous development of industry, the requirements for temperature measurement is also getting higher and higher, and the increasingly wide range of measurement. Reasonable temperature range and accurate temperature measurement team to improve product quality, production, reduce consumption, to achieve the automation of industrial production, had an active role in temperature sensing technology is of great significance. This system is a temperature sensing system based on LabVIEW, using multi-point temperature detection can detect temperature changes within the larger area, including two parts of the upper and lower machine. The next bit machine using the DS18B20 sensors and AT89C51 microcontroller. The upper and lower machine communication is serial communication. The host computer using a virtual instrument LabVIEW, the main function is to display real-time temperature, the temperature curve Timeline display, alarm display and gauge the temperature of the historical temperature curve.Keywords: LabVIEW , Temperature survey , temperature sensor第1章 前言隨著科學技術的發(fā)展，人們在監(jiān)控與監(jiān)測生產過程、居住環(huán)境、生活質量等過程中，制造了各種各樣科學儀器。而傳統(tǒng)儀器如模擬式儀器儀表、數字化儀表、內部有微處理器的智能儀器等，其對于用戶來說是一個封閉的系統(tǒng)，儀器的面板、旋鈕、開關和顯示方式，內部電路及儀器所能提供的功能都是固定的，與其他設備的連接也受限制。隨著計算機硬件技術、軟件技術的不斷發(fā)展與成熟，全新概念的第四代儀器虛擬儀器出現了。美國國家儀器公司（NI）已經在Macintosh計算機上推出了LabVIEW2.0以前的版本。目前LabVIEW的最新版本為LabVIEW8.6，LabVIEW 8.6為多線程功能添加了更多特性。 虛擬儀器作為一種基于計算機的自動化檢測儀器系統(tǒng)，是現代計算機技術和儀器技術完美結合的產物，也是當今計算機輔助測試領域的一項重要技術。它利用加在計算機上的一組軟件與儀器模塊相連接，以計算機為核心、充分利用計算機強大的圖形界面和數據處理能力提供對測量數據的分析和顯示。虛擬儀器的構成，如圖1所示圖1 虛擬儀器的構成NI提出的“軟件即儀器”的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由生產廠家定義，用戶無法改變的模式，利用虛擬儀器，用戶可以很方便地組建自己的自動檢測系統(tǒng)。顯然，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有以下特點：1.融合了計算機強大的硬件資源，突破了傳統(tǒng)儀器在數據處理、顯示、存儲等方面的限制，大大增強了傳統(tǒng)儀器的功能。2. 利用計算機豐富的軟件資源，實現了部分硬件的軟件化，增加了系統(tǒng)的靈活性。通過軟件技術和相應數值算法，可以實時、有效地對測試數據進行各種分析與處理。同時，利用圖形用戶界面技術使得人機交互方便。3.基于計算機網絡技術和接口技術，具有方便、靈活的互聯能力，廣泛支持各種工業(yè)總線的標準。因此，利用VI技術可方便地構建自動測試系統(tǒng)，實現測量、控制過程的智能化、網絡化。第2章 虛擬儀器的發(fā)展現狀及趨勢2.1虛擬儀器的發(fā)展現狀虛擬儀器是計算機管理的數字化儀器系統(tǒng),因此,依據某種通用或專用總線標準或規(guī)約,或以某種接口形式,與計算機進行通信和管理,并與計算機系統(tǒng)共同工作運行的儀器系統(tǒng),目前多數屬于虛擬儀器系統(tǒng),它的典型特征是不可脫離計算機而獨立工作。在信號源類虛擬儀器系統(tǒng)中,種類不是很多,主要有D/A卡系統(tǒng)和任意波發(fā)生器,另外還有函數發(fā)生器、合成信號源等。 在測量儀器類虛擬儀器系統(tǒng)中,則有許多種類,其中最主要的是A/D卡系統(tǒng)和數據采集系統(tǒng),另外還有數字存儲示波器、瞬態(tài)記錄儀、數字化儀、數字多用表、頻率計數器、信號分析儀、相位計、失真儀、噪聲分析儀、阻尼計等多種。原則上,非虛擬儀器里的儀器,都可以用虛擬儀器方式實現,但在大功率領域以及射頻微波領域里的器設備,虛擬儀器實現比較困難,模塊也較少;低頻領域,以及小功率領域里,虛擬儀器已經具有了良好的發(fā)展態(tài)勢。目前,主流的虛擬儀器主要是VXI、PXI、各種計算機總線(如PCI、ISA、RS232、USB)等總線標準的各種插卡和儀器模塊,間或有少數其他總線形式的儀器模塊,工作方式多是插入各種總線式儀器機箱內或直接插入計算機主機箱內,少數情況下是獨立模塊以接口形式接入計算機。 它們多數屬于中低頻范圍,主要是工程應用類儀器設備,射頻微波類以及高準確度類儀器設備較少。由于一部分虛擬儀器模塊及系統(tǒng)(如數據采集系統(tǒng))早在虛擬儀器概念提出之前就已經存在,所以,虛擬儀器概念的建立、提出和發(fā)展,一直是圍繞著現有儀器設備的功能和性能,逐步強調和加大軟件在儀器中的地位和作用,并以軟件技術代替硬件技術為核心進行,逐漸將非虛擬儀器虛擬化。2.2虛擬儀器的發(fā)展趨勢自從National Instruments公司率先提出虛擬儀器概念至今已有15年. 在這15年里，NI逐步改革了全世界工程師和科學家們測量和自動化的方法. 今天，全世界的工程師和科學家們正在成千上萬個應用系統(tǒng)中使用“虛擬儀器”，從而達到了縮短開發(fā)時間、提高產品品質并降低生產成本的共同目的. 同時，虛擬儀器技術也正在趨于成熟和完善. 中國的VXI總線技術從一個方面反映出了中國目前虛擬儀器的水平. 此外，互聯網也已經使數據共享進入了新的階段，加速了虛擬儀器的新網絡技術及遠程計算技術的發(fā)展，而這些技術是傳統(tǒng)獨立儀器不可能實現的. 虛擬儀器技術很好地利用了互聯網的功能，因此，可以將來自測量或控制設備中的數據直接發(fā)布到Web網頁上，或是用手持式的數字助理工具讀取數據，甚至還可以將數據輸出到手機上. 使用虛擬儀器技術，可以使用互聯網的強大功能遠距離控制的儀器設備，或是與遠在其它辦公地點甚至其它國家的同事合作處理一個項目. 未來的這種連通水平將會更高，屆時將賦予模塊化新的定義. 隨著互聯網和無線技術的不斷發(fā)展，工程師們不僅能夠重新使用模塊化的組成部分，還可以更方便地在全球范圍內共享知識和經驗鞏固開發(fā)過程每個階段工程師們的努力成果. 商業(yè)科技的發(fā)展浪潮將會繼續(xù)，同時也會將虛擬儀器技術推向新的水平. 因此，性能的提高將會更容易實現，從而節(jié)省寶貴的開發(fā)及系統(tǒng)集成時間，同時又比傳統(tǒng)儀器測量方案成倍降低成本. 沒有人能夠準確地預測未來的虛擬儀器將會發(fā)展到怎樣的程度，但是有一點可以肯定PC機與其相關的科技將會是虛擬儀器技術的核心，而有了它的幫助將會更成功.2.3虛擬儀器的概念隨著計算機技術、微電子技術和網絡技術的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)儀器己經不能適應現代測控系統(tǒng)的要求，美國國家儀器公司率先提出虛擬儀器的概念，它徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無法改變的模式，使得用戶可以自己定義儀器，靈活地設計儀器系統(tǒng)，以滿足多樣化的需求。從而使電子測量儀器和自動控制領域發(fā)生了一場巨大的變革。虛擬儀器是指具有虛擬儀器面板的個人計算機儀器，即是在通用計算機上加上一組軟件或硬件，使得使用者在操作這臺計算機時，就像在操作一臺他自己設計的專用傳統(tǒng)電子儀器。其實質是將計算機技術和儀器技術相結合，把傳統(tǒng)儀器的三大功能，全部放在計算機上來完成。利用計算機屏幕形象、方便地模擬各種儀器控制面板，以各種形式表達輸出檢測結果;用計算機軟件實現各種各樣的信號分析、處理及存儲，完成多種多樣的測試功能;用鍵盤或鼠標代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器的面板按鍵與旋鈕，人手不再觸及儀器本身，實現硬件軟件化的結果。虛擬儀器充分利用最新的計算機技術來實現和擴展儀器的功能，進而逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)儀器完成某些功能，如數據的采集、分析、顯示和存儲等，最終達到取代傳統(tǒng)電子儀器的目的。2.4虛擬儀器的主要特點虛擬儀器是計算機技術介入儀器領域所形成的一種新型的富有生命力的儀器種類。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的主要特點可以概括為以下幾個方：1、強調“軟件就是儀器”的新概念，取代傳統(tǒng)儀器“硬件為主體”的概念。軟件在儀器中充當了以往由硬件甚至整機來實現的角色，軟件是虛擬儀器的核心，而虛擬儀器中的硬件僅僅是為了解決信號的輸入、輸出，這是虛擬儀器相對于傳統(tǒng)儀器，在概念上的重大突破。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于軟件，用戶可根據需要，將先進的處理算法、人工智能或者專家系統(tǒng)應用于儀器的設計與集成，從而將儀器的水平提高到一個新的層次。而且，虛擬儀器充分利用了計算機豐富的圖形用戶界面資源，建立圖形化軟面板來代替常規(guī)的儀器控制面板，真正做到界面友好、人機交互。2、虛擬儀器的功能可由用戶定義，虛擬儀器的功能可在用戶機上產生，從而使得儀器不再完全由硬件決定，徹底打破了傳統(tǒng)儀器一經設計、制造完成后，其功能不可改變的單一性、封閉性。當需要時，用戶可通過軟件編程添加新的功能，而不必購買新的儀器，使得一臺虛擬儀器可以實現各種儀器的不同功能，大大提高了儀器功能的靈活性。3、易于構建網絡化的測量儀器，虛擬儀器基于計算機網絡技術和接口技術，具有靈活、方便的互聯性，能與網絡及其他周邊設備互聯。隨著網絡技術的發(fā)展，已經形成網絡虛擬儀器，它是一種基于Web技術的新型虛擬儀器，使得虛擬儀器成為Internet的一部分，可方便地構建遠程自動測控系統(tǒng)，實現測量、控制過程的網絡化。4、虛擬儀器硬件和軟件都制定了開放的工業(yè)標準，而且采用了模塊化結構，系統(tǒng)具有良好的開放性和擴展性。系統(tǒng)必需的基本硬件，如數據采集電路等被高度集成，制成數據采集卡，實現硬件模塊的即插即用。系統(tǒng)軟件的開發(fā)是基于模塊化的設計思想，并大量運用函數庫、動態(tài)鏈接庫和類庫，代碼具有良好的可重復性。虛擬儀器利用軟件，選配一個或幾個帶有共性的基本儀器硬件來組成一個通用硬件平臺，通過調用不同的軟件來擴展或組成各種功能的儀器或系統(tǒng)，由于虛擬儀器具有標準性、開放性和模塊化結構，用戶可以將儀器的設計、使用和管理統(tǒng)一到虛擬儀器標準，提高可重復利用率。系統(tǒng)組建時間縮短，功能易于擴展，軟硬件生產、維護和開發(fā)的費用降低。2.5 虛擬儀器的體系結構任何測量測試儀器的主要功能都是由三大部分組成：數據采集；數據測試和分析；結果輸出顯示。而虛擬儀器也是由這三大部分組成，不同的是虛擬儀器的數據分析和結果輸出完全山計算機的軟件系統(tǒng)來完成。只要提供一定的數據采集硬件，就構成了基于計算機組成的虛擬測量測試儀器。虛擬儀器通常是有計算機、硬件接口電路和軟件這三部分構成。第3章 虛擬儀器LabVIEW及 DS18B20溫度傳感器的介紹3.1虛擬儀器LabVIEW的介紹3.1.1 LabVIEW的概述LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境 (Laboratory virtual Instrument Engineering workbench)的簡稱，是目前應用最廣、功能最強、發(fā)展最快的圖形化軟件開發(fā)環(huán)境。得到工業(yè)界和學術界的普遍認可和好評。它可以把復雜、繁瑣、費時的文本語言編程簡化成用菜單或圖標提示的方法選擇功能（圖形），用線條將各種功能（圖形）連接起來的簡單圖形編程方式，為沒有編程經驗的用戶進行編程、調試提供了簡單方便、完整的環(huán)境和工具，尤其適合于從事科研、開發(fā)的科學家和工程技術人員使用。LabVIEW是一種虛擬儀器開發(fā)平臺軟件，能夠以其直觀簡便的編程方式、眾多的源代碼級的設備驅動程序、多種多樣的分析和表達功能支持，為用戶快捷地構筑自己在實際工程中所需要的儀器系統(tǒng)創(chuàng)造了基礎條件。而且LabVIEW與其它計算機語言相比，有一個特別重要的不同點:其它計算機語言都是采用文本語一言產生代碼行，而LabVIEW采用圖形化編程語言G語言，產生的程序是框圖的形式，易學易用，特別適合硬件工程師、工程技術人員、生產線工藝技術人員的學習和使用，可以在很短的時間內掌握并應用到實踐中去。特別是對于熟悉儀器結構和硬件電路的硬件工程師、工程技術人員和測試技術人員來說，編程就像設計電路圖一樣；因此，硬件工程師、工程技術人員和測試技術人員們學習LabVIEW駕輕就熟，在較短的時間內就能夠學會并應用LabVIEW，也不必去記憶那眼花繚亂的文本式程序代碼。LabVIEW的功能十分強大。像C和C+等其它計算機高級語言一樣，LabVIEW也是一種通用編程語言，具有各種各樣、功能強大的函數庫，包括數據采集、GPIB、串行儀器控制、數據分析、數據顯示及數據存儲，甚至還有網絡功能。LabVIEW也有完善的仿真、調試工具，如設置斷點、單步執(zhí)行等。LabVIEW的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察程序中的數據流向及其變化情況，比其它語言的開發(fā)環(huán)境更方便、更有效。G語言編寫的程序稱為虛擬儀器 VI(Virtual Instrument)，因為它的界面和功能與真實儀器十分相像，在LabVIEW環(huán)境下開發(fā)的應用程序都以VI為后綴的，以表示虛擬儀器的含義。一個VI由交互式用戶接口、數據流框圖和圖標連接端口組成。同時，G語言很好地實現了模塊化編程思想。用戶可以將一個應用分解為多個任務，再將任務細分，將一個復雜的應用分解為多個簡單的子任務，為每個子任務建立一個VI，然后把這些VI組合在一起成為最終的應用程序。因為每個子VI可以單獨執(zhí)行，所以很容易調試。進一步而一言，許多低級子VI可以完成一些常用功能，因此，用戶可以開發(fā)特定的子VI庫，以適用一般的應用程序。LabVIEW的運行機制從宏觀上講己經不再是傳統(tǒng)上的馮諾依曼計算機體系結構的執(zhí)行方式。傳統(tǒng)的計算機語言中的順序執(zhí)行結構在LabVIEW中被并行機制所代替：從本質上講，它是一種圖形控制流結構的數據流模式。數據流程序設計規(guī)定，一個函數只有當它的所有輸入有效時才能執(zhí)行；而目標的輸出，只有當它的功能完成時才是有效的。也就是說，在這種數據流程序的概念中，程序的執(zhí)行是數據驅動的，它不受操作系統(tǒng)、計算機等因素的影響。這樣，LabVIEW中被連接的功能節(jié)點之間的數據流就能控制程序的執(zhí)行次序，而不像文本程序受到行順序執(zhí)行的約束。從而，我們可以通過相互連接功能節(jié)點快速地開發(fā)應用程序，甚至還可以有多個數據通道同步運行。LabVIEW的核心是VI。VI有一個人機對話的用戶界面，即前面板(Front Panel)和類似于源代碼功能的程序圖(Diagram)。前面板接收來自程序圖的指令。在VI的前面板中，輸入控件 (Controls)模擬了儀器的輸入裝置并把數據提供給VI的程序圖:而顯示控件(Indicators)則模擬了儀器的輸出裝置并顯示由程序圖獲得或產生的數據。當把一個輸入控件或顯示放置到前面板上時，LabVIEW在程序圖中相應地放置了一個端口(Terminals)，這個從屬于輸入控件或顯示控件的端口不能隨意刪除，只有刪除它對應的輸入控件或顯示控件時它才隨之一起被刪除。用LabVIEW編制框圖程序時，不必受常規(guī)程序設計語法的限制。首先，從功能菜單中選擇需要的功能節(jié)點，將之置于面板上合適的位置；然后用線(Wires)連接各功能節(jié)點在程序圖中的端口，用來在功能節(jié)點之間傳輸數據。這些節(jié)點包括了簡單的算術功能，高級數據采集和分析以及用來存儲和檢索數據的文件輸入輸出功能和網絡功能。用LabVIEW編制出的圖形化VI是分層次和模塊化的。我們可以將之用于頂層程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。顯然LabVIEW依附并發(fā)展了模塊化程序設計的概念。圖形化程序設計編程簡單、直觀、開發(fā)效率高。3.1.2 LabviEW的應用現狀LabVIEW廣泛應用于包括自動化、通信、半導體、電路設計、航空和生產、過程控制及生物醫(yī)學在內的各種工業(yè)領域中，用來提高應用系統(tǒng)的開發(fā)效率。這些應用涵蓋了產品的研發(fā)、測試、生產到后期服務的各個環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)設計中協(xié)調使用LabVIEW，共享軟件及信息資源，可以節(jié)約大量的時間和金錢。LabVIEW的應用大致可分為以下幾個主要方面：1、應用于生產檢測: LabVIEW己經成為用于測試測量領域的工業(yè)標準化開發(fā)工具。LabVIEW結合NITestStand測試執(zhí)行環(huán)境和該領域中最大的儀器驅動程序庫，為整個系統(tǒng)建立穩(wěn)固完整的檢測管理平臺。 2、應用于研究與分析:運用LabVIEW，可在汽車、能源研究和其它眾多工業(yè)領域的應用系統(tǒng)中進行實時數據的分析和處理、對于圖像處理、時頻分析、小波和數字濾波的應用系統(tǒng)，LabVIEW特別提供各種附加工具包以加速系統(tǒng)的開發(fā)。3、應用于過程控制和工廠自動化:可利用LabVIEW來建立過程控制和工業(yè)自動化應用系統(tǒng)。在LabVIEW平臺下，可以實現多通道的高速測量和控制。對于大型復雜的工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)，有專門的LabVIEW數據記錄和監(jiān)控模塊，用于監(jiān)控多通道I/O、與工業(yè)控制器和網絡進行通信，以及提供基于PC機的控制。4、應用于機器監(jiān)控:對于要求有實時控制、視覺和圖像分析或運動控制的機器監(jiān)視和預先維護的應用系統(tǒng)，LabVIEW是理想的選擇。LabVIEW系列產品，包括用于可靠、確定性控制的實時 LabVIEW (LabVIEW RT)軟件，能夠快速、準確的建立起功能強大的機器監(jiān)視和自動控制應用程序。5、應用于測控系統(tǒng):LabVIEW有著強大的功能和廣闊的應用前景，但就目前國內的現狀來看，大多數的用戶還是把LabVIEW作為虛擬儀器，僅僅利用它來進行數據的處理、分析和顯示，忽略了LabVIEW強大的數據采集和控制功能，特別是基于PC機的實時控制，在國內應用較少。3.2 DS18B20溫度傳感器介紹3.2.1 DS18B20溫度傳感器應用DSl8B20數字溫度計提供9位(二進制)溫度讀數，指示器件的溫度。信息經過單線接口送入DSl8B20或從DSl8B20送出，因此從主機CPU到DSl8B20僅需一條線(和地線)。因為每一個DSl8B20在出廠時已經給定了唯一的序號，因此任意多個DSl8B20可以存放在同一條單線總線上這允許在許多不同的地方放置溫度敏感器件。DSl8B20的測量范圍從-55到+125，增量值為0.5。可在l s(典型值)內把溫度變換成數字。每一個DS18B20包括一個唯一的64位長的序號，該序號值存放在DS18B20內部的ROM(只讀存貯器)中。開始8位是產品類型編碼(DS18B20編碼均為10H)，接著的48位是每個器件唯一的序號，最后8位是前面56位的CRC(循環(huán)冗余校驗)碼。DS18B20中還有用于貯存測得的溫度值的兩個8位存貯器，RAM編號為0號和1號。1號存貯器存放溫度值的符號如果溫度為負（）。則1號存貯器8位全為1，否則全為0。0號存貯器用于存放溫度值的補碼，LSB（最低位）的“1”表示0.5。將存貯器中的二進制數求補再轉換成十進制數并除以2就得到被測溫度值（-550-125）。DS18B20的引腳如圖5.4所示。每只DS18B20都可以設置成兩種供電方式，即數據總線供電方式和外部供電方式。采取數據總線供電方式可以節(jié)省一根導線，但完成溫度測量的時間較長；采取外部供電方式則多用一根導線，但測量速度較快。圖3.1 DS18B20引腳圖3.2.2 DS18B20溫度傳感器特點以下九點是DS18B20溫度傳感器的主要特性。 1、適應電壓范圍更寬，電壓范圍：3.05.5V，在寄生電源方式下可由數 據線供電。2、獨特的單線接口方式，DS18B20在與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現微處理器與DS18B20的雙向通訊。3、DS18B20支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現組網多點測溫。4、DS18B20在使用中不需要任何外圍元件，全部 傳感元件及轉換電路集成在形如一只三極管的集成電路內。5、溫度范圍55+125，在-10+85時精度為0.5。6、可編程的分辨率為912位，對應的可分辨溫度分別為0.5、0.25、0.125和0.0625，可實現高精度測溫。7、在9位分辨率時最多在 93.75ms內把溫度轉換為數字，12位分辨率時最多在750ms內把溫度值轉換為數字，速度更快。8、測量結果直接輸出數字溫度信號，以一 線總線串行傳送給CPU，同時可傳送CRC校驗碼，具有極強的抗干擾糾錯能力。9、負壓特性：電源極性接反時，芯片不會因發(fā)熱而燒毀， 但不能正常工作。 3.3溫度測控儀表的硬件組成該系統(tǒng)將計算機和強大的圖形化編程軟件LabVIEW結合在一起，建立起具有靈活性的基于計算機的測量與控制應用方案，最終構建起滿足自己需要的系統(tǒng)。該系統(tǒng)由以下幾個部分組成：裝有LabVIEW軟件的計算機，MPC89E52單片機，電平轉換芯片MAX232，溫度傳感器DS18B20。溫度信一號由 DS18B20數字溫度傳感器測得，由單片機組成的小系統(tǒng)對溫度信號進行采集，然后通過PC機的RS-232串口將數據傳送給計算機，在計算機上運行的LabVIEW程序對輸入的數據進行分析處理，將結果由計算機顯示出來，同時計算機中LabVIEW 對設定溫度值進行比較，實現報警功能。第4章 系統(tǒng)總體設計規(guī)劃4.1系統(tǒng)實現的功能本論文針對傳統(tǒng)檢測儀表功能由儀器廠商定義，與其它儀器設備的連接十分有限，圖形界面小，人工讀取數據信息量小，數據無法編輯、存儲，系統(tǒng)封閉、功能固定、可擴展性差，技術更新慢，開發(fā)和維護費用較高的特點，設計了一個基于LabVIEW的溫度檢測系統(tǒng)。此溫度檢測系統(tǒng)主要實現以下功能：1、實現單片機與PC機的串口通信，能及時地將溫度數據傳給PC機，并將在上位機界面行程曲線，直觀的表現溫度變化。2、檢測參數的顯示:如測試時間、設定溫度、當前溫度等，當溫度超出某個范圍進行報警等。3、溫度實時監(jiān)測曲線顯示，而且具有數字顯示和波形圖顯示。4、測試結果的數據保存：用戶可以將采集到的數據的一部分或者全部保存在Excel表格中，方便查詢和打印。4.2 系統(tǒng)總體設計方案本論文設計開發(fā)的是基于LabVIEW2010的溫度檢測系統(tǒng)，根據從總體到局部的設計原則，通過對系統(tǒng)功能的分析，將整個系統(tǒng)分解為實現不同功能的幾個部分，然后分別對每個部分設計。為了能夠實現溫度檢測系統(tǒng)所提出的各項具體功能，可以將整個系統(tǒng)分解為上位機和下位機兩個部分:上位機為裝有LabVIEW2010軟件的PC機，下位機為單片機及外圍電路組成的小系統(tǒng)。兩個部分是通過PC機中的USB串口進行通信的。其中下位機部分主要完成溫度信號的采集以及溫度數據的輸出;上位機部分完成對硬件的驅動，數據顯示、處理與存儲，超溫報警及人機交互操作界面的生成。系統(tǒng)總體設計框圖如圖3.1所示。圖4.1 總體設計框圖4.3 LabVIEW程序的前面板和程序框圖4.3.1 數據處理VISA實質上是一個I/O接口軟件庫及其規(guī)范的總稱。I/O接口軟件存在于儀器和儀器驅動程序之間，完成對儀器內部寄存器進行直接存儲數據操作，并且為儀器與儀器驅動程序提供信息傳遞的底層軟件。應用labview的圖標（即儀器驅動程序）設置串口，讀串口里的數據。由于全部默任串口的設置(9600bps 8 位數據,1 位停止,1 位起始,無握手信號) ,下位機采集程序遵守上述協(xié)議,直接用讀圖標讀串口的數據。上位機的流程圖如圖4.8所示。圖4.2 上位機的流程圖這是最基本的流程圖，也是最重要的一步。需要注意的是系統(tǒng)從串口讀來的數據被自動轉換為ASCII字符。4.3.2 LabVIEW的前面板和各個部分的功能前面板由輸入控件和顯示控件組成。這些控件是VI的輸入輸出端口。輸入控圖4.3 虛擬儀器界面件是指旋鈕、按鈕、轉盤等輸入裝置。顯示控件是指圖表、指示燈等顯示裝置。輸入控件模擬儀器的輸入裝置，為VI的程序框圖提供數據。顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數據。上位機采用的是LabVIEW2010進行設計，圖4.10所示為溫度檢測界面，即上位機程序的前面板。總體功能是接收下位機采集得到的溫度數據，并且對數據進行顯示和記錄，通過前面板限定溫度值，當溫度超出限定值時，系統(tǒng)會發(fā)出報警信號。圖4.4 溫度監(jiān)測系統(tǒng)前面板前面板各個部分的具體功能介紹如下：1、溫度記錄表和溫度實時顯示框，用于記錄溫度，必要時可以生成Excel表格永久保存。2、VSIA配置控件的前面板顯示部分和采集次數顯示控件，可以直觀的知道進行溫度采集的次數。3、操作框，可以進行端口選擇，設置報警溫度的上限和下限值，可以停止程序運行。程序運行前，首先要選擇下位機的連接端口，才可以從下位機讀取溫度檢測數據。4、時間顯示框，顯示當前的實時時間。5、溫度波形圖表，直觀顯示溫度變化曲線。6、溫度報警指示燈，當溫度大于上限設定值時，溫度過高燈變紅；當溫度小于下限設定值時，溫度過低燈變紅；當溫度處于上限制和下限值之間時，表明溫度正常，兩個指示燈均為綠色。7、實時溫度表，用于檢測溫度變化。4.3.3 LabVIEW的程序框圖和各個部分的功能前面板創(chuàng)建完畢后，便可使用圖形化的函數添加源代碼來控制前面板上的對象。程序框圖是圖形化源代碼的集合，圖形化源代碼又稱G代碼或程序框圖代碼。前面板上的對象在程序框圖中顯示為接線端。 本程序的程序框圖如圖4.11所示。圖4.5 溫度檢測系統(tǒng)程序框圖下面介紹一下程序框圖中各個重要位置的作用，VSIA控件部分在第三章第二節(jié)已經進行了詳細的敘述，此處不再累述。1、歡迎詞部分，出現歡迎對話框，表明VSIA部分的下位機初始化已經完成，點擊確定即開始檢測溫度數據。2、時間顯示部分，用于在前面板顯示當前系統(tǒng)時間。3、系統(tǒng)延時，減緩系統(tǒng)的運行速度，減少上位機部分CPU和內存的使用率。4、將VISA讀取的字符串轉換為數字，從VISA緩沖區(qū)中讀取的是字符串，在這部分中分別從偏移量（第一個字節(jié)、第二個字節(jié)、第三個字節(jié)）位置截取三個子字符串（ASC碼），將子字符串送入轉換子VI中分別得到三個十六進制數字，再通過字符串整合控件，將三個十六進制數字整合成一個十六進制數值。5、攝氏溫度計算部分，將得到的十六進制數送到數值轉換控件中，將其轉換為十進制數，得到的結果乘以DS18B20的精度0.0625，得到的數值即為當前環(huán)境下的攝氏溫度。6、創(chuàng)建表格控件，將得到的溫度數值和系統(tǒng)時間在該控件內進行整合，然后按照指定格式顯示表格。7、溫度檢測報警系統(tǒng)，實時溫度值與溫度設定值比較，當布爾量為F時，綠燈亮，當布爾量為T時紅燈亮，實現實時報警功能。第5章 系統(tǒng)整體調試5.1 LabVIEW程序調試5.1.1 找出語法錯誤 LabVIEW程序的調試與其它計算機語言的編寫調試類似，都需要找出語法錯誤，但LabVIEW的圖形化編程方式就相對簡單的多，大大提高了編程的效率。如果一個VI程序存在語法錯誤，則在面板工具條上的運行按鈕將會變成一個折斷的箭頭，表示程序不能被執(zhí)行.這時這個按鈕被稱作錯誤列表。點擊它，則LabVIEW彈出錯誤清單窗口，點擊其中任何一個所列出的錯誤，選用FIND功能，則出錯的對象或端口就會變成高亮。錯誤的種類有多種類型，最常見的有： 1、節(jié)點之間未連線； 2、有一個或多個節(jié)點在程序中沒有發(fā)揮作用（既沒有輸入，也沒有輸出）； 3、程序中兩節(jié)點之間的數據類型不同，導致數據不能傳遞； 4、在程序中有一個或幾個節(jié)點在設計時，并不能按照其原有的功能運行。 5.1.2 設置執(zhí)行程序高亮 在LabVIEW的工具條上有一個畫著燈泡的按鈕，這個按鈕叫做“高亮執(zhí)行”按鈕。點擊這個按鈕或使該按鈕圖標變成高亮形式，再點擊運行按鈕，VI程序就以較慢的速度運行，沒有被執(zhí)行的部分以灰色顯示，執(zhí)行后的部分以高亮顯示，并顯示數據流線上的數據值如圖6.1所示。這樣，你就可以在根據數據的流動狀態(tài)跟蹤程序的執(zhí)行。圖5.1 程序高亮執(zhí)行5.1.3 斷點與單步執(zhí)行 為了查找程序中的邏輯錯誤，你也許希望框圖程序一個節(jié)點、一個節(jié)點地執(zhí)行。使用斷點工具可以在程序的某一地點中止程序執(zhí)行，用探針或者單步方式查看數據。使用斷點工具時，點擊你希望設置或者清除斷點的地方。斷點的顯示對于節(jié)點或者圖框表示為經框，對于連線表示為紅點。當IV程序運行到斷點處時，程序將暫停在將要執(zhí)行的節(jié)點，以閃爍表示。按下單步招待按鈕，閃爍的節(jié)點被執(zhí)行，下一個將要執(zhí)行的節(jié)點變?yōu)殚W爍，批示它將被執(zhí)行。你也可以點擊暫停按鈕，這樣程序將連續(xù)執(zhí)行直到下一個斷點。下圖6.2為設置斷點后的程序框圖，圖中紅色框為設置的斷點。圖5.2 設置斷點5.1.4 探針 你可以用探針工具來查看當框圖程序流經某一根連接線時的數據值。在框圖程序中增加探針有兩種辦法。首先，從工具模板選擇探針工具，再用鼠標左鍵點擊你希望放置探針的連接線。這時顯示器上會出現一個探針顯示窗口。該窗口總是被顯示在前面板窗口或框圖窗口的上面。也可以要框圖使用選擇工具或連線工具，在連線上點擊鼠標右鍵，在連線的弱出式菜單中選擇“探針命令”，同樣可以為該連線加上一個探針。下圖為設置探針，帶框數字為探針的名稱，“探針監(jiān)視窗口”中可查看當前“探針”位置的狀態(tài)。圖5.3 探針監(jiān)視窗口第6章 結 束 語針對現有的測控儀器產品更新換代的速度太快，彼此之間的兼容性差，難以滿足不同層次用戶和不斷變化的要求。本文利用現有的計算機，加上適當設計的儀器硬件和應用軟件LabVIEW構成了基于LabVIEW的智能溫度測控儀表，使其既具有傳統(tǒng)儀器的基本功能，又能讓用