基于LabVIEW的ARM溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、2011年7月 農(nóng)機(jī)化研究 第7期基于LabVIEW的ARM溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)劉 磊,錢(qián)珊珠,梅 榮(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,呼和浩特摘 要:010018)溫濕度是太陽(yáng)能干燥過(guò)程中的一項(xiàng)重要的指標(biāo),本系統(tǒng)將信息采集、信息傳輸、信息處理等多種信息技術(shù)相互融合,將溫濕度監(jiān)測(cè)和ARM控制理論相結(jié)合,提出了一種切實(shí)可行的干燥環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用PC機(jī)上的RS232串行口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊,使用LabVIEW虛擬儀器軟件完成上位機(jī)串行通訊程序和前面板程序的編寫(xiě),實(shí)現(xiàn)干燥系統(tǒng)溫濕度的實(shí)時(shí)采集、顯示和儲(chǔ)存。實(shí)驗(yàn)證明,此系統(tǒng)取得良好的測(cè)試效果。關(guān)鍵詞:LabVIEW;ARM微處理器;溫濕度;檢測(cè)系統(tǒng)文章編

2、號(hào):1003-188X(2011)07-0108-03中圖分類(lèi)號(hào):TP273+.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A0 引言LabVIEW是目前國(guó)際上應(yīng)用最廣的虛擬儀器開(kāi)發(fā)環(huán)境之一。與傳統(tǒng)程序語(yǔ)言不同,LabVIEW編程非常方便,它采用強(qiáng)大的圖形化語(yǔ)言(G語(yǔ)言)編程,面向測(cè)試工程師而非專(zhuān)業(yè)程序員。LabVIEW在測(cè)試與測(cè)量、數(shù)據(jù)采集、儀器控制、數(shù)字信號(hào)分析、通信、仿真等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用1DS18B20和濕度傳感器HS1101作為測(cè)量元件,通過(guò)S3C2410與智能傳感器相連,采集并存儲(chǔ)智能傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)。在ARM系統(tǒng)中,還要實(shí)現(xiàn)程序的擴(kuò)展存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、報(bào)警和數(shù)據(jù)輔助存儲(chǔ)功能。S3C2410作為監(jiān)控計(jì)

3、算機(jī)與智能傳感器連接的中心,通過(guò)RS232總線與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信,將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控計(jì)算機(jī)。監(jiān)控計(jì)算機(jī)將S3C2410傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、處理和報(bào)警,供工作人員瀏覽、記錄和進(jìn)行相關(guān)處理,從而實(shí)現(xiàn)了一種在LabVIEW環(huán)境下的溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。利用LabVIEW設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),可模擬采集各種信號(hào),但是配備N(xiāo)I公司的數(shù)據(jù)采集板卡比較貴,在實(shí)際開(kāi)發(fā)中如果實(shí)現(xiàn)串口與LABVIEW的通訊,這樣可無(wú)需購(gòu)買(mǎi)NI公司的數(shù)據(jù)采集卡,從而大大降低了該產(chǎn)品的成本。本系統(tǒng)在LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)下,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理、分析,最后由PC機(jī)顯示實(shí)時(shí)測(cè)量干燥過(guò)程中的溫濕度,從而實(shí)現(xiàn)了

4、一種在LabVIEW環(huán)境下的自動(dòng)測(cè)試。干燥作業(yè)涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的廣泛領(lǐng)域,是許多行業(yè)不可缺少的工序。同時(shí),干燥作業(yè)也是我國(guó)的耗能大戶(hù)之一,干燥過(guò)程中造成的污染問(wèn)題也亟待解決,因此干燥技術(shù)的節(jié)能與環(huán)保十分重要。在應(yīng)用中,溫濕度是干燥過(guò)程中的一個(gè)很重要的指標(biāo)。因此,本文設(shè)計(jì)了一種基于LabVIEW的ARM溫濕度檢測(cè)系統(tǒng),并對(duì)其系統(tǒng)的組成、實(shí)現(xiàn)給出了詳細(xì)描述。圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖Fig.1 Systemblockdiagram1.1 硬件電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用基于ARM920T核的低功耗、高度集成的微處理器S3C2410。它有豐富的系統(tǒng)與應(yīng)用外設(shè)以及標(biāo)準(zhǔn)的接口,片內(nèi)含有16K字節(jié)數(shù)據(jù)緩存,16K字節(jié)指令緩存和

5、高性能16位、32位指令集。ARM微處理器提供了一種低功耗、低成本、高性能的微控制器解決方案。微控制器在溫濕度檢測(cè)器中主要有著以下作用:1)通過(guò)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片進(jìn)行操作,設(shè)置時(shí)鐘芯片的時(shí)鐘和報(bào)警寄存器,使系統(tǒng)定時(shí)上電完成溫濕度數(shù)據(jù)采集功能,以實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)。2)通過(guò)其內(nèi)部的ADC模塊,采樣傳感器陣列輸出電壓信號(hào),由嵌入式軟件計(jì)算出當(dāng)前的溫度、濕度等環(huán)境信息。1 系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及工作原理本系統(tǒng)以S3C2410為核心,以溫度傳感器收稿日期:2010-09-13基金項(xiàng)目:內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金項(xiàng)目(200MS0707)作者簡(jiǎn)介:劉 磊(1985-),男,山西運(yùn)城人,碩士研究生,(E-mail)aliulei

6、a128。通訊作者:錢(qián)珊珠(1964-),女(蒙古族),內(nèi)蒙古通遼人,教授。2011年7月 農(nóng)機(jī)化研究 第7期3)通過(guò)JTAG接口進(jìn)行在線調(diào)試和程序下載。溫度傳感器采用DS18B20是美國(guó)DALLAS公司生產(chǎn)的新型單總線數(shù)字溫度傳感器。單總線顧名思義只有1根數(shù)據(jù)線,它可以將測(cè)量到的溫度結(jié)果以串行數(shù)字信號(hào)輸出。DS18B20的測(cè)溫范圍從-55+125 ,在-10+85 范圍內(nèi),精度為 0.5 。S3C2410控制器與上位機(jī)之間采用RS232通信協(xié)議傳輸方式2制等領(lǐng)域。在LABVIEW的串口通訊方面的研究有很多,大致可以總結(jié)為3種思路:一是使用VISA實(shí)現(xiàn)串口通訊;二是使用MSCOMM控件;三是自

7、己編寫(xiě)動(dòng)態(tài)連接庫(kù)5。本文利用LABVIEW8.2版的VISA庫(kù)的方法編寫(xiě)串口通訊軟件,來(lái)接收通過(guò)串口傳來(lái)的溫濕度數(shù)據(jù),然后進(jìn)行數(shù)據(jù)保存或數(shù)據(jù)處理。該軟件的簡(jiǎn)易流程圖如圖3所示。系統(tǒng)選用HSl101濕度傳感器來(lái)測(cè)量相對(duì)濕度,通過(guò)ADC通道與S3C2410相連接。它具有如下特點(diǎn):不需校準(zhǔn)的完全互換性;高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性;快速響應(yīng)時(shí)間;專(zhuān)利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu),適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路,適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過(guò)程等。1.2 軟件設(shè)計(jì)下位機(jī)ARM串口工作原理及程序如下。接收操作: 選擇接收模式中斷或者BDMA; 檢查在UF STATn寄存器中的計(jì)數(shù)值,若計(jì)數(shù)值小于15,用

8、戶(hù)需要設(shè)置UMCONn0為1,否則設(shè)置UMCONn為0; 重復(fù)步驟 。發(fā)送操作: 選擇發(fā)送模式中斷或者BDMA; 檢查UMSTATn0的值,如果值為1,激活用戶(hù)可以發(fā)送數(shù)據(jù)到發(fā)送緩存區(qū)或者發(fā)送FIFO寄存器。每個(gè)UART有7個(gè)狀態(tài),溢出錯(cuò)誤、奇偶錯(cuò)誤、frame錯(cuò)誤和暫停條件接收FIFO/緩沖區(qū)3圖3 LABVIEW軟件流程圖Fig.3 LABVIEWsoftwareflowchart2.2 串口通訊設(shè)計(jì)由于大多數(shù)電腦都有一至兩個(gè)串行通訊接口,因此串行通訊非常流行。在LabVIEW中,實(shí)現(xiàn)串口通訊可以直接通過(guò)調(diào)用功能模板的VISA中的Seria系列(包含VISAConfigureSeria,l

9、VISAWrite,VISARead,VISAClose)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)串行口的訪問(wèn)和控制。首先是對(duì)串口的初始化設(shè)置:波特率為默認(rèn)值9600,8位數(shù)據(jù)位,1位停止位,無(wú)校驗(yàn)位,串口號(hào)為1。當(dāng)系統(tǒng)開(kāi)啟時(shí),通過(guò)VISAWrite.vi向ARM發(fā)送 發(fā)送請(qǐng)求命令 。由于LabVIEW的串行通信子VI只允許對(duì)字符串的讀寫(xiě),因此在數(shù)據(jù)處理時(shí),必須進(jìn)行字符串與數(shù)字之間的正確轉(zhuǎn)換,在這里筆者通過(guò)調(diào)用一個(gè) 組串 子VI來(lái)實(shí)現(xiàn)此轉(zhuǎn)換。在收到上位機(jī)的發(fā)送請(qǐng)求命令后,ARM則回應(yīng)應(yīng)答信號(hào),上位機(jī)通過(guò)VISARead.vi節(jié)點(diǎn)讀取單片機(jī)的應(yīng)答信號(hào)。若上位機(jī)沒(méi)收到ARM的應(yīng)答信號(hào)則重發(fā) 發(fā)送請(qǐng)求命令 ,若收到應(yīng)答信號(hào)則執(zhí)行順

10、序結(jié)構(gòu)的第二步。在順序結(jié)構(gòu)第二步中,將通過(guò)VISARead.vi讀取數(shù)據(jù)。串口通訊如圖4所示。2.3 外置串口的溫濕度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)圖2 程序流程圖Fig.2 ARMProgramflowchart。其中,UART_INIT為串口初始化函數(shù),里面設(shè)置串口的工作模式及其波特率。USART_SendData為串口發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù)。USART_RecvData為串口接收函數(shù)4。其程序流程圖如圖2所示。LabVIEW中的前面板就是圖形化用戶(hù)界面,用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量。本系統(tǒng)的前面板的設(shè)計(jì)包括了串口的選擇、波特率的設(shè)置、實(shí)時(shí)溫濕度顯示、數(shù)據(jù)保存控制和溫度數(shù)據(jù)曲線等部分,用實(shí)時(shí)趨勢(shì)圖控件Waveform

11、Chart來(lái)顯示下位機(jī)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì),如圖5所示。2 LabVIEW下的串行通訊設(shè)計(jì)2.1 軟件設(shè)計(jì)思路LABVIEW主要用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、儀器控2011年7月 農(nóng)機(jī)化研究 第7期圖6中用的是數(shù)據(jù)輸入部分。它們主要包括了串口輸入、10進(jìn)制轉(zhuǎn)換成2進(jìn)制、2進(jìn)制數(shù)不同位賦不同值和系統(tǒng)報(bào)警等部分的設(shè)計(jì)6。3 結(jié)語(yǔ)利用LabVIEW強(qiáng)大的圖形化程序設(shè)計(jì)方案在虛圖4 串口通訊圖Fig.4 Serialcommunicationchart擬環(huán)境中進(jìn)行串行設(shè)備通信開(kāi)發(fā)提高了開(kāi)發(fā)效率,將虛擬儀器技術(shù)與ARM系統(tǒng)相結(jié)合,有效地降低了溫度采集系統(tǒng)的成本。通過(guò)調(diào)試,該系統(tǒng)運(yùn)行情況良好,可

12、以進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度數(shù)據(jù)采集,證明了LABVIEW利用串口來(lái)采集數(shù)據(jù)的可能性和可靠性。在實(shí)際開(kāi)發(fā)中,LabVIEW表現(xiàn)了很好的靈活性。尤其是利用其提供的外部接口,結(jié)合以單片機(jī)為核心組成的小系統(tǒng),可以很方便地完成數(shù)據(jù)采集及處理等功能,具有很強(qiáng)的實(shí)用性,可廣泛應(yīng)用于檢測(cè)控制領(lǐng)域。參考文獻(xiàn):圖5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前面板設(shè)計(jì)Fig.5 Thedesignoffrontpanelfordataacquisitionsystem1 陳錫輝,張銀鴻.LabVIEW8.20程序設(shè)計(jì)從入門(mén)到精通M.北京:清華大學(xué)出版社,2007:1-10.2 吳春蕾.糧庫(kù)溫濕度智能檢測(cè)系統(tǒng)的研究D.天津:河北工業(yè)大學(xué),2006.3 杜春

13、雷.ARM體系結(jié)構(gòu)與編程M.北京:清華大學(xué)出版社,2006:1-6.4 黃燦泉,孟文,張朋濤.Labview與ARM微控制器的串口通信J.機(jī)電產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新,2005,18(5):80-81.5 趙艷輝,趙修良,陳武.基于labview的溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009,8(3):27-29.6 熊百可.基于ARM的土壤溫濕度檢測(cè)器與USB數(shù)據(jù)收集器設(shè)計(jì)D.成都:電子科技大學(xué),2008.LabVIEW采集系統(tǒng)的后面板如圖6所示。圖6 LabVIEW采集系統(tǒng)的后面板Fig.6 TherearpanelofacquisitionsystemDesignontheMeasurin

14、gSystemoftheTemperatureandHumidityofARMMicroprocessorBasedonLabviewLiuLe,iQianShanzhu,MeiRong(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,InnerMongoliaAgriculturalUniversity,Huhhot010018,China)Abstract:Thetemperatureandhumidityisanimportantindicatorintheprocessofsolardrying,informationisacquired,transmittedandprocessedinthissystem.TemperatureandhumiditymonitoringandARMcontroltheoryarecombinedinthissystem,RS232interfaceonPCrealiz