电控学院
课程设计（论文）
课程名称： 虚拟仪器 题 目： 基于虚拟仪器的温度监测系统 院 （系）： 电气与控制工程学院 专业班级： 测控技术与仪器专业1202 姓 名： 学 号： 指导教师：
2016年1月4 日
摘要
虚拟仪器是将仪器技术、计算机技术、总线技术和软件技术紧密的融合在一起，利用计算机强大的数字处理能力实现仪器的大部分功能，打破了传统仪器的框架，形成的一种新的仪器模式。
本设计带有温度数据采集模块的单片机系统，运用虚拟仪器及其相关技术于温度采集系统的设计。该系统具有数据同时采集、采集数据实时显示、存储与管理、报警记录等功能。
关键词：labview ，虚拟仪器，温度采集系统
目录
绪论...........................................................................................................1
系统整体设计...........................................................................................2
下位机设计...............................................................................................3
上位机设计...............................................................................................4
调试与结果...............................................................................................6
结论...........................................................................................................8
参考文献...................................................................................................9
附录...........................................................................................................9
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Ⅰ绪论
1.1 引言
测控技术在现代科学技术、工业生产和国防科技等诸多领域中应用十分广泛，它的现代化已被认为是科学技术、国防现代化的重要条件和明显标志。20世纪70年代以来，计算机、微电子等技术迅猛发展，在其推动下，测控仪器与技术不断进步，相继诞生了智能仪器、PC仪器、VXI仪器、虚拟仪器及互换性虚拟仪器等微机化仪器及其自动测控系统，计算机与现代化仪器设备间的界限日渐模糊，测控领域和范围不断拓宽。
近年来，以计算机为中心、以网络为核心的网络化测控技术与网络化测控系统得到越来越多的应用，尤其是在航空航天等国防科技领域。网络化的测控系统大体上由两部分组成：测控终端与传输介质，随着个人计算机的高速发展，测控终端的位置越来越多的被个人计算机所占据，其中，软件系统是计算机系统的核心，甚至是整个测控系统的灵魂，应用于测控领域的软件系统称为监控软件。传输介质组成的通信网络主要完成数据的通信与采集，这种数据采集系统是整个测控系统的主体，是完成测控任务的主力。因此，这种“监控软件－数据采集系统”构架的测控系统结构在很多领域都得到了广泛的应用，并形成了一套完整的理论。 1.2 课题背景
虚拟仪器（VI）是计算机技术和传统的仪器技术相结合的产物，是仪器发展的一个重要方向。LabVIEW是一个基于图形化编程语言的虚拟仪器软件开发工具。本文重点介绍了虚拟仪器的界面，LabVIEW应用，并设计了一个基于虚拟仪器的数字化温度测量和控制系统，阐述了系统开发过程中数据的采集和软硬件的设计，虚拟仪器设备可以由使用者自己定义，这意味着可以自由地组合计算机平台，硬件（包括传统仪器），软件，以及各种实现应用所需要的附件。这种灵活性在由供应商定义，功能固定，的传统仪器上是很难达到的。常用的数字万用表，示波器，信号发生器，数据记录仪，以及温度和压力监控仪器就是这种传统仪器的代表。从传统仪器设备向虚拟仪器设备的转变，为现代实验带来了更多实际的利益，同时也促进着实验手段不断更新。
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1.3 本设计所做的工作
从传感器送来的模拟输入信号，经过信号调理后，输入到数据采集模块后送到单片机进行处理，然后经过USB总线送入PC机，由软件进行数据再处理，包括采样波形的实时显示，并进行历史数据保存，边采集边保存，还有实时报警并记录处理等功能
Ⅱ系统整体设计
2.1 设计任务及指标
本设计要求系统能够数据同时采集、采集数据实时显示、存储与管理、报警记录等功能。
测量范围：18~35摄氏度 上限报警值：20℃ 下限报警值：30℃
2.2 方案选择
上位机通过使用labview进行编程实现对温度数据的处理和显示以及报警等功能，下位机使用带有温度采集模块和数码管的单片机系统，用于温度数据采集、发送和显示。温度传感器采用DS18B20温度传感器。DS18B20是常用的温度传感器，
具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20的测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差1℃
DS18B20
设计思路一：下位机将直接采集到的温度数通过单片机进行A\\D转换后发送
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给上位机，在上位机中实现对直接温度数据的处理并以十进制码显示
设计思路二：下位机将直接采集到的温度数据送到单片机进行处理，处理成以十六进制显示的准确的温度数据后再发送发给上位机，在上位机中实现码制的转换并以十进制显示。
本设计采用的是第二种设计思路。
Ⅲ下位机设计
3.1 硬件设计
系统的硬件设计主要分为四个部分：单片机、供电电路、DS18B20、串口通讯。
图 1：单片机部分电路设计
单片机部分的电路设计如图1所示，主要包括复位电路、ISP接口、JTAG接口、晶振电路、A/D参考电压电路（此部分用于A\\D采集，本系统并未使用）。复位电路使用了钳位二极管钳位，防止触点电压过高烧坏RESET引脚。
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图 2：供电电路设计 图 3：DS18B20电路设计
供电电路如图2所示，供电电路使用了BM1117进行稳压，防止电压过高烧坏单片机，并可以提高系统适应电压的范围，即使供电电压高于单片机正常工作电压也可以由BM1117稳压到单片机正常工作电压的范围。
DS18B20 的工作电路如图3所示，采用外部供电而非总线供电的方式，只需一个电容和两个电阻。
图 4：串口通信电路
Ⅳ上位机设计
4.1功能任务
上位机要实现对下位机发送的数据的接收、处理并显示以及上下限的报警功能
4.2前面板设计：
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图1 前面板框图 4.3程序框图设计
图2 数据接收电路图
图3 数据处理以及显示电路
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图5 上下限报警电路
图6 labview程序设计框图
Ⅴ调试与结果
5.1运行结果：
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图1串口调试结果
图2 上位机运行结果
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图3下位机运行结果
5.2问题及处理
一开始调试的时候波特率的值设置为9600，结果出现了无法发送数据的问题。经过检查后发现，造成该故障的原因是使用了12MHz的晶振，在该次设计中应该使用11.05MHz的晶振。12MHz的晶振容易出错。经过调试后，波特率改为2400即可正常发送数据。但是随后又出现了新的问题：上位机接收的是乱码或者显示出来的数据不准确。由于一开始的设计思路是将数据的处理全部交给上位机，而下位机只负责采集并发送数据。这造成了上位机设计的难度和工作量增大，并且在处理数据的过程中容易出错，比如接收到的是乱码或者温度显示不正确甚至接收到了数据但是没有按预期显示出来。多次调试之后，决定改动设计思路，让数据的处理在下位机程序中完成，将采集的数据装换成以16进制显示的准确的温度数据，再通过单片机和串口发送至上位机，上位机负责接收数据并将接收到的字符串还原成16进制码，再通过数组索引的功能转换成10进制码显示出来。经过调整之后上位机成功按照预期结果显示出温度数据。
Ⅵ结论
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本次课程设计此数据采集系统，应用LabVIEW的数据处理库，完成了对信号的采集、处理、存储和显示；实现了对温度数据的采集处理、发送和接收、实时显示等功能。与传统的数据采集系统相比，其价格低廉、使用性强、开发周期短、数据处理简单方便。
参考文献
[1]杨乐平，李海涛，肖相生．LabView程序设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2001：261—266．
[2]张凯，郭栋．虚拟仪器工程设计与开发[M]．北京：国防工业出版社，2004：192—202．
[3]马骏，苏冬云．温度数据采集测试系统设计[J]．机电工程技术，2005，34(10)：17—20．
[4]任德齐，谭中华．基于LabVlEW的温度测试系统的研究[J]．西南师范大学学报：自然科学版，2007，32(5)：129-132．
[5]龙脉工作室，岂兴明，周建兴，矫津毅.LabVIEW 8.2 中文版 入门与典型案例 人民邮电出版社，2010.6
附录
下位机系统（单片机型号为ADC52）
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DS18B20温度传感器
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