沈慧鈞

（太原理工大學(xué)信息學(xué)院，山西 太原 030024）

1 引言

溫度在人們?nèi)粘Ｉ?、工業(yè)控制和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中都是非常重要的參數(shù)，溫度計(jì)技術(shù)發(fā)展很快，從原始的玻璃管溫度計(jì)發(fā)展到現(xiàn)在的熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)、數(shù)字溫度計(jì)、電子溫度計(jì)等等。隨著應(yīng)用要求的提高，高精度采集的溫度計(jì)廣泛被采用。

圖形化編程語言的虛擬儀器集成開發(fā)環(huán)境LabVIEW是基于P C機(jī)而研制的一種儀器控制軟件和分析軟件的標(biāo)準(zhǔn)語言。為軟件開發(fā)和過程控制提供了最佳設(shè)計(jì)平臺(tái)，它可以極大的縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。

文章打破常規(guī)，利用LabVIEW環(huán)境作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用DS 18B20數(shù)字溫度傳感器構(gòu)建數(shù)字溫度計(jì)對(duì)溫度進(jìn)行連續(xù)的測量顯示、溫控報(bào)警，不僅提高了系統(tǒng)的可靠性而且還簡化了電路。

2 數(shù)字溫度計(jì)的硬件描述

2.1 溫度計(jì)系統(tǒng)

數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要分為三部分：一是對(duì)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，包括溫度采集電路和顯示電路；二是對(duì)系統(tǒng)軟件部分的設(shè)計(jì)；三是與設(shè)置上下報(bào)警溫度比較，當(dāng)溫度超過設(shè)置范圍內(nèi)時(shí)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。通過DS 18B20直接讀取被測溫度值，送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，之后在P C機(jī)上進(jìn)行輸出顯示，最終完成了數(shù)字溫度計(jì)的總體設(shè)計(jì)。

數(shù)字溫度計(jì)系統(tǒng)硬件部分由溫度傳感器、信號(hào)的處理、信號(hào)的采集及基于LabVIEW環(huán)境的溫度顯示組成，見圖1。

圖1 溫度計(jì)系統(tǒng)硬件框圖

2.2 DS 18B20數(shù)字溫度傳感器

傳感器是溫度計(jì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的重要組成部分，它的精度靈敏度基本決定了溫度計(jì)的精度、測量范圍、控制范圍和用途等。本設(shè)計(jì)中采用DS 18B20數(shù)字溫度計(jì)（傳感器），它采用獨(dú)特的單線接口方式，測溫范圍－55～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃。增量值為0.5等效的華氏溫度范圍是-67 F～257F，可以程序設(shè)定9～12位的分辨率，在DS 18B20中的每個(gè)器件上都有獨(dú)一無二的序列號(hào)。傳感器輸出的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，保存在數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)緩沖中。

2.3 AT89C2051型單片機(jī)

本設(shè)計(jì)采用AT 89 C2051型單片機(jī)作為主控制器件。該芯片是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位、20腳單片機(jī)，片內(nèi)含2 kbytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和128 bytes的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），采用高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)M C S-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元。它可以控制DS18B20芯片的溫度轉(zhuǎn)化，能夠采集轉(zhuǎn)化后的溫度，然后將采集到的數(shù)值由12位串行雙D/A轉(zhuǎn)換器LTC1446輸出，轉(zhuǎn)換成實(shí)際的電壓信號(hào)。LTC1446為三線串行接口，最高數(shù)據(jù)更新度為500 k H Z。單片機(jī)系統(tǒng)與P C上位機(jī)的連接采用U0SB2.0通信電纜，將數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中以數(shù)組的形式保存下來，用LabVIEW編程可視化界面實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的監(jiān)控與顯示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括PC上位機(jī)的監(jiān)控軟件和AT89C2051單片機(jī)的系統(tǒng)軟件。

3.1 PC機(jī)的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)

PC上位機(jī)的監(jiān)控軟件設(shè)計(jì)采用的是LabVIEW圖形編程語言，該語言采用基于數(shù)據(jù)流圖形化編程方式，因此也被稱為G語言。PC機(jī)軟件設(shè)計(jì)包括前面板的設(shè)計(jì)和框圖程序設(shè)計(jì)兩部分，采用數(shù)字顯示與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，具有讀數(shù)方便，用戶界面便捷的優(yōu)點(diǎn)。

圖2 前面板設(shè)計(jì)

3.1.1 前面板設(shè)計(jì)

前面板包含一個(gè)溫度計(jì)、溫度顯示框、報(bào)警指示燈、停止運(yùn)行按鈕。其中報(bào)警指示燈的作用是，當(dāng)溫度上升超過某一溫度值（本設(shè)計(jì)為50℃）時(shí)，報(bào)警指示燈亮（變紅），見圖2。

3.1.2 框圖程序設(shè)計(jì)

測溫電路輸出的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集卡A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后在調(diào)用LabVIEW功能模板中的數(shù)據(jù)處理分析節(jié)點(diǎn)處理采集到的數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)以溫度的形式顯示到前面板上，見圖3。

圖3 框圖程序設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)采用A T 89 C 2051單片機(jī)作為主控核心，DS 18B20數(shù)字溫度傳感器作為測溫器件，測溫范圍－55℃～+125℃，固有測溫分辨率0.5℃，采用LabVIEW圖形編程語言設(shè)計(jì)P C上位機(jī)的監(jiān)控界面，數(shù)字顯示溫度，并實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警功能。與傳統(tǒng)的溫度計(jì)相比，該數(shù)字溫度計(jì)的設(shè)計(jì)具有讀數(shù)方便、測溫范圍廣、測溫準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

[1]侯國屏，王坤，葉齊鑫等.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社.2006.

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