趙 亮

（陜西理工學院 機械工程學院，陜西 漢中 723003）

虛擬儀器技術是在計算機技術的基礎上發(fā)展起來的，是計算機技術和測試技術相結合的產(chǎn)物，其能夠充分利用計算機強大的運算處理功能，突破傳統(tǒng)測量儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制。在魔芋烘干的過程中，振動流化床內的溫度對魔芋烘干的品質影響很大，為了更好地觀察魔芋在烘干的過程中流化床內的溫度值，本文利用LabWindows/CVI軟件，開發(fā)了對振動流化床內多點溫度進行測量的測試系統(tǒng)，可以實時對溫度進行檢測和顯示，并具有存儲的功能。

1 檢測系統(tǒng)的整體要求

系統(tǒng)要求對24點的溫度進行檢測，且每6個檢測點為一個檢測單元，并能夠對采集的溫度值在工控設備上進行保存和實時顯示溫度曲線的功能。溫度觀測點到到現(xiàn)場溫度檢測點的距離最大不超過1 km。

2 檢測系統(tǒng)的總體設計

由于系統(tǒng)要求能夠對采集溫度值進行保存，并且能看到溫度的變化曲線，所以需要用組態(tài)軟件開發(fā)一個上位機界面，在本系統(tǒng)中使用NI公司的Lab Windows/CVI軟件進行上位機界面的開發(fā)。

根據(jù)要求，每六個溫度檢測點為一個單元，所以要設計4塊檢測板以完成對整個系統(tǒng)溫度的檢測。考慮到現(xiàn)場環(huán)境惡劣，在檢測電路板和工控設備之間選擇CAN總線的通信方式。系統(tǒng)總體工作原理圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計

溫度檢測的過程為：每個溫度檢測模塊實時檢測每個單元的溫度值，通過CAN總線網(wǎng)絡發(fā)到工控設備，在工控設備上進行溫度值的顯示，根據(jù)用戶的要求進行數(shù)據(jù)的保存和溫度曲線的顯示。

3 檢測系統(tǒng)的硬件設計

檢測系統(tǒng)的硬件設計主要為下位機硬件電路的設計，包括微處理器的選擇、溫度檢測電路和通信電路的設計。

3.1 微處理器的選擇

微處理器選用Silicon Lab公司生產(chǎn)的C8051F041單片機，C8051F041處理器是完全集成的混合信號片上系統(tǒng)型MCU，具有高速、流水結構8051兼容的CIP-51內核。12位8通道ADC，并且片內集成了一個CAN2.0控制器，可以方便組建CAN總線網(wǎng)絡；MCU內部有JTAG接口和調試電路，可以通過JTAG接口使用安裝在最終應用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進行非侵入式、全速、在系統(tǒng)調試。

3.2 測溫電路的設計

溫度傳感器選用熱電阻PT100，熱電阻測溫是基于金屬導體的電阻值隨溫度的變化而變化的這一特性來進行溫度測量的。PT100是是一種穩(wěn)定性和線性比較好的鉑絲熱電阻傳感器，可以在-200℃到600℃之間工作，而生產(chǎn)線流化床內的溫度是80℃至120℃的范圍。在用熱電阻PT100進行溫度測量時，用溫度變送器將溫度信號轉變成4-20 mA的電流信號，再通過調理電路到處理器C8051F041的A/D轉換的輸入端，將模擬信號轉換成數(shù)字信號，以方便計算機的處理。其電路圖如圖2所示。

圖2 溫度檢測電路

3.3 通信電路的設計

C8051F041微處理器具有CAN控制器，用CAN協(xié)議進行串行通信，CAN控制器符合Bosch規(guī)范2.0A。CAN控制器包含一個CAN核、消息RAM、消息處理狀態(tài)機和控制寄存器。CAN是一個協(xié)議控制器，不提供物理層驅動器。在本系統(tǒng)選用PCA82C250作為CAN通信的收發(fā)器，其電路圖如圖3所示。

圖3 通信電路

4 檢測系統(tǒng)的軟件設計

按照前面硬件電路的設計，需編寫程序完成對溫度的采集、處理和顯示等功能，所以在軟件上可分為上位機程序和下位機程序的設計。上位機程序主要完成溫度值的顯示、保存和曲線的顯示等功能；下位機程序完成對溫度的采集的功能。

4.1 上位機程序的設計

選用NI公司的Lab Windows/CVI交互式C語言開發(fā)平臺，該平臺將C語言與用于數(shù)據(jù)采集分析和顯示的測控專業(yè)工具有機地結合起來，開發(fā)程序效率較高、可靠性好。軟件帶有豐富的數(shù)字信號處理庫函數(shù)，界面設計方便靈活，能夠滿足系統(tǒng)的設計要求。對整個系統(tǒng)的軟件進行模塊化設計，將功能劃分為系統(tǒng)的初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)值的保存和結果的顯示等部分。

上位機操作界面可以對采集的24點的溫度值進行實時顯示，且具有保存功能，保存路徑為軟件的安裝位置，可以定時自動保存和也可以單次保存，方便了操作者觀察歷史溫度值。另外，其還具有對溫度值進行實時曲線顯示，觀察溫度的變化情況的功能。

圖4 上位機界面

4.2 下位機程序的設計

（1）溫度檢測程序

C8051F041單片機的ADC0子系統(tǒng)包括可編程模擬多路選擇器、可編程增益放大器和逐次逼近寄存器型ADC、集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。通過設置特殊功能寄存器來來選擇輸入通道、基準電壓、放大倍數(shù)和數(shù)據(jù)轉換方式。其溫度檢測程序流程圖如圖5所示。

圖5 溫度檢測程序流程圖

（2）通信程序設計

CAN通信程序包括初始化程序、發(fā)送程序和接受程序。初始化程序主要是對消息對象進行初始化、CAN控制寄存器初始化、位定時寄存器的初始化以及發(fā)送對象和接收對象的初始化。

5 結束語

利用Lab Windows/CVI開發(fā)平臺，開發(fā)了上位機操作界面，具有可以對24點溫度進行采集和實時顯示的功能，且界面的交互性比較好；采用CAN總線技術通信，提高了系統(tǒng)的可靠性。

[1]張志健，耿敬章，孫海燕，等.魔芋片對流干燥水分變化規(guī)律研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（12）:7106-7107.

[2]郝迎吉，馬德平.一種基于單片機的組態(tài)王溫度監(jiān)控系統(tǒng)[J].西安科技大學學報，2005，25(2):201-203.

[3]熊善清.基單片機C8051F040的CAN通訊程序設計[J].通信電源技術，2005，22(4):36-38.

[4]劉春華，高繼森.基于組態(tài)軟件與單片機的多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)總體設計[J].宜春學院學報，2008，30（4）:51-52.

[5]田 奕，劉秀紅.基于C8051F040的CAN總線通訊系統(tǒng)設計[J].現(xiàn)代電子技術，2006，15:29-31.