黃根嶺， 任全會(huì)， 江興盟

（鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 河南鄭州 450052）

0 引言

在一些功能比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常以PC為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對裝置的控制，由上位機(jī)完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理（比如對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、顯示、制表、打印等）及對單片機(jī)的控制。因此，PC和單片機(jī)之間存在著大量的數(shù)據(jù)交換，通常PC和單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信是通過串口來實(shí)現(xiàn)的。本文以溫度作為數(shù)據(jù)采集對象，利用LabVIEW作為語言開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件，并利用PC串口與單片機(jī)進(jìn)行串行通訊，實(shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)測量與控制。

1 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

在上位機(jī)程序設(shè)計(jì)中，采用何種語言設(shè)計(jì)人機(jī)交互界面，不僅關(guān)乎整個(gè)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣，還關(guān)乎界面的美觀性與易用性。常用的上位機(jī)編程語言有VB、VC等軟件，本系統(tǒng)采用LabVIEW語言進(jìn)行開發(fā)，美國NI公司開發(fā)的LabVIEW是一種圖形化編程語言，它使用直觀的圖標(biāo)和連線替代傳統(tǒng)基于文本的函數(shù)和數(shù)據(jù)流向，編程方式簡單、直觀，所設(shè)計(jì)出的界面生動(dòng)友好、功能強(qiáng)大、易于操作。更重要的是，采用LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)能大大降低成本、縮短開發(fā)周期。

1.1 LabVIEW串行通信功能模塊

在LabVIEW功能面板的函數(shù)→儀器I/O→VISA→高級VISA→總線/接口配置→串口目錄下，包含串口通信所需的模塊。常用模塊及屬性如下：

1) VISA Configure Serial Port

用于配置VISA resource name所指定的串口通信參數(shù)。

2) VISA Write

用于將輸出緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)寫到VISA resource name所指定的串口中。

3) VISA Read

從VISA resource name所指定的串口接收緩沖區(qū)中讀取規(guī)定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù), 并將這些數(shù)據(jù)寫入計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。

4) VISA Close

關(guān)閉與VISA resource name所指定的串口資源之間的通信。

1.2 LabVIEW程序設(shè)計(jì)

圖1 系統(tǒng)主界面

系統(tǒng)主界面如圖1所示，主要包括串口通信配置和溫度數(shù)據(jù)采集，下面簡單將各部分對應(yīng)的程序框圖介紹如下。

1) 串口通信參數(shù)設(shè)置

用戶可通過下拉菜單設(shè)置通信端口、波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位，本系統(tǒng)采用com1口、波特率為2400波特、數(shù)據(jù)位8位、不設(shè)置校驗(yàn)位、1位停止位（程序框圖見圖2）。

圖2 串口通信參數(shù)設(shè)置部分的程序框圖

2) 溫度采集部分

溫度采集部分主要包括溫度顯示、溫度設(shè)置、溫度報(bào)警、溫度數(shù)據(jù)報(bào)表生成等模塊，其中溫度顯示方式有兩種：一種用圖形化的可視溫度計(jì)來顯示，另一種用實(shí)時(shí)曲線來顯示（程序框圖見圖3和圖4）；用戶可通過直接拖動(dòng)指針或輸入數(shù)值來設(shè)置“上限溫度”和“下限溫度”，當(dāng)溫度超過或低于設(shè)置的溫度時(shí)報(bào)警燈將閃爍（程序框圖見圖3和圖5）；用戶可通過“溫度設(shè)定”按鈕將當(dāng)前的設(shè)置上下限值發(fā)送到下位機(jī)內(nèi)存內(nèi)；用戶可通過“寫入文件”按鈕將當(dāng)前記錄時(shí)間和溫度值保存到XLS文件中（程序框圖見圖5）。

圖3 溫度計(jì)顯示和報(bào)警指示部分的程序框圖

圖4 溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)曲線顯示和報(bào)表文件生成部分的程序框圖

圖5 溫度報(bào)警部分的程序框圖

需要注意的是，串行通信中傳遞的是字符串類型的數(shù)據(jù),因此在讀取溫度數(shù)據(jù)時(shí)需要將字符串格式的溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量形式的溫度值；另外在進(jìn)行串行通信時(shí)，要約定串行通信協(xié)議。

2 下位機(jī)硬件設(shè)計(jì)

下位機(jī)主要包括單片機(jī)最小系統(tǒng)、串口通信電路以及溫度采集模塊。下面簡單介紹一下串口通信電路和溫度采集電路。

2.1 串口通信電路

利用STC89C51單片機(jī)全雙工串口可以很方便地與上位機(jī)進(jìn)行通信，需要注意的是，單片機(jī)串口輸入輸出電平為TTL電平, 而PC機(jī)采用的是RS-232電平,因此要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信, 必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)采用MAXIM公司的MAX232CPE芯片作為電平轉(zhuǎn)換芯片，其原理圖如圖6所示。

圖6 串口通信電路

2.2 溫度采集電路

DS18B20是一個(gè)采用1-wire總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器，與單片機(jī)連接時(shí)僅需要一條口線（本系統(tǒng)采用P1.1管腳）即可雙向通信，其原理圖如圖7所示。

圖7 溫度采集電路

需要注意的是，在單片機(jī)讀取溫度時(shí)，必須嚴(yán)格遵守DS18B20的時(shí)序，否則不會(huì)響應(yīng)單片機(jī)。

3 測試結(jié)果

配置DS18B20的精度為10位（最小分辨率就是0.25℃），系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果為20℃（如圖1所示），與室內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)溫度19.5℃相比誤差為0.5℃，導(dǎo)致結(jié)果偏高的原因主要有兩方面：一是系統(tǒng)運(yùn)行后DS18B20所在的電路板會(huì)發(fā)熱，導(dǎo)致DS18B20的周圍溫度偏高，另一方面是DS18B20為單線數(shù)器件，在輸出低電平的時(shí)候芯片有mA級的電流，器件本身會(huì)產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致溫度偏高。經(jīng)過多次測試結(jié)果表明，該系統(tǒng)可適用于準(zhǔn)確度小于0.5℃的溫度測試場合。

4 結(jié)論

本文介紹了基于LabVIEW的PC與單片機(jī)串行通信的實(shí)現(xiàn)方法, 并應(yīng)用于溫度測控系統(tǒng), 給出了LabVIEW的前面板和程序框圖。測試結(jié)果表明：系統(tǒng)性能穩(wěn)定，界面形象逼真，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)性好，具有一定的推廣價(jià)值。

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