劉鵬娟，楊斌

（阿壩師范學(xué)院，四川汶川，623002）

0 引言

在萬物互聯(lián)智能化科技時代，我國現(xiàn)有溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計僅停留在單路溫度檢測、單一設(shè)備孤立運行階段，在多路同時監(jiān)測、多設(shè)備終端共同控制與監(jiān)測方面存在嚴(yán)重不足[1]。該課題基于現(xiàn)有情況、將利用基于單片機(jī)最小系統(tǒng)平臺，搭載多路溫度檢測模塊、對應(yīng)路聲音、光電報警、溫度閾值設(shè)置、以及在Labview軟件中編程實現(xiàn)對整套系統(tǒng)的實時監(jiān)測。此次研究利用硬件與軟件的實時通訊，打破傳統(tǒng)的單一監(jiān)測、控制，為未來智能化監(jiān)測、控制方向前進(jìn)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

1.1 方案構(gòu)建

以STC98C52RC單片機(jī)為數(shù)據(jù)處理和控制主單元，多個DS18B20溫度傳感器為溫度采集，6個按鍵為人機(jī)互動設(shè)置按鍵，若干個LED和1個蜂鳴器為報警裝置，NI-VISA為硬件系統(tǒng)與其他設(shè)備的橋梁，Labview對上機(jī)位編程，其各模塊相互配合共同實現(xiàn)對多路溫度檢測的智能化監(jiān)測與控制[2～3]。其設(shè)計總體圖如圖1所示。

1.2 方案論證

此方案采用單片機(jī)最小系統(tǒng)為平臺，單片機(jī)上電進(jìn)行循環(huán)掃描[4]，利用智能溫度傳感器BS18B20的單線總線程式工作特點以及按鍵、報警等模塊的相互配合和Keil軟件對單片機(jī)的編程、Protues的系統(tǒng)仿真、Altium Designer的電路設(shè)計共同實現(xiàn)了電路簡單、數(shù)據(jù)精確的多路溫度測量。

系統(tǒng)的主要功能設(shè)計[5]；利用單片機(jī)的串口程序和NIVISA軟件的配合將接收到的溫度數(shù)據(jù)按照依次傳送規(guī)則將可用數(shù)據(jù)向外發(fā)送，通過對Labview的軟件編程，對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示和其他輔助控制等功能設(shè)計，最后可實現(xiàn)多路溫度測量系統(tǒng)設(shè)計硬件與軟件的完美配合。

2 系統(tǒng)硬件部分

2.1 硬件設(shè)計思路

系統(tǒng)硬件部分設(shè)計采用模塊化設(shè)計，將整個系統(tǒng)分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、電源指示模塊組、按鍵控制模塊組、LCD液晶顯示模塊組、聲光報警模塊組、多路（4路、可擴(kuò)展到無限路）DS18B20溫度檢測模塊、數(shù)據(jù)串口模塊。各個模塊正常工作后將其整體整合成一個完整的系統(tǒng)。

2.2 硬件設(shè)計成果

單片最小系統(tǒng)為控制、交互中心，可對各個模塊進(jìn)行控制以及對其他軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交互等功能[6]；顯示電路由LCD1602液晶顯示模塊芯片，可進(jìn)行多行顯示實時單片機(jī)傳回通過程序轉(zhuǎn)化好的溫度值和其他系統(tǒng)操作信息；電源指示模塊由一個綠色LED發(fā)光二極管和USB供電裝置構(gòu)成；復(fù)位電路功能為當(dāng)按下復(fù)位按鍵后，整個系統(tǒng)重新啟動；按鍵電路設(shè)為4個按鍵，可對相應(yīng)功能進(jìn)行設(shè)置；LCD液晶顯示模塊可以顯示華氏溫度和其他系統(tǒng)設(shè)置提示信息；聲光報警模塊由4路對應(yīng)紅色LED發(fā)光二極管和一個蜂鳴器組成；4路DS18B20溫度檢測模組主要由4個DS18B20測溫器件構(gòu)成[7]。

3 軟件部分

3.1 系統(tǒng)程序部分

在設(shè)計中按照使用先后順序，先用Protues軟件做出設(shè)計的仿真程序，在Keil對單片機(jī)編寫程序生成hex文件，配合仿真達(dá)到預(yù)期效果后，再在Altium Designer畫電路原理圖及PCB板。最后在Keil軟件中對單片機(jī)編寫數(shù)據(jù)依次傳送規(guī)則串口功能，將數(shù)據(jù)向外傳送、待使用。

本次系統(tǒng)軟件設(shè)計部分功能大致可分為兩個部分：核心部分整體的監(jiān)測與控制[8]，二是完成各種功能的執(zhí)行。通過系統(tǒng)程序主程序?qū)σ韵赂鱾€子程序進(jìn)行統(tǒng)一部署、控制。包括溫度主程序、讀出溫度子程序、溫度轉(zhuǎn)換子程序、計算溫度子程序[9]、顯示數(shù)據(jù)刷新子程序、數(shù)據(jù)串口程序等。具體主程序設(shè)計流程框圖如圖2所示。

經(jīng)過對單片機(jī)hex文件的編寫，和Protues仿真的編寫，在Protues仿真如圖3所示。

3.2 Labview部分

3.2.1 Labview編程設(shè)計思路

Labview軟件是由美國NI公司研制開發(fā)的一個對測量和控制系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境，它基于BASIC和C語言之上，利用簡單明了的圖形來編程，圖形化編程是它最大的特點；配合串口功能的使用和美國NI公司開發(fā)的基于自底向上結(jié)構(gòu)模型統(tǒng)一數(shù)據(jù)集I/O控住軟件NI-VISA一同使用，通過NI-VISA的配置、打開，對數(shù)據(jù)的讀取，關(guān)閉為主線，對DS18B20溫度傳感器測量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。來實現(xiàn)對上位機(jī)的編程。

在單片機(jī)程序中寫入串口功能傳出溫度數(shù)據(jù)類型為A=+021.5······格式，再通過NI-VISA串口軟件設(shè)置好相應(yīng)COM端口，NI-VISA接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行處理，使傳入的數(shù)據(jù)具有規(guī)律性，在通過子程序溫度計算對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行字符串的匹配、字符串截取等方式獲得最后數(shù)據(jù)為整數(shù)，例如數(shù)字22，最后通過顯示控件將其各路溫度數(shù)據(jù)顯示在顯示面板上。在子程序溫度計算后在設(shè)置不同的功能，例如超過溫度最高上限和最低下限時布爾燈會亮、蜂鳴器會響等附加功能。設(shè)計思路程序框圖如圖4所示。

3.2.2 溫度計算子程序

在溫度計算子程序中，由于讀取到的數(shù)據(jù)集格式為“A=+022.6、B=+022.9”格式，在顯示面板上我只想顯示其溫度，如正值溫度“+22”或者是“-22”，所以要對讀取到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，如若要顯示A路溫度，其顯示格式為“A=+022.6”，其始終都有一個相同字符“A”，所以在匹配時只需要匹配字符A后就能獲取到其溫度值，但在字符串中還有“A=”是不需要的，所以要截取其字符，并且截取字符偏移量為2，剩余字符串則是需要的數(shù)據(jù)為“+22.6”，但是在顯示中只想看到數(shù)值，在正溫度時不想看到“+”，在負(fù)溫度時要看到“-”，所以又對截取到的字符進(jìn)行了數(shù)值轉(zhuǎn)換，最后顯示在面板上。其他路溫度計算原理和A路計算原理相似。其設(shè)計思路流程框圖如圖5所示。

在Labview上對其進(jìn)行編程，程序如圖6所示。

3.2.3 Labview輔助程序設(shè)計

輔助程序主要由溫度設(shè)定閾值、布爾報警燈、蜂鳴器和模塊顯示組成。溫度值通過溫度計算子程序后，進(jìn)入顯示模塊在其前面板顯示，同時由溫度閾值最高溫度上限和最低溫度上限進(jìn)行設(shè)定，通過判定范圍后，如果為真則布爾報警燈和蜂鳴器不會運行，如果為假（其判定為取非）布爾報警燈和蜂鳴器運行。設(shè)計思路流程圖如圖7所示。

在Labview上對其進(jìn)行編程，程序如圖8所示。

3.2.4 Labview軟件設(shè)計成果

再對Labview軟件其他基礎(chǔ)功能、選項卡事件結(jié)構(gòu)、選項卡等的編程完成后，最后對主界面進(jìn)行編程，其如圖9所示。在對NI-VISA端口進(jìn)行合理設(shè)置后，用串口線將其硬件系統(tǒng)與計算機(jī)相連接，在Labview主界面上點擊運行，得到數(shù)據(jù)如圖10所示。

4 結(jié)論

該系統(tǒng)采用STC89C52RC單片機(jī)為主控中心，采用測量系統(tǒng)模塊化、總線單線程電路設(shè)計，和采用串口數(shù)據(jù)依次傳送規(guī)則，利用Labview對上機(jī)位的編程，實現(xiàn)了電路結(jié)構(gòu)簡單，硬件、軟件運行可靠，數(shù)據(jù)精度高，具有很好的可操作性和維護(hù)性。打破了傳統(tǒng)單設(shè)備溫度測量的局限，為未來智能化多路溫度測量系統(tǒng)打下了堅實基礎(chǔ)。