基于LabVIEW和单片机的虚拟温度检测系统设计.doc

1 引 言 1.1 设计背景 随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们已越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。PC机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。LabVIEW是一个划时代的图形化编程系统，应用于数据采集与控制、信号分析等方面，它为不熟悉文本语言编程的专业科技工作者在测控领域建立计算机仪器系统——虚拟仪器，提供了一个便捷、轻松的图形化设计环境。由于其灵活、简单易用、开发效率高等特点，正逐渐成为科技工作者进行仪器应用与开发的得力工具。数据采集是开发过程中一个重要的环节，采用以8位单片机STC89C51作为前端数据采集，通过串口进行与LabVIEW的数据通讯，就可实现低成本、灵活方便、接口简单的数据采集系统[1]。这对于许多信号频率不是太高的场合，此方案无疑非常便利。本文所介绍的就是这样一种利用LabVIEW 对STC89C51的数据进行分析处理，并通过串口实现二者之间的数据交换、经济实用的数据采集。 1.1.1 温度的研究背景 传统靠人工控制的温度、湿度、液位等信号的测压﹑力控系统，外围电路比较复杂，测量精度较低，分辨力不高，需进行温度校准(非线性校准、温度补偿、传感器标定等)；且它们的体积较大、使用不够方便，更重要的是参数的设定需要有其它仪表的参与，外界设备多，成本高，因而越来越适应不了社会的要求。在对多类型、多通道信号同时进行检测和控制中，传统的测控系统能力有限。如何将计算机与各种设施、设备结合，简化人工操作并实现自动控制，满足社会的需求，成为一个很迫切的问题。温度检测是现代检测技术的重要组成部分，在保证产品质量、节约能源和安全生产等方面起着关键的作用。由单片集成电路构成的温度传感器的种类越来越多，测量的精度越来越高，响应时间越来越短，因其使用方便、无需变换电路等特点已经得到了广泛的应用。随着社会的发展、科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便于生产的自动控制系统开始进入了人们的生活，以单片机为核心的温度采集系统就是其中之一。同时也标志了自动控制领域成为了数字化时代的一员。它实用性强，功能齐全，技术先进，使人们相信这是科技进步的成果。温度是工业控制中主要的被控参数之一，特别是在冶金、化工、建材、食品、机械、石油等工业中，具有举足重轻的作用[2]。随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制技术得到了迅速的发展和广泛的应用。单片机具有处理能强、运行速度快、功耗低等优点，应用在温度测量与控制方面，控制简单方便，测量范围广，精度较高。 1.1.2 国内外发展现状 虚拟仪器技术是仪器技术和计算机技术深层次相结合的产物。从20世纪80年代，虚拟仪器逐渐为工业界和学术界所认可。经过了近20年的发展，它已经成为21世纪测试技术和仪器技术发展的主要发现。所谓虚拟仪器(Virtuallnstrument，简称Ⅵ)，就是用户在通用计算机平台上，根据需求定义和设计仪器的测试功能，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的测试仪器一样。虚拟仪器概念的出现，打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的工作模式，使得用户可以根据自己的需求，设计自己的仪器系统。在测试系统和仪器设计中尽量用软件代替硬件，充分利用计算机技术宋实现和扩展传统测试系统与仪器的功能。“软件就是仪器”是虚拟仪器概念最简单，也是最本质的表述[3]。 VI技术的发展和应用源于1986年美国NI公司设计的LABVIEW。这是一种基于图像的开发、调试和程序的集成开发环境，实现了VI的概念。它的出现，使用户可以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，满足多样化的实际需求。随着虚拟仪器技术软件开发平台及硬件的发展，基于虚拟仪器的测试系统开发周期缩短，费用降低，测试速度、准确度及可复用性提高，且更便于维护和扩展。 目前国内外这种软件主要有美国DSP公司的DADISP软件，和以实验后数据处理分析和表示见长的美国NI公司的系列虚拟仪器开发平台。美国UATECH公司的DASLab软件包和惠普公司的VEE软件平台,它们都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台，以图形化编程和界面灵活见长。华中理工大学的VI98虚拟仪器系统和哈尔滨工业大学的仪器王以虚拟的单个仪器或仪器库见长。其中，美国NI公司的LabVIEW软件功能最为完善，LabVIEW软件以简单、直观的图形化编程方式、强大的图形显示和数据处理能力见长，运行速度快、开发周期短、界面灵活是其又一大优势，所以基于LabVIEW的虚拟仪器应用相当广泛。 虚拟仪器作为新兴的仪器仪表，用户可以定义其结果和功能，构建灵活，转变容易，因此它在各个领域都得到广泛的应用