基于LabVIEW环境的温度计设计

沈慧钧

（太原理工大学信息学院，山西 太原 030024）

1 引言

温度在人们日常生活、工业控制和科学实验中都是非常重要的参数，温度计技术发展很快，从原始的玻璃管温度计发展到现在的热电阻温度计、热电偶温度计、数字温度计、电子温度计等等。随着应用要求的提高，高精度采集的温度计广泛被采用。

图形化编程语言的虚拟仪器集成开发环境LabVIEW是基于P C机而研制的一种仪器控制软件和分析软件的标准语言。为软件开发和过程控制提供了最佳设计平台，它可以极大的缩短开发周期，降低开发成本。

文章打破常规，利用LabVIEW环境作为实验平台，采用DS 18B20数字温度传感器构建数字温度计对温度进行连续的测量显示、温控报警，不仅提高了系统的可靠性而且还简化了电路。

2 数字温度计的硬件描述

2.1 温度计系统

数字温度计系统设计的内容主要分为三部分：一是对系统硬件部分的设计，包括温度采集电路和显示电路；二是对系统软件部分的设计；三是与设置上下报警温度比较，当温度超过设置范围内时，实现报警。通过DS 18B20直接读取被测温度值，送入单片机进行数据处理，之后在P C机上进行输出显示，最终完成了数字温度计的总体设计。

数字温度计系统硬件部分由温度传感器、信号的处理、信号的采集及基于LabVIEW环境的温度显示组成，见图1。

图1 温度计系统硬件框图

2.2 DS 18B20数字温度传感器

传感器是温度计设计系统中的重要组成部分，它的精度灵敏度基本决定了温度计的精度、测量范围、控制范围和用途等。本设计中采用DS 18B20数字温度计（传感器），它采用独特的单线接口方式，测温范围－55～+125℃，固有测温分辨率0.5℃。增量值为0.5等效的华氏温度范围是-67 F～257F，可以程序设定9～12位的分辨率，在DS 18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号。传感器输出的电压信号通过数据采集卡A/D转换器转换成数字信号，保存在数据采集卡数据缓冲中。

2.3 AT89C2051型单片机

本设计采用AT 89 C2051型单片机作为主控制器件。该芯片是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位、20脚单片机，片内含2 kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和128 bytes的随机数据存储器（RAM），采用高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准M C S-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。它可以控制DS18B20芯片的温度转化，能够采集转化后的温度，然后将采集到的数值由12位串行双D/A转换器LTC1446输出，转换成实际的电压信号。LTC1446为三线串行接口，最高数据更新度为500 k H Z。单片机系统与P C上位机的连接采用U0SB2.0通信电缆，将数据传送到计算机内存中以数组的形式保存下来，用LabVIEW编程可视化界面实现对温度的监控与显示。

3 系统的软件设计

系统的软件设计包括PC上位机的监控软件和AT89C2051单片机的系统软件。

3.1 PC机的监控软件设计

PC上位机的监控软件设计采用的是LabVIEW图形编程语言，该语言采用基于数据流图形化编程方式，因此也被称为G语言。PC机软件设计包括前面板的设计和框图程序设计两部分，采用数字显示与传统的温度计相比，具有读数方便，用户界面便捷的优点。

图2 前面板设计

3.1.1 前面板设计

前面板包含一个温度计、温度显示框、报警指示灯、停止运行按钮。其中报警指示灯的作用是，当温度上升超过某一温度值（本设计为50℃）时，报警指示灯亮（变红），见图2。

3.1.2 框图程序设计

测温电路输出的电压信号通过数据采集卡A/D转换器转换成数字信号，然后在调用LabVIEW功能模板中的数据处理分析节点处理采集到的数据，并将处理后的数据以温度的形式显示到前面板上，见图3。

图3 框图程序设计

4 结论

本设计采用A T 89 C 2051单片机作为主控核心，DS 18B20数字温度传感器作为测温器件，测温范围－55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃，采用LabVIEW图形编程语言设计P C上位机的监控界面，数字显示温度，并实现温度报警功能。与传统的温度计相比，该数字温度计的设计具有读数方便、测温范围广、测温准确等优点。

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