基于LabVIEW的实时温度测控实验

林科业

（韩山师范学院 物理与电子工程学院，广东 潮州 521041）

基于LabVIEW的实时温度测控实验

林科业

（韩山师范学院 物理与电子工程学院，广东 潮州 521041）

以温度测控为对象，在LabVIEW软件上设计温度监测和控制系统，用于实验演示。整个温度测控系统由上位机和下位机组成。上位机为基于LabVIEW平台设计的控制界面，下位机由单片机和温度传感器等硬件组成。上位机和下位机的通信主要通过串口通信的方式来实现。实验实现了对采集现场的温度实时检测，同时可以通过控制界面发送相应的控制指令，让单片机执行相应的动作。系统结构简单，抗干扰能力强，稳定可靠，适用于在恶劣环境下进行现场测控。

LabVIEW；测温系统；串口通信；单片机

温度是一个在农业、工业、国防等领域非常普遍又极其重要的参数。温度的实时测量关系到各个生产活动如何正常开展，以及提高生产效率措施的实行［1］。

温度的测量最初是通过人工实地测量完成，不仅工作量极大，而且记录的数据少，测量往往不能达到实时测量的效果。自从温度传感器诞生以来，这些缺陷得到了极大的改善。以DS18B20数字温度传感器为例，它适用于恶劣环境下，能对温度进行实时测试并远距离传输。上位机将测得的温度经过处理后，通过对下位机的控制可以执行相应的机械动作，从而调节环境温度，达到远距离测温和调控的目的［2-3］。

1 系统工作原理

单片机为下位机构建实验系统。下位机的结构如图1所示。通过DS18B20数字传感器采集当前的实时温度，然后把所测实时温度值发送到AT89S52单片机的P3.3端口，再运用串口通讯将温度值通过AT89S52单片机的P3.1引脚发送到上位机，同时通过p2端口用数码管显示当前温度。LabVIEW通过VISA读取控件，将温度值从串口提取，转换格式并显示在前面板上，还可完成转换为华氏温度值等操作；通过温度比较得到对应的工作状态，根据工作状态将相应信息反馈回AT89S52单片机。单片机根据反馈的信息执行相应动作；当温度低于20℃时单片机控制继电器发生动作进行加热，当温度高于30℃时，点亮LED灯，同时单片机产生控制信号进行散热。

基于LabVIEW，以PC机为上位机，AT89S52

图1 下位机的结构图

2 下位机硬件设计

2.1 温度传感器

本实验中采用DS18B20作为温度传感器。DS18B20温度传感器具有超小的体积、超低的硬件开销，抗干扰能力强、精度高、附加功能强等特点，提供9 bit到12 bit的摄氏温度测量精度。DS18B20采用1-Wire通信，即采用一个数据线与微控制器进行通信［4-5］。该温度传感器的温度测量范围为-55℃～125℃，并且在温度范围超过-10℃～85℃范围外还具备±0.5℃的精度。此外，DS18B20还可以直接由数据线供电而不需要外部电源供电。DS18B20的温度检测与数字数据输出全集成于一个芯片之上，因而抗干扰能力更强。其一个工作周期可分为两个部分，即温度检测和数据处理。

2.2 串口通信

本实验中采用芯片MAX232与串口相连接，再将MAX232第10引脚和第9引脚分别连接到单片机的P3.1和P3.0这两个端口，进行串口通信。MAX232是专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片［6］。如图2所示，DB9是串行口，其第2引脚和MAX232的第7引脚连接，接收单片机传输过来的数据；而第3引脚和MAX232的第8引脚连接，向单片机发送上位机的命令。

图2 串行口的电路图

串行口在工作之前，需要对单片机进行端口设置，即串行口的初始化。在本实验中，单片机通过SCON设置为工作方式1，通过设置寄存器TMOD采用定时器1，而串口的波特率9 600 bit/s则通过计算T1的初值后，装载TH1、TL0来设置［7-8］。

3 上位机程序设计

在本实验中，上位机的程序设计主要包括串口设置模块、数据接收模块设置和命令发送模块设置3个部分。

如图3所示，Ⅰ是串口设置模块。串口设置模块主要实现串口数据各参数的设置，包括串口端口、波特率、数据值、奇偶校验、停止位和读取前延时时间［9-10］。本实验中，串口端口选择COM1；波特率和单片机的波特率对应，选择9 600 bit/s；数据值设置为每次读取8 bit；奇偶校验设置为无；停止位为1位，读取前延时时间为10 ms。

在图3中，II是数据接收模块。数据接收模块主要实现对单片机接收到的数据进行处理和显示。图中①是VISA中的读取VI，能够自动从串口中获取单片机发送过来的字符。实验中设置每次读取字节数为2。图中②是实现摄氏温度和华氏温度的转换。图中③采用事件结构实现摄氏温度和华氏温度的不同显示。在事件结构中有4个分支，分别是“超时”“温度计菜单设置”“启动开关”和“温度显示”。“超时”采用选择结构，判断当前菜单选择的是摄氏温度，还是华氏温度进行显示。“温度计菜单设置”设置当点击前面板的温度右键时能够弹出菜单，选择不同的温度显示方式。“启动开关”是对前面板温度的显示功能的开关控制。“温度显示”将温度进行前面板显示。

在图3中，III是命令发送模块。命令发送模块主要实现对温度的恒温控制，使温度控制在20℃～30℃之内。当温度低于20℃时，发送命令让单片机进行加热处理；当温度高于30摄氏度时，控制单片机进行散热处理。图中④是VISA中的写入VI，能够自动向串口中写入字符，并发送给单片机。图中⑤是设置恒温控制的温度范围，实验中设置的范围是20℃～30℃。图中⑥是发送命令的选择，主要发送的命令有3种。当温度低于20℃时，向串口发送“启动加热装置”命令；当温度处于20℃～30℃摄氏度之间时，向串口发送“正常工作中”；当温度高于30℃时，向串口发送“启动散热装置”命令。

图3 LabVIEW上位机程序图

4 实验结果

如图4所示，温度传感器将温度转换成模拟电压，经过A/D转换电路将模拟信号转换成0～5V的数字信号，传输给单片机进行信号处理。单片机将处理好的数据，通过数码管显示当前温度（如图5中III所示），同时将数据通过串口线RS232传输给计算机。实验中，我们如果用计算机上的超级终端测试，可以观察到单片机上传输过来的温度，每一秒钟发送一次数据。图5中I所示就是单片机上34 s内发送过来的温度数据。从图上的数据可知温度和时间的关系如表1所示。

图4 实验系统操作示意图

在本实验中，用LabVIEW设计上位机，控制和处理单片机传输过来的数据。如图4所示，计算机接收单片机传输过来的数据之后，由于接收的是字符型数据，需对数据进行处理。然后，通过虚拟仪器显示当前温度，通过图片显示，将传输过来的数据绘制成图5中Ⅱ的①所显示的图形。通过图形可以分析出温度不断在改变，但不管温度怎么变化，都是维持在温度20℃～30℃之间，实现了在一定范围内的恒温控制。恒温控制是通过图5中Ⅱ的②进行自动控制。当布尔开关打开，数据通过范围判定，向单片机发送命令。操作流程如图4所示。

表1 不同时间得到的温度值

通过上位机的波形图以及超级终端调试检测到的数据可知，当温度低于20℃时，单片机控制继电器升高温度，温度不断上升；当温度超过30℃时，单片机控制继电器停止加温，温度不断下降。当温度低于20℃时，又反复上述操作，使温度保持在20℃～30℃之间，实现恒温控制。

图5 实验结果显示

5 结束语

本实验以单片机为核心的最小系统作为前端的数据采集系统，通过串口与pC机进行连接。Lab-VIEW软件自身有串口驱动程序，可以实现串口功能，将采集到的数据传送到pC机主系统；在Lab-VIEW环境下对数据进行处理与分析，通过Lab-VIEW的处理将控制信号传送至单片机，执行相应动作，实现系统的自动调节控制。该系统既充分利用了LabVIEW的强大功能，又发挥了单片机快速及灵活的特点，降低了系统的开发成本，提高了效率。

［1］潘少永.虚拟仪器技术研究［D］.解放军信息工程大学，2005.

［2］周彦豪，董智贤，陈福林，等.橡胶硫化技术的新进展［J］.中国橡胶，2004，20（4）:20-26.

［3］谭德征.轮胎硫化工艺的优选［J］.轮胎工业，2005，25（2）:109-111.

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［6］彭伟.单片机C语言程序设计实训100例——基于8051+PROTEUS仿真［M］.电子工业出版社，2009.

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［10］沙占友.智能化集成温度传感器原理与应用［M］.北京:机械工业出版社，2002.

Experiment of Real-time Temperature Measurement and Control Based on the LabVIEW

LIN Keye
（School of Physics and Electronic Engineering，Hanshan Normal University，Chaozhou 521041，China）

In this experiment，temperature measurement and control as the object，one designs temperature monitoring and control system through the software of LabVIEW to provide the experiment demonstration.The whole temperature measurement and control system is composed of the upper computer and the lower computer.The upper computer is based on the LabVIEW platform control interface by designing，and the slave computer is composed of single chip microcomputer（SCM）and temperature sensor.The communication between the host computer and slave computer is realized through the serial port communication.In this experiment，we can realize the real-time detection of the temperature on the spot，and send the corresponding control commands through the control interface，so that the microcontroller can execute the corresponding action.This system has the advantages of simple structure，strong anti-interference ability，stable and reliable，suitable for field measurement and control in harsh environments.

LabVIEW software；temperature measurement system；serial communications；single chip microcomputer

TH811

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.019

2015-03-26；修改日期：2015-04-19

韩山师范学院青年项目（LQ201502）。

林科业（1985-），男，硕士，实验师，主要从事电路与系统方面的本科教学工作。