基于LabVIEW的无线温度监测系统设计

段文勇+李燕

【摘 要】本设计将传感器技术、射频技术以及计算机技术相结合，充分利用了单片机快速灵活的特点和虚拟仪器低成本、功能强的优点。硬件部分主要由单片机、温度传感器、无线传输模块、串口通信等部分组成，实现了温度的采集，单片机间数据的无线传输以及单片机与上位机的通信。上位机采用LabVIEW创建人机交互式界面，实现了数据的显示和记录，可进行温度的上下限设置、报警。

LabVIEW在测量领域的强大功能可以替代传统仪器完成数据的处理。整个系统具有传输数据速度快，适应性好和可靠性高等优点，在现实生产生活中具有较高的实用价值。

【关键词】温度检测；无线通信；单片机；串口通信；LabVIEW

【Abstract】The design combines the sensor technology，radio frequency technology and computer technology to make full use of the characteristics of fast and flexible MCU and the advantages of low cost and strong function of virtual instrument.The hardware part is mainly composed of MCU， temperature sensor，wireless transmission module，serial communication and so on.The temperature acquisition，the wireless transmission of data between single chip microcomputer and the communication between the single chip microcomputer and the host computer are realized.The host computer uses LabVIEW to create an interactive interface，which can display and record the data. It can be carried out on the upper and lower limits of the temperature alarm.LabVIEWs powerful function in the field of measurement can replace the traditional instrument to complete the data processing. The whole system has the advantages of high speed of data transmission， good adaptability and high reliability，and has high practical value in real life.

【Key words】Temperature measurement；Wireless communication；MCU；Serial communication；LabVIEW

0 引言

隨着传感器技术的发展，温度的检测已经成为一种常见的技术。传统的数据传输方式均是通过有线电缆来实现的，有线通讯存在布线难、检测难等问题。而无线通讯技术的日渐成熟，困扰其发展的传输速率和抗干扰能力得到大大提升，无线温度检测成为必然的选择，其成本低、建网快捷、传输距离长等优点使其拥有广阔的发展前景[1-4]。

1 系统总体设计

本设计通过DS18B20测量温度并传送给单片机从机，nRF905无线模块完成单片机从机到主机的数据传输，单片机主机与LabVIEW通讯的同时通过LCD1602显示温度，LabVIEW完成温度的显示、记录等功能。总体设计方案如图1所示：

2 系统硬件设计

系统硬件部分由单片机最小系统、温度检测模块、无线传输模块、液晶显示模块、串口通信模块组成。

单片机最小系统又分为STC89C52单片机，复位电路和晶振电路。单片机20脚为地，40脚为+5V电源。当31脚接电源时，访问内部存储器。32～39脚为P0口，1～8脚为P1口，21～28脚是P2口，10～17脚为P3口。其中，P1/P2/P3均为带内部上拉电阻的8位双向I/O口，而P0是漏极开路输出，用作I/O口时，需外接上拉电阻。

温度检测模块采用外部电源的供电方式，DS18B20的DQ端接单片机的P3.7，在VCC和DQ之间接一个4.7K的上拉电阻即可。

nRF905模块共有四种模式，分别为：活动模式：Shock Burst RX模式，Shock Burst TX模式；节电模式：掉电和SPI编程模式，STANDBY和SPI编程模式；nRF905工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP的设置来设定。

LCD1602的1脚和2脚分别接GND和VCC，3脚接电位器用来调节对比亮度，4脚、5脚、6脚分别接P1.0、P1.1、P1.2，7～14脚按顺序接单片机的P0口，15脚和16脚分别接VCC和GND。

本设计采用RS-232电路完成串口通信。其中，计算机的RS-232C标准采用的EIA电平为负逻辑，高、低电平为-12V和+12V。单片机的TTL电平为正逻辑，高、低电平分别为+5V和0V。因此，要完成计算机与单片机的通信需要借助MAX232进行电平间的转换。

3 系统程序设计

3.1 下位机程序设计

下位机由单片机从机和主机组成。单片机从机的主要功能是对温度进行采集并完成数据的无线传输，程序流程图如图2所示。单片机主机的主要功能是完成数据的无线接收，并实时显示同时将数据上传到PC机，程序流程图如图3所示。

3.2 上位机软件设计

首先，通过LabVIEW自带的VISA工具包来配置串口，VISA的本质是I/O口软件库。在LabVIEW中，串口通信的步骤分别为串口初始化、读写串口、关闭串口。从VISA读取节点读取到的数据是字符串类型的，需要将字符串转换为字节数组。下位机传送的温度数据是高八位和低八位的形式，通过转换获得16位的二进制数值，再结合下位机程序对温度数据的编写处理对温度值处理，最终得到正确的数值。为了方便编程，这里将温度值的计算设计为一个独立的VI。除了完成温度从16进制转为10进制的过程，还利用布尔函数中的“与”函数，通过与F000相与判断温度的正负。接着，利用条件结构对正负温度进行不同的转换处理。

本设计通过LabVIEW中的条件结构，分别设计了高温和低温报警，高于设定上限时进行高温报警，低于设定下限时进行低温报警。這种报警方式将高低温分离，更为直观，方便使用者对温度进行准确控制。

在实际应用中，实时温度数据的意义更在于作为控制的参考量，单个数据并不能说明太多问题。因此，本模块不仅设计了温度的实时显示，还有温度数据表格和温度曲线。同时，利用LabVIEW右键函数编程菜单中的“文件I/O”选项，选择写入测量文件，将温度数据通过Access数据库进行保存。当上位机运行时，会默认弹出选择保存路径的选项，文件格式为.xlsx。这些数据记录和曲线可以看出温度变化，方便对测量环境的把握。上位机界面如图4所示：

4 结束语

以STC89C52单片机，DS18B20温度传感器，nRF905无线模块和LabVIEW虚拟仪器为核心，设计了一种无线温度监测系统。通过DS18B20进行温度采集，nRF905完成无线传输，同时，串口电路将数据传送给LabVIEW，LabVIEW负责温度数据的显示、记录等。本设计的特色在于通过nRF905无线传输温度数据，可以远距离进行温度采集，比有线采集适用性更强，维护、扩展都更为方便。并且，采用LabVIEW作为上位机，能与主流的测试设备相兼容，自身更是具备了各种测量领域的工具包。通过简单地函数设置就能完成测量程序的设计，十分方便。

【参考文献】

[1]周益青，王勇.基于LabVIEW软件的数据采集与分析系统[J].制导与引信，2012（1）：24-28.

[2]许齐敏.高速无线数据采集终端的设计与优化[D].秦皇岛：燕山大学，2013.

[3]张琴.基于DS18B20的温度采集报警系统设计[J].传感器与微系统，2014（2）：99-102.

[4]吴卓葵，许胜棋.基于LabVIEW的多点报警温度监测系统设计[J].制造业自动化，2014（1）：139-142.

[责任编辑：田吉捷]