基于LabVIEW的無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計

段文勇+李燕

【摘 要】本設計將傳感器技術、射頻技術以及計算機技術相結合，充分利用了單片機快速靈活的特點和虛擬儀器低成本、功能強的優(yōu)點。硬件部分主要由單片機、溫度傳感器、無線傳輸模塊、串口通信等部分組成，實現(xiàn)了溫度的采集，單片機間數(shù)據(jù)的無線傳輸以及單片機與上位機的通信。上位機采用LabVIEW創(chuàng)建人機交互式界面，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的顯示和記錄，可進行溫度的上下限設置、報警。

LabVIEW在測量領域的強大功能可以替代傳統(tǒng)儀器完成數(shù)據(jù)的處理。整個系統(tǒng)具有傳輸數(shù)據(jù)速度快，適應性好和可靠性高等優(yōu)點，在現(xiàn)實生產生活中具有較高的實用價值。

【關鍵詞】溫度檢測；無線通信；單片機；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

隨著傳感器技術的發(fā)展，溫度的檢測已經成為一種常見的技術。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式均是通過有線電纜來實現(xiàn)的，有線通訊存在布線難、檢測難等問題。而無線通訊技術的日漸成熟，困擾其發(fā)展的傳輸速率和抗干擾能力得到大大提升，無線溫度檢測成為必然的選擇，其成本低、建網(wǎng)快捷、傳輸距離長等優(yōu)點使其擁有廣闊的發(fā)展前景[1-4]。

1 系統(tǒng)總體設計

本設計通過DS18B20測量溫度并傳送給單片機從機，nRF905無線模塊完成單片機從機到主機的數(shù)據(jù)傳輸，單片機主機與LabVIEW通訊的同時通過LCD1602顯示溫度，LabVIEW完成溫度的顯示、記錄等功能?？傮w設計方案如圖1所示：

2 系統(tǒng)硬件設計

系統(tǒng)硬件部分由單片機最小系統(tǒng)、溫度檢測模塊、無線傳輸模塊、液晶顯示模塊、串口通信模塊組成。

單片機最小系統(tǒng)又分為STC89C52單片機，復位電路和晶振電路。單片機20腳為地，40腳為+5V電源。當31腳接電源時，訪問內部存儲器。32～39腳為P0口，1～8腳為P1口，21～28腳是P2口，10～17腳為P3口。其中，P1/P2/P3均為帶內部上拉電阻的8位雙向I/O口，而P0是漏極開路輸出，用作I/O口時，需外接上拉電阻。

溫度檢測模塊采用外部電源的供電方式，DS18B20的DQ端接單片機的P3.7，在VCC和DQ之間接一個4.7K的上拉電阻即可。

nRF905模塊共有四種模式，分別為：活動模式：Shock Burst RX模式，Shock Burst TX模式；節(jié)電模式：掉電和SPI編程模式，STANDBY和SPI編程模式；nRF905工作模式由TRX_CE、TX_EN、PWR_UP的設置來設定。

LCD1602的1腳和2腳分別接GND和VCC，3腳接電位器用來調節(jié)對比亮度，4腳、5腳、6腳分別接P1.0、P1.1、P1.2，7～14腳按順序接單片機的P0口，15腳和16腳分別接VCC和GND。

本設計采用RS-232電路完成串口通信。其中，計算機的RS-232C標準采用的EIA電平為負邏輯，高、低電平為-12V和+12V。單片機的TTL電平為正邏輯，高、低電平分別為+5V和0V。因此，要完成計算機與單片機的通信需要借助MAX232進行電平間的轉換。

3 系統(tǒng)程序設計

3.1 下位機程序設計

下位機由單片機從機和主機組成。單片機從機的主要功能是對溫度進行采集并完成數(shù)據(jù)的無線傳輸，程序流程圖如圖2所示。單片機主機的主要功能是完成數(shù)據(jù)的無線接收，并實時顯示同時將數(shù)據(jù)上傳到PC機，程序流程圖如圖3所示。

3.2 上位機軟件設計

首先，通過LabVIEW自帶的VISA工具包來配置串口，VISA的本質是I/O口軟件庫。在LabVIEW中，串口通信的步驟分別為串口初始化、讀寫串口、關閉串口。從VISA讀取節(jié)點讀取到的數(shù)據(jù)是字符串類型的，需要將字符串轉換為字節(jié)數(shù)組。下位機傳送的溫度數(shù)據(jù)是高八位和低八位的形式，通過轉換獲得16位的二進制數(shù)值，再結合下位機程序對溫度數(shù)據(jù)的編寫處理對溫度值處理，最終得到正確的數(shù)值。為了方便編程，這里將溫度值的計算設計為一個獨立的VI。除了完成溫度從16進制轉為10進制的過程，還利用布爾函數(shù)中的“與”函數(shù)，通過與F000相與判斷溫度的正負。接著，利用條件結構對正負溫度進行不同的轉換處理。

本設計通過LabVIEW中的條件結構，分別設計了高溫和低溫報警，高于設定上限時進行高溫報警，低于設定下限時進行低溫報警。這種報警方式將高低溫分離，更為直觀，方便使用者對溫度進行準確控制。

在實際應用中，實時溫度數(shù)據(jù)的意義更在于作為控制的參考量，單個數(shù)據(jù)并不能說明太多問題。因此，本模塊不僅設計了溫度的實時顯示，還有溫度數(shù)據(jù)表格和溫度曲線。同時，利用LabVIEW右鍵函數(shù)編程菜單中的“文件I/O”選項，選擇寫入測量文件，將溫度數(shù)據(jù)通過Access數(shù)據(jù)庫進行保存。當上位機運行時，會默認彈出選擇保存路徑的選項，文件格式為.xlsx。這些數(shù)據(jù)記錄和曲線可以看出溫度變化，方便對測量環(huán)境的把握。上位機界面如圖4所示：

4 結束語

以STC89C52單片機，DS18B20溫度傳感器，nRF905無線模塊和LabVIEW虛擬儀器為核心，設計了一種無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)。通過DS18B20進行溫度采集，nRF905完成無線傳輸，同時，串口電路將數(shù)據(jù)傳送給LabVIEW，LabVIEW負責溫度數(shù)據(jù)的顯示、記錄等。本設計的特色在于通過nRF905無線傳輸溫度數(shù)據(jù)，可以遠距離進行溫度采集，比有線采集適用性更強，維護、擴展都更為方便。并且，采用LabVIEW作為上位機，能與主流的測試設備相兼容，自身更是具備了各種測量領域的工具包。通過簡單地函數(shù)設置就能完成測量程序的設計，十分方便。

【參考文獻】

[1]周益青，王勇.基于LabVIEW軟件的數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)[J].制導與引信，2012（1）：24-28.

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[3]張琴.基于DS18B20的溫度采集報警系統(tǒng)設計[J].傳感器與微系統(tǒng)，2014（2）：99-102.

[4]吳卓葵，許勝棋.基于LabVIEW的多點報警溫度監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].制造業(yè)自動化，2014（1）：139-142.

[責任編輯：田吉捷]