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1、沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文）题 目： 基于LabVIEW的温度检测系统系 别： 信息与控制学院 专 业： 测控技术与仪器 学生姓名： 指导教师： 年 月 日V摘 要随着测控技术的不断发展，测控技术正向着自动化，智能化，数字化和网络化的方向发展。美国NI公司的提出了“软件就是仪器”的概念，于是LabVIEW应运而生。检测在当今社会的许多工业中不和或缺，有些环境恶劣的地方更是离不开远程的检测系统。本设计就解决了有些重工业、制药业等行业中的有些场所间内不适合人进入时，还需要进行温度检测的问题。本设计有两个方面，上位机是在PC平台上运用LabVIEW软件开发检测界面，并且直观的观察温度变化
2、曲线，根据需要还可以以Excel表格的形式，保存检测的历史数据，根据实时采集的温度数据和设定值比较，提示温度报警；下位机是通过单片机89E52读取温度数据，通过RS-232转USB接口，动如上位机中进行分析处理。LabVIEW的通信模块NI-VISA在V3.0版本之后开始支持USB串口，使下位机与LabVIEW通信时可以不通过数据采集卡接收下位机的监测数据，使LabVIEW的灵活性和实用性更好，节约了硬件部分的成本。关键词：LabVIEW；接口技术；单片机；温度AbstractWith the continuous development of measurement and control
3、technology, and its technology is toward automation, intelligent, digital and network development. The company put forward the NI software is instrument concept, so LabVIEW arises at the historic moment.Detection in todays society in many of the industry with or lack of, some environmental bad place
4、 is also can not get away from remote detection system.This design is solved some heavy industry, pharmaceutical industry, etc in between some of place is not fit for human in, still need to temperature detection problem. This design has two sides, the PC is in the PC platform using the LabVIEW soft
5、ware development testing interface, and intuitive observe temperature curve, according to need to also can be in the form of form to Excel, save detection of historical data, according to the real-time data acquisition data and the temperature of the set value comparison, tip temperature alarm; The
6、machine is through a single chip computer 89 E52 read temperature data, through the RS-232 turn USB interface, move as a machine for analysis.This design is used to RS232 serial line USB for PC and a machine under the communication. The communication module LabVIEW NI-VISA in V3.0 version began afte
7、r support USB serial ports, make the next place machine and can not through LabVIEW communication data acquisition card takes a machine under the monitoring data, make the flexibility and practical better LabVIEW, save the hardware part of the cost.Key words: LabVIEW; Interface technology; MCU; temp
8、erature目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 课题的研究目的及意义11.2 课题的国内外研究现状21.3 课题研究的主要内容32 虚拟仪器概述42.1 虚拟仪器的概念42.2 虚拟仪器的主要特点42.3 虚拟仪器的体系结构52.3.1 虚拟仪器的硬件构成52.3.2 虚拟仪器的软件构成72.4 LabVIEW的概述72.5 LabviEW的应用现状92.6 本章小结103 总体设计113.1系统实现的功能113.2 总体设计方案113.3 本章小结124 上位机LabVIEW的程序设计134.1 USB接口设计134.2 USB系统的结构144.2.1 USB系统概述14
9、4.2.2 USB主机154.2.3 USB设备154.3 NI-VISA概述164.3.1 N1-VISA简介164.3.3 与Nl-VISA相配合的LabVIEW模板中VI子节点164.3.4 USB设备读写的操作次序174.4 LabVIEW2010中串口的配置174.5 上位机LabVIEW程序的前面板和程序框图184.5.1 数据处理184.5.2 LabVIEW的前面板和各个部分的功能194.5.3 LabVIEW的程序框图和各个部分的功能214.6 本章小结225 下位机硬件和程序设计235.1 温度测控仪表的硬件组成235.2 单片机235.2.1 MPC89E52AE单片机应
10、用235.2.2 MPC89E52AE单片机的主要特点244.3 MAX232电平转换芯片255.3.2 MAX232电平转换芯片应用255.3.2 MAX232电平转换芯片的引脚介绍255.3.3 MAX232电平转换芯片的主要特点265.4 DS18B20温度传感器265.4.1 DS18B20温度传感器应用265.4.2 DS18B20的主要特性275.5 单片机程序的编写275.5.1 Keil编译器软件应用275.5.2 下位机程序设计286 整体调试306.1 LabVIEW上位机程序调试306.1.1 找出语法错误306.1.2 设置执行程序高亮306.1.3 断点与单步执行31
11、6.1.4 探针316.2 下位机调试326.2.1 下位机硬件检测调试32总 结33致 谢34参 考 文 献35附录A 英文原文36附录B 汉语翻译39附录C 电路图42附录D 下位机C语言程序43沈阳理工大学应用技术学院学士学位论文1 绪 论1.1 课题的研究目的及意义温度是工业生产和科学研究实验中的一个非常重要的参数，物体的许多物理现象和化学性质都与温度有关，许多生产过程都是在一定的温度范围内进行的，需要测量温度的场合极其广泛。目前的温度测量系统一般使用的都是传统仪器，传统仪器的功能都是通过硬件或者固化的软件来实现的。这种框架结构决定了它只能由仪器厂家来定义、制造，而且功能和规格一般都是
12、固定的，用户无法随意改变其结构和功能。随着科学技术的进步，计算机技术的飞速发展，传统仪器己经不能适应现代监测系统的要求，美国国家仪器公司（简称NI）率先提出虚拟仪器 (Virtual Instrumentation)的概念，它彻底打破了传统仪器由厂家定义生产，用户无法改变的模式，从而使测控仪器发生了一场巨大的变革。20世纪90年代初在我国兴起对虚拟仪器的开发和应用，现在已进入航空、航天、通信、医疗、电力、石油勘探、铁路等行业，并得到了广泛的应用，未来市场潜力巨大。虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器技术的发展方向。虚拟仪器是通过应用程序将通用计算机与功能模块硬件结合在一起的一种全
13、新的测控仪器系统。用户通过显示器友好的图形界面操作计算机，完成对被测量的数据采集、分析、处理、显示、存储等整套测试工作，如同操作一台自行定义与设计的专用传统仪器一样。虚拟仪器与传统仪器比较，它具有所需的硬件较少、购置费用低、可重复利用；仪器的关键在软件、可自行定义、技术更新非常快、开发与维护费用较低、系统开放、方便与外设、网络连接等一系列的优点。因此虚拟仪器技术备受各国关注，近十年来，虚拟仪器在国际上发展非常迅速，在发达国家应用已经十分普及，被广泛应用于测量、监控、电信及教育等各个领域，目前正朝着总线与驱动程序标准化；硬、软件模块化，硬件模块即插即用；软件编程平台图形化、通用化、智能化和网络化
14、方向发展。目前，电子测量仪器发展中出现的虚拟仪器概念己经逐步被很多领域所接受，对实现柔性的测控系统具有明显的推动作用。利用现有的计算机，加上适当的仪器硬件和应用软件(如LabVIEW)构成虚拟仪器，使其既具有传统仪器的基本功能，又能让用户根据自己的需求变化随时定义，实现多种多样的应用要求。虚拟仪器不但灵活可变、功能强大，而且使用简单方便，便于技术升级更新，系统的使用和维护费用极低，同时具有极高的可靠性。1.2 课题的国内外研究现状虚拟仪器目前在国外发展得非常快，以美国国家仪器公司(NI公司)为代表的一些厂商己经在市场上推出了基于虚拟仪器技术而设计的商品化仪器产品。在美国虚拟仪器及其图形编程语言
15、，己经作为各大学理工科学生的一门必修课。美国斯坦福大学的机械工程系要求三、四年级的学生在做实验时应用虚拟仪器进行数据采集和实验控制。近年来，世界各国的虚拟仪器公司开发了许多虚拟仪器开发平台软件，以便使用者利用这些公司提供的开发平台软件组建适合自己的虚拟仪器或测试系统，并编制测试软件。最早和最具影响力的开发软件，是NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI。LabVIEW采用的是图形化编程方案，是非常实用的开发软件；Labwindows/CVI是为熟悉C语言的开发人员设计的、在Windows环境下的标准ANSIC开发软件。除了上述的几种开发软件之外，美国HP公司的H-VEE和HPTI
16、G软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS软件，以及美国 HEM Data公司的Sanp-Master软件，也是国际上公认的优秀虚拟仪器开发软件。当今虚拟仪器的系统开发采用的总线包括GPIB通用接口总线、传统的RS-232串行总线、PXI总线、VXI总线，以及己经被PC机广泛采用的USB总线和IEEE1394总线。世界各国的公司，特别是美国的NI公司，为使虚拟仪器能够适应各种总线的配置，开发了大量的软件以及适应要求的硬件，可以灵活地组建各种不同复杂程度的虚拟仪器自动测控系统。虚拟仪器的开发厂家，为了扩大虚拟仪器的功能，在测量结果的数据处理、表达模式及其变换方面也做了许多
17、工作，发布了各种软件，建立了数据处理的高级分析库和开发工具库，使虚拟仪器发展成为能够组建极为复杂自动测试系统的仪器系统。在国内己有部分院校的实验室引入了虚拟仪器,国内专家预测:未来几年内，我国将有50%的仪器为虚拟仪器。国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时检测。随着微型计算机技术的发展，虚拟仪器将会逐步取代传统仪器而成为测试仪器的主流。虚拟仪器技术的提出与发展，标志着二十一世纪自动控制与电子测量仪器领域技术发展的一个重要方向。1.3 课题研究的主要内容本文重点介绍了利用LabVIEW开发环境设计上位机的监控界面，上位机通过USB转RS232串行口与89E52单片机通信，
18、读取温度传感器DS18B20的温度测量数据，从而实现对温度参数的实时检测。本文主要进行了以下几方面的工作：1、论述了智能温度测控系统的课题目的及意义，智能温度测控系统的国内外发展概况及本论文的主要内容。2、详细介绍了虚拟仪器技术的概念、特点和体系结构，虚拟仪器开发软件LabVIEW及图形化编程语言的特点及应用现状。3、温度检测系统的设计思路及方案，对系统软件开发平台进行选择。4、介绍智能温度测控系统硬件组成，电烤箱的功率调节方式及各硬件电路的设计。5、 电烤箱温度控制系统软件整体设计方案，及上位机和下位机的设计过程。6、对所做工作进行了总结，对未来的研究作了展望。2 虚拟仪器概述2.1 虚拟仪
19、器的概念随着计算机技术、微电子技术和网络技术的迅速发展，传统仪器己经不能适应现代测控系统的要求，美国国家仪器公司率先提出虚拟仪器的概念，它彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式，使得用户可以自己定义仪器，灵活地设计仪器系统，以满足多样化的需求。从而使电子测量仪器和自动控制领域发生了一场巨大的变革。虚拟仪器是指具有虚拟仪器面板的个人计算机仪器，即是在通用计算机上加上一组软件或硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像在操作一台他自己设计的专用传统电子仪器。其实质是将计算机技术和仪器技术相结合，把传统仪器的三大功能，全部放在计算机上来完成。利用计算机屏幕形象、方便地模拟各种仪器控制面板，以
20、各种形式表达输出检测结果;用计算机软件实现各种各样的信号分析、处理及存储，完成多种多样的测试功能;用键盘或鼠标代替传统仪器的面板按键与旋钮，人手不再触及仪器本身，实现硬件软件化的结果。虚拟仪器充分利用最新的计算机技术来实现和扩展仪器的功能，进而逐步代替传统仪器完成某些功能，如数据的采集、分析、显示和存储等，最终达到取代传统电子仪器的目的。2.2 虚拟仪器的主要特点虚拟仪器是计算机技术介入仪器领域所形成的一种新型的富有生命力的仪器种类。与传统仪器相比，虚拟仪器的主要特点可以概括为以下几个方：1、强调“软件就是仪器”的新概念，取代传统仪器“硬件为主体”的概念。软件在仪器中充当了以往由硬件甚至整机来
21、实现的角色，软件是虚拟仪器的核心，而虚拟仪器中的硬件仅仅是为了解决信号的输入、输出，这是虚拟仪器相对于传统仪器，在概念上的重大突破。虚拟仪器的处理能力和智能化程度主要取决于软件，用户可根据需要，将先进的处理算法、人工智能或者专家系统应用于仪器的设计与集成，从而将仪器的水平提高到一个新的层次。而且，虚拟仪器充分利用了计算机丰富的图形用户界面资源，建立图形化软面板来代替常规的仪器控制面板，真正做到界面友好、人机交互。2、虚拟仪器的功能可由用户定义，虚拟仪器的功能可在用户机上产生，从而使得仪器不再完全由硬件决定，彻底打破了传统仪器一经设计、制造完成后，其功能不可改变的单一性、封闭性。当需要时，用户可
22、通过软件编程添加新的功能，而不必购买新的仪器，使得一台虚拟仪器可以实现各种仪器的不同功能，大大提高了仪器功能的灵活性。3、易于构建网络化的测量仪器，虚拟仪器基于计算机网络技术和接口技术，具有灵活、方便的互联性，能与网络及其他周边设备互联。随着网络技术的发展，已经形成网络虚拟仪器，它是一种基于Web技术的新型虚拟仪器，使得虚拟仪器成为Internet的一部分，可方便地构建远程自动测控系统，实现测量、控制过程的网络化。4、虚拟仪器硬件和软件都制定了开放的工业标准，而且采用了模块化结构，系统具有良好的开放性和扩展性。系统必需的基本硬件，如数据采集电路等被高度集成，制成数据采集卡，实现硬件模块的即插即
23、用。系统软件的开发是基于模块化的设计思想，并大量运用函数库、动态链接库和类库，代码具有良好的可重复性。虚拟仪器利用软件，选配一个或几个带有共性的基本仪器硬件来组成一个通用硬件平台，通过调用不同的软件来扩展或组成各种功能的仪器或系统，由于虚拟仪器具有标准性、开放性和模块化结构，用户可以将仪器的设计、使用和管理统一到虚拟仪器标准，提高可重复利用率。系统组建时间缩短，功能易于扩展，软硬件生产、维护和开发的费用降低。2.3 虚拟仪器的体系结构任何测量测试仪器的主要功能都是由三大部分组成：数据采集；数据测试和分析；结果输出显示。而虚拟仪器也是由这三大部分组成，不同的是虚拟仪器的数据分析和结果输出完全山计
24、算机的软件系统来完成。只要提供一定的数据采集硬件，就构成了基于计算机组成的虚拟测量测试仪器。虚拟仪器通常是有计算机、硬件接口电路和软件这三部分构成。2.3.1 虚拟仪器的硬件构成硬件接口电路与计算机仪器构成了虚拟仪器的硬件。计算机是虚拟仪器的核心，主要完成数据的分析处理和结果的显示，硬件接口电路主要完成被测信号的采集、放大、模/数转换，根据构成虚拟仪器的接口总线不同，主要可分为以下几种方案，如图2.1所示。图2.1 虚拟仪器的硬件构成框图1、基于数据采集卡的虚拟仪器，它是以信号调理电路、数据采集卡(Data Acquisition，简称DAQ)及PC机为仪器硬件平台，采用PCI或ISA计算机本
25、身的总线，将DAQ直接插入PC机的相应标准的总线扩展插槽即可，因此这种虚拟仪器又称PC-DAQ/PCI插卡式虚拟仪器。2、基于通用接口总线GPIB(General Purpose Interface Bus)接口的虚拟仪器，它是以GPIB接口仪器、GPIB接口卡以及PC机为仪器硬件平台，GPIB仪器具有独立的仪器操作界面，能够脱离计算机使用，也可以通过标准GPIB电缆连接计算机实施程序控制。3、基于串行口仪器的虚拟仪器，它是由Serial标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台，符合RS-232或者RS-422标准的PLC和单片机系统。4、基于VXI仪器的虚拟仪器，它是以VXI(VME bus Ex
26、tension for Instrumentation)标准总线仪器模块以及PC机为仪器硬件平台，由主机箱、控制器和仪器模块构成。其中，控制其安装在零号槽中，称为零槽控制器。VXI控制器包括嵌入式工作站控制器、外置工作站控制器和嵌入式PC控制，可根据测试功能的要求来选用。5、基于PXI仪器的虚拟仪器，它是以PXI(PCI Extension for Instrumentation)标准总线仪器模块及PC机为硬件平台，PXI总线方式是在PCI总线内核技术上增加同步触发总线，参考时钟规范和要求形成。标准的PXI模块化仪器系统有s个插槽，还可以 Compact PCI交互操作，可与GPIB或VXI集
27、成，组成大规模、多用途系统。6、基于现场总线的虚拟仪器，它是以 Field Bus标准总线仪器及PC机为仪器硬件平台。上述的几种方案中，GPIB、VXI、PXI方案主要适合构成大型高精度测试系统;PCI-DAQ/PCI、串行口方案主要适合构成大规模的网络测试系统，如测试任务需要，也可将上述集中方案结合构成混合测试系统。2.3.2 虚拟仪器的软件构成虚拟仪器的核心技术是软件，通过修改程序可实现功能完全不同的各种测量测试仪器，以满足各种不同的需求。软件可以定义为各种仪器，可以说“软件即是仪器”。使原来需要硬件实现的功能软件化，以便最大限度的降低系统成本，增强系统功能及灵活性。由于计算机很容易与网络
28、、外围设备，以及其他应用连接，对于数据采集、系统控制、远程传送都非常方便。我们只要利用数据采集卡或数据采集电路，就可在计算机上构造新的仪器系统，由软件进行编程实现不同的功能。虚拟仪器系统的软件从底层到顶层可分为三个层次，即VISA库、仪器驱动程序、应用程序。1、VISA(Virtual Instrumentation Software Architecture)库，VISA库实质是标准的I/O函数库及相关规范的总称，它存在于仪器(即I/O接口设备)与仪器驱动程序之间，是一个为仪器与仪器驱动提供信息传递的底层软件，是实现统一的、开放的虚拟仪器系统的基础与核心。2、仪器驱动程序，对于数据的采集与控
29、制，由于涉及到硬件操作，需要对应的硬件驱动程序。驱动程序是完成对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合，是连接应用程序和VISA库的桥梁，每一个仪器模块都有对应的仪器驱动程序，仪器厂家以源码的形式提供给用户，用户在应用程序中可方便地调用其仪器驱动程序，而不必自己重新设计。3、应用软件，它是建立在仪器驱动程序之上，需由用户自己编写，通过提供直接友好的测控操作界面，丰富的数据分析与处理功能来完成自动测控任务。目前，虚拟仪器的应用软件开发环境主要有两种:一种是基于文本语言式的软件开发环境，主要有Labwindows/CVI、Visual C+、Visual、Basic、Delphi等;另一种是基于图
30、形化语言的软件开发环境，主要有LabVIEW、HPVEE等。2.4 LabVIEW的概述LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境 (Laboratory virtual Instrument Engineering workbench)的简称，是目前应用最广、功能最强、发展最快的图形化软件开发环境。得到工业界和学术界的普遍认可和好评。它可以把复杂、繁琐、费时的文本语言编程简化成用菜单或图标提示的方法选择功能（图形），用线条将各种功能（图形）连接起来的简单图形编程方式，为没有编程经验的用户进行编程、调试提供了简单方便、完整的环境和工具，尤其适合于从事科研、开发的科学家和工程技术人员使用。LabVI
31、EW是一种虚拟仪器开发平台软件，能够以其直观简便的编程方式、众多的源代码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际工程中所需要的仪器系统创造了基础条件。而且LabVIEW与其它计算机语言相比，有一个特别重要的不同点:其它计算机语言都是采用文本语一言产生代码行，而LabVIEW采用图形化编程语言G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、工程技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可以在很短的时间内掌握并应用到实践中去。特别是对于熟悉仪器结构和硬件电路的硬件工程师、工程技术人员和测试技术人员来说，编程就像设计电路图一样；因此，硬件工程师、工程技
32、术人员和测试技术人员们学习LabVIEW驾轻就熟，在较短的时间内就能够学会并应用LabVIEW，也不必去记忆那眼花缭乱的文本式程序代码。LabVIEW的功能十分强大。像C和C+等其它计算机高级语言一样，LabVIEW也是一种通用编程语言，具有各种各样、功能强大的函数库，包括数据采集、GPIB、串行仪器控制、数据分析、数据显示及数据存储，甚至还有网络功能。LabVIEW也有完善的仿真、调试工具，如设置断点、单步执行等。LabVIEW的动态连续跟踪方式，可以连续、动态地观察程序中的数据流向及其变化情况，比其它语言的开发环境更方便、更有效。G语言编写的程序称为虚拟仪器 VI(Virtual Inst
33、rument)，因为它的界面和功能与真实仪器十分相像，在LabVIEW环境下开发的应用程序都以VI为后缀的，以表示虚拟仪器的含义。一个VI由交互式用户接口、数据流框图和图标连接端口组成。同时，G语言很好地实现了模块化编程思想。用户可以将一个应用分解为多个任务，再将任务细分，将一个复杂的应用分解为多个简单的子任务，为每个子任务建立一个VI，然后把这些VI组合在一起成为最终的应用程序。因为每个子VI可以单独执行，所以很容易调试。进一步而一言，许多低级子VI可以完成一些常用功能，因此，用户可以开发特定的子VI库，以适用一般的应用程序。LabVIEW的运行机制从宏观上讲己经不再是传统上的冯诺依曼计算机
34、体系结构的执行方式。传统的计算机语言中的顺序执行结构在LabVIEW中被并行机制所代替：从本质上讲，它是一种图形控制流结构的数据流模式。数据流程序设计规定，一个函数只有当它的所有输入有效时才能执行；而目标的输出，只有当它的功能完成时才是有效的。也就是说，在这种数据流程序的概念中，程序的执行是数据驱动的，它不受操作系统、计算机等因素的影响。这样，LabVIEW中被连接的功能节点之间的数据流就能控制程序的执行次序，而不像文本程序受到行顺序执行的约束。从而，我们可以通过相互连接功能节点快速地开发应用程序，甚至还可以有多个数据通道同步运行。LabVIEW的核心是VI。VI有一个人机对话的用户界面，即前
35、面板(Front Panel)和类似于源代码功能的程序图(Diagram)。前面板接收来自程序图的指令。在VI的前面板中，输入控件 (Controls)模拟了仪器的输入装置并把数据提供给VI的程序图:而显示控件(Indicators)则模拟了仪器的输出装置并显示由程序图获得或产生的数据。当把一个输入控件或显示放置到前面板上时，LabVIEW在程序图中相应地放置了一个端口(Terminals)，这个从属于输入控件或显示控件的端口不能随意删除，只有删除它对应的输入控件或显示控件时它才随之一起被删除。用LabVIEW编制框图程序时，不必受常规程序设计语法的限制。首先，从功能菜单中选择需要的功能节点，
36、将之置于面板上合适的位置；然后用线(Wires)连接各功能节点在程序图中的端口，用来在功能节点之间传输数据。这些节点包括了简单的算术功能，高级数据采集和分析以及用来存储和检索数据的文件输入输出功能和网络功能。用LabVIEW编制出的图形化VI是分层次和模块化的。我们可以将之用于顶层程序，也可用作其它程序或子程序的子程序。显然LabVIEW依附并发展了模块化程序设计的概念。图形化程序设计编程简单、直观、开发效率高。2.5 LabviEW的应用现状LabVIEW广泛应用于包括自动化、通信、半导体、电路设计、航空和生产、过程控制及生物医学在内的各种工业领域中，用来提高应用系统的开发效率。这些应用涵盖
37、了产品的研发、测试、生产到后期服务的各个环节。在系统设计中协调使用LabVIEW，共享软件及信息资源，可以节约大量的时间和金钱。LabVIEW的应用大致可分为以下几个主要方面：1、应用于生产检测: LabVIEW己经成为用于测试测量领域的工业标准化开发工具。LabVIEW结合NITestStand测试执行环境和该领域中最大的仪器驱动程序库，为整个系统建立稳固完整的检测管理平台。 2、应用于研究与分析:运用LabVIEW，可在汽车、能源研究和其它众多工业领域的应用系统中进行实时数据的分析和处理、对于图像处理、时频分析、小波和数字滤波的应用系统，LabVIEW特别提供各种附加工具包以加速系统的开发
38、。3、应用于过程控制和工厂自动化:可利用LabVIEW来建立过程控制和工业自动化应用系统。在LabVIEW平台下，可以实现多通道的高速测量和控制。对于大型复杂的工业自动化和控制系统，有专门的LabVIEW数据记录和监控模块，用于监控多通道I/O、与工业控制器和网络进行通信，以及提供基于PC机的控制。4、应用于机器监控:对于要求有实时控制、视觉和图像分析或运动控制的机器监视和预先维护的应用系统，LabVIEW是理想的选择。LabVIEW系列产品，包括用于可靠、确定性控制的实时 LabVIEW (LabVIEW RT)软件，能够快速、准确的建立起功能强大的机器监视和自动控制应用程序。5、应用于测控
39、系统:LabVIEW有着强大的功能和广阔的应用前景，但就目前国内的现状来看，大多数的用户还是把LabVIEW作为虚拟仪器，仅仅利用它来进行数据的处理、分析和显示，忽略了LabVIEW强大的数据采集和控制功能，特别是基于PC机的实时控制，在国内应用较少。2.6 本章小结本章主要介绍了虚拟仪器技术与LabVIEW的相关知识。虚拟仪器技术是一项涉及多种技术领域的综合性技术，而且也是一项仍然在不断发展的新技术。本章分别阐述了它的概念、特点、组成、及应用等内容，并介绍了虚拟仪器软件开发平台及NI公司的提供的图形化编程语言LabVIEW的特点及应用。3 总体设计3.1系统实现的功能本论文针对传统检测仪表功
40、能由仪器厂商定义，与其它仪器设备的连接十分有限，图形界面小，人工读取数据信息量小，数据无法编辑、存储，系统封闭、功能固定、可扩展性差，技术更新慢，开发和维护费用较高的特点，设计了一个基于LabVIEW的温度检测系统。此温度检测系统主要实现以下功能：1、实现单片机与PC机的串口通信，能及时地将温度数据传给PC机，并将在上位机界面行程曲线，直观的表现温度变化。2、检测参数的显示:如测试时间、设定温度、当前温度等，当温度超出某个范围进行报警等。3、温度实时监测曲线显示，而且具有数字显示和波形图显示。4、测试结果的数据保存：用户可以将采集到的数据的一部分或者全部保存在Excel表格中，方便查询和打印。
41、3.2 总体设计方案本论文设计开发的是基于LabVIEW2010的温度检测系统，根据从总体到局部的设计原则，通过对系统功能的分析，将整个系统分解为实现不同功能的几个部分，然后分别对每个部分设计。为了能够实现温度检测系统所提出的各项具体功能，可以将整个系统分解为上位机和下位机两个部分:上位机为装有LabVIEW2010软件的PC机，下位机为单片机及外围电路组成的小系统。两个部分是通过PC机中的USB串口进行通信的。其中下位机部分主要完成温度信号的采集以及温度数据的输出;上位机部分完成对硬件的驱动，数据显示、处理与存储，超温报警及人机交互操作界面的生成。系统总体设计框图如图3.1所示。图3.1 总
42、体设计框图3.3 本章小结本章主要讨论了温度检测系统的总体设计方案。首先阐述了系统的总体设计原则，即从整体到部分的设计思想，在系统设计中要重点综合考虑系统经济性、可靠性、可扩展性及易操作性等性能指标，再根据系统的实际情况提出本系统的总体设计方案。根据系统的主要功能将系统分解为两大部分，即上位机部分和下位机部分，然后分别进行设计。两部分是通过计算机的串口进行通信的。同时选择LabVIEW作为温度检测系统的软件开发平台。在系统的整体设计中，软件的设计是关键，也占大部分工作量。4 上位机LabVIEW的程序设计4.1 USB接口设计虚拟仪器系统的通信方式按总线类型可以分为以下三种方式：RS-232串
43、行总线体系结构、通用仪器总线GPIB，VXI，PXI体系结构和USB通用串行通信总线体系结构。RS-232总线是美国电子工业协会EIA于1969年推出的一个串行通信标准，也是目前最常用的串行接口标准，用来实现计算机与计算机之间、计算机与外设之间的数据通讯，多用于点对点的通讯。它的优点是结构简单，几乎所有计算机都配有RS-232总线接口。而且编程简单，几乎所有的开发软件都对其提供了良好的支持。但RS-232总线传输距离一般小于15m，最大波特率小于20Kbps，不适合于高速场合。在通用仪器总线中，经常用到三种总线:GPIB，VXI和PXI。GPIB是通用接口总线的简称，HP公司在70年代推出的台
44、式仪器接口总线。数据传输速率一般为250-500Kbps，最高可达1Mbps，传输距离不能大于20m。受发送器负载能力的限制，接口系统内仪器数目最多不能超过15台。GPIB尽管存在很多局限性，但目前仍是仪器、仪表及测控系统与计算机互连的主流并行总线。VXI总线是“用于仪器的VME总线扩展”的简称。从根本上讲，VXI就是把GPIB测量技术与插入式DAQ板及现代计算机等最佳技术结合在一起。VXI的基本概念是为模块式电子仪器提供一个开放的结构，从而使所有仪器厂家提供的各种模块可在同一个机箱中运行。VXI总线是一种32位并行方式的内总线，总线背板的数据传输速率理论上可以达到40Mbps。VXI系统综合
45、了计算机技术、GPIB技术、PC仪器技术、接口技术、VME总线和模块化结构技术的成果，具有小型便携、高速数据传输、模块式结构、系统组建灵活等特点。PXI是PCI在仪器领域的扩展，它将PCI总线技术发展成适合于试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范，从而形成了新的虚拟仪器体系结构。PXI提供了与PCI一样包括132Mbps的数据传输率和即插即用功能的高性能电气特性。虽然这些仪器总线的性能比较好，但仪器控制系统都需要配备专门的接口控制卡，或者NI公司的数据采集卡，用户组装系统时，需要打开机箱，使用不方便。而且价格昂贵，尤其是VXI总线，不适用于低成本的场合。USB是通用串行总线 (Un
46、iversal Serial Bus)的缩写，是一种新的计算机串行总线。在高速传输下，数据传输速率最高可达482Mbps，在全速方式下，可达12Mbps，在低速方式下为1.5Mbps。使用USB Hub实现系统扩展，最多可连接127个外设，系统的拓扑结构为树状结构。标准USB电缆为3m，使用低速传输方式时可为5m，通过Hub或中继器可使传输距离达到30m。USB支持热插拔和即用，所有USB设备均可随时接入和拔离系统，USB主机能够动态地识别设备的状态，并自动为的设备分配地址和配置参数。此外，USB还支持错误检测与恢复处理功能，具有自动检测并隔离设备的能力。USB具有速度快、使用方便灵活、易于扩
47、展、支持即插即用、成本较低等一系列优特性，使USB正逐步取代传统的并行或串行接口，广泛应用于人机交互接口、音频和视频传输、量高速外存接口、宽带接入、数据采集和虚拟仪器等领域。由于USB总线具有传输速度高，扩展性好，连接方便等众多优点，而且价格适中，非常适合本设计的温度检测系统，因此我们采用了USB总线作为系统的通信方式。虽然调试USB驱动程序比较复杂，但通过应用集成度较高的专用芯片，可以大大简化程序的开发工作。所以本设计采用USB接口进行通信。4.2 USB系统的结构4.2.1 USB系统概述USB系统主要由USB主机和USB设备构成，所有的传输事务都是由主机发起的，USB设备是不能主动向主机传输任何数据的，除非获得主机的允许。如图4.1是USB系统的结构，被分为了三个逻辑层:功能层、USB设备层、USB接口总线层，且每一层都由主机和USB设备的不同功能模块组成。图4.1 USB系统的分层4.2.2 USB主机在USB系统中只允许有一个主机，分为三个不同的功能模块:客户
