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摘要：以Labview、单片机和DSl8820为核心，设计了一款温度监测系统。该系统通过DSl8820温度传感器采集温度信号，经单片机的串口转USB，再由USB接口将信号发送Labview，可以实现温度的实时采集、处理、显示及报警，同时在Lab-view中可设置温度的上下限，查看温度曲线以及调出历史数据等功能。该系统的下位机采用的是单片机最小系统，外加温度传感器，串口转USB模块，上位机采用的是NI公司的一款图形化编程软件Labview，整体简单易行，却很好地实现了温度的监测功能。设计中，可更换传感器实现不同参数的监测，如湿度监测、粉尘监测、烟雾监测等，使得该系统可以应用到各种不同的场合。
关键词：Labview;单片机;USB
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）13-0007-04
在很多场合，温度的变化对生产或生活都会产生极大的影响，比如智能温室大棚、多个机台设备的生产车间、名贵鱼的鱼缸等，温度恒定是保证产品质量的重要前提，因此温度数据的采集和监测意义重大。
本监测系统可以对监测场所的温度数据实时采集，绘制温度曲线，当温度高于上限或低于下限均可实现报警，并可以查看相关的历史数据。整个系统成本较低，非常适合学生在实验室中设计开发。
1系统的硬件部分
系统的硬件由温度传感器DS18820、51单片机AT89S51、USB转接芯片CH340组成，其硬件框图如图1所示。数字温度传感器可将温度值直接转换成数字量发送至单片机，单片机对该温度信号进行处理后，通过串口转USB的转接芯片将数据送至计算机，计算机的Labview软件处理后以人机界面的窗口形式，直观地展示数据曲线。
1.1温度传感器DSl8820
DSl8820是一款常用的温度传感器，它的优势是低功耗、抗干扰能力强的单总线数字温度传感器，该传感器在使用过程中无需外加AD。从DS18820到主控芯片仅连接一条线，硬件电路简单，而且每个DS18820有唯一的系列号，因此多个可以存在于同一条单线总线上，有利于系统后续拓展成多路的温度监测。
DS18820提供9位温度读数，测量范围是-55°C至125°C，增量值位0.5℃。
1.2单片机AT89S51
系统的主控芯片选用了AT89S51，此单片机功能简单、价格低廉，单片机有4K的片内程序存储器，可以外扩至64K，128B片内数据存储器，64K片外数据存储器，AT89S51支持在线编程下载，极大地方便了调试。
1.3串口转USB接口模块
由于目前大部分笔记本电脑未配置串口，故需要将串口信号转换成更为通用的USB接口信号，选用的芯片是CH340。CH340是USB总线转接芯片，可以实现USB转串口、IrDA红外或打印口。芯片内置了USB上拉电阻、复位电路，内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯。
2系统的软件部分
2.1下位机软件
系统软件的编写是在Keil uVision4的集成开发环境下，用C语言编写的，整个软件实现了硬件初始化、温度采集、数据转换、上下位机通信4个模块。系统的主程序流程图如图2所示。
2.2上位机软件
上位机使用虚拟仪器完成温度数据的读取、转换和处理，温度上下限的设置，实时曲线图的绘制，历史曲线的查看。Labview虚拟仪器程序由前面板和程序框图构成，前面板是人机交互界面，用来输入输出，程序框图是用户以框图的形式编制的代码。
1）上位机的前面板
系统上位机前面板如图3所示，包括三个数据输入控件，用来输入VISA资源端口名称以及上下限温度;两个布尔量的圆形指示灯，当温度超过上下限时，相应指示灯点亮;一个温度值显示的仪表控件，可以更加直观读取当前温度值;三个数值显示控件，分别显示接收数据的字符型、数值型和接收数据的长度;两个布尔量的开关按钮，一个控制采集数据的启停，一个退出整个监测界面;一个波形图表的图形显示控件，显示當前采集温度的实时曲线。
2）串口通信模块
上位机框图中所采用的串口是NI_VISA串口Serial函数来访问和控制串口的，VISA（Virtual Instrument Software Architec-ture，简称为“Visa”）为虚拟仪器软件结构。函数的打开如图4所示，程序框图面板a仪器I/Oa串口。串口函数常用的四个子函数分别为：VISA配置串口、VISA写入、VISA读取、VISA关闭。VISA配置串口是完成串口参数的初始化设置，包括串口资源的名称、波特率、数据比特、奇偶校验、停止位等，停止位的典型值是1、1.5、2位，但在初始化时停止位的输人应配置成10、15、20。
VISA读取子函数是每次从串口读取一定字节数的数据，VISA关闭子函数是当程序停止前，把使用的串口设备关闭，若不关闭，该串口就一直被占用。
在设计串口时，应最先安装VISA驱动，该驱动并不在软件安装程序中，若不安装，前面板运行时，串口资源名称无法从下拉框获取，程序无法运行。安装成功后，下拉框就可以看到相应的COM口。
3）数据采集处理模块
该模块将单片机的数据进行采集和处理，以便实时显示。VISA读取子函数中左边输入有个VISA的字节总数，如图5所示，因此在读取前必须指定这个个数。VISA读取函数的“读取字节数”的输入端口设置十分必要，在串口通信中，如果当前缓冲区的数据量小于指定的字节数，程序会一直停在VISA读取上，在超时的时间（默认是10秒）内无法满足数据量时，程序会“Time out”如果超时时间设置过长，有可能导致程序停止在VISA读取这个节点上。 使用“Bytes at Port”串口的属性节点，可以很好地解决以上问题。在仪器I/O子面板下，如图6所示，程序框图面板a仪器I/O
关键词：Labview;单片机;USB
中图分类号：TP391 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）13-0007-04
在很多场合，温度的变化对生产或生活都会产生极大的影响，比如智能温室大棚、多个机台设备的生产车间、名贵鱼的鱼缸等，温度恒定是保证产品质量的重要前提，因此温度数据的采集和监测意义重大。
本监测系统可以对监测场所的温度数据实时采集，绘制温度曲线，当温度高于上限或低于下限均可实现报警，并可以查看相关的历史数据。整个系统成本较低，非常适合学生在实验室中设计开发。
1系统的硬件部分
系统的硬件由温度传感器DS18820、51单片机AT89S51、USB转接芯片CH340组成，其硬件框图如图1所示。数字温度传感器可将温度值直接转换成数字量发送至单片机，单片机对该温度信号进行处理后，通过串口转USB的转接芯片将数据送至计算机，计算机的Labview软件处理后以人机界面的窗口形式，直观地展示数据曲线。
1.1温度传感器DSl8820
DSl8820是一款常用的温度传感器，它的优势是低功耗、抗干扰能力强的单总线数字温度传感器，该传感器在使用过程中无需外加AD。从DS18820到主控芯片仅连接一条线，硬件电路简单，而且每个DS18820有唯一的系列号，因此多个可以存在于同一条单线总线上，有利于系统后续拓展成多路的温度监测。
DS18820提供9位温度读数，测量范围是-55°C至125°C，增量值位0.5℃。
1.2单片机AT89S51
系统的主控芯片选用了AT89S51，此单片机功能简单、价格低廉，单片机有4K的片内程序存储器，可以外扩至64K，128B片内数据存储器，64K片外数据存储器，AT89S51支持在线编程下载，极大地方便了调试。
1.3串口转USB接口模块
由于目前大部分笔记本电脑未配置串口，故需要将串口信号转换成更为通用的USB接口信号，选用的芯片是CH340。CH340是USB总线转接芯片，可以实现USB转串口、IrDA红外或打印口。芯片内置了USB上拉电阻、复位电路，内置了独立的收发缓冲区，支持单工、半双工或者全双工异步串行通讯。
2系统的软件部分
2.1下位机软件
系统软件的编写是在Keil uVision4的集成开发环境下，用C语言编写的，整个软件实现了硬件初始化、温度采集、数据转换、上下位机通信4个模块。系统的主程序流程图如图2所示。
2.2上位机软件
上位机使用虚拟仪器完成温度数据的读取、转换和处理，温度上下限的设置，实时曲线图的绘制，历史曲线的查看。Labview虚拟仪器程序由前面板和程序框图构成，前面板是人机交互界面，用来输入输出，程序框图是用户以框图的形式编制的代码。
1）上位机的前面板
系统上位机前面板如图3所示，包括三个数据输入控件，用来输入VISA资源端口名称以及上下限温度;两个布尔量的圆形指示灯，当温度超过上下限时，相应指示灯点亮;一个温度值显示的仪表控件，可以更加直观读取当前温度值;三个数值显示控件，分别显示接收数据的字符型、数值型和接收数据的长度;两个布尔量的开关按钮，一个控制采集数据的启停，一个退出整个监测界面;一个波形图表的图形显示控件，显示當前采集温度的实时曲线。
2）串口通信模块
上位机框图中所采用的串口是NI_VISA串口Serial函数来访问和控制串口的，VISA（Virtual Instrument Software Architec-ture，简称为“Visa”）为虚拟仪器软件结构。函数的打开如图4所示，程序框图面板a仪器I/Oa串口。串口函数常用的四个子函数分别为：VISA配置串口、VISA写入、VISA读取、VISA关闭。VISA配置串口是完成串口参数的初始化设置，包括串口资源的名称、波特率、数据比特、奇偶校验、停止位等，停止位的典型值是1、1.5、2位，但在初始化时停止位的输人应配置成10、15、20。
VISA读取子函数是每次从串口读取一定字节数的数据，VISA关闭子函数是当程序停止前，把使用的串口设备关闭，若不关闭，该串口就一直被占用。
在设计串口时，应最先安装VISA驱动，该驱动并不在软件安装程序中，若不安装，前面板运行时，串口资源名称无法从下拉框获取，程序无法运行。安装成功后，下拉框就可以看到相应的COM口。
3）数据采集处理模块
该模块将单片机的数据进行采集和处理，以便实时显示。VISA读取子函数中左边输入有个VISA的字节总数，如图5所示，因此在读取前必须指定这个个数。VISA读取函数的“读取字节数”的输入端口设置十分必要，在串口通信中，如果当前缓冲区的数据量小于指定的字节数，程序会一直停在VISA读取上，在超时的时间（默认是10秒）内无法满足数据量时，程序会“Time out”如果超时时间设置过长，有可能导致程序停止在VISA读取这个节点上。 使用“Bytes at Port”串口的属性节点，可以很好地解决以上问题。在仪器I/O子面板下，如图6所示，程序框图面板a仪器I/O