基于单片机与LABVIEW的测温系统.doc

微机接口与控制课程论文 基于单片机与LABVIEW的测温系统
2011年3月 Microcontroller-based temperature Measurement System With Labview
上海大学 10 ～ 11 学年冬季学期研究生课程考试

课程名称： 微机接口与控制专题 课程编号： 091101908

论文题目: 基于单片机与LABVIEW的测温系统

研究生姓名: 金志祥 学 号: 10721142

论文评语:

成 绩: 任课教师: 陆明刚

评阅日期:

基于单片机与LABVIEW的测温系统

金志祥
（上海大学 机电工程与自动化学院，上海200072）

摘要：在工业生产中的许多场合，我们都需要对温度进行监控，并对其进行数据分析。本文介绍了一种由单片机和LABVIEW相结合的温度测控方法，能及时的获取当前的温度值和温度变化曲线，便于对温度进行适当调节。
关键词：单片机；LABVIEW；变化曲线

Microcontroller-based Temperature Measurement System With LABVIEW

JIN Zhixiang
（Shanghai University, Electrical Engineering and Automation, Shanghai 200072, China)

Abstract:In industrial production in many occasions, we all need to monitor the temperature, and its data analysis. This paper introduces a LABVIEW by the microcontroller and the combination of temperature control methods, timely access to the current temperature and temperature curves, easy to properly adjust the temperature.
Keywords:MCU；LABVIEW；Curve

1 引言
温度量是工业对象控制中的一项重要参数，对它的测量与控制具有十分重要的意义。采用51单片机为核心的温度系统对温度进行控制，是比较常用的一类工业控制系统。这类系统不仅具有控制方便、组态简单、灵活性大、成本较低，可靠性高等优点，而且可以大幅度提高被控制温度的技术指标，从而大大提高产品的质量和数量。本人根据实验室现有设备，设计了一套基于51单片机和LABVIEW相结合的温度测控系统，能很好的完成对温度的实时监测和控制。
2 设计方案
本系统的电路设计方框图如图1所示，它由以下几个部分组成：

STC89C58RD+
单片机
DS18B20
数码管显示
LABVIEW显示与监控

图1 温度测控系统总体设计方案
（1） 控制部分：主芯片采用单片机STC89C58RD+;
（2） 显示部分：采用四位LED数码管动态扫描以及LABVIEW实现温度显示和获得温度曲线。
（3） 温度采集部分：采用DS18B20温度传感器。
2.1 控制部分
STC89C58RD+是美国STC公司设计，国内宏晶公司贴牌生产的新一代51增强型单片机。它具有加密性强、超强坑干扰、超低功耗、系统可编程、内含MAX180专用复位电路，且内含32KB的FLASH和16KB的EEPROM，同时内含1280byte的内部SRAM存储空间。
2.2 显示部分
显示部分采用四位共阴极的数码管和LABVIEW相结合，实现对温度的动态监测。

2.3 温度采集部分
DS18B20是美国DALLAS半导体公司推出的第一片支持“一线总线”接口的温度传感器，它具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。

图2.1 DS18B20引脚图与实物图
DS18B20温度传感器特性：
适应电压范围宽，电压范围在3.0~5.5V，在寄生电源方式下可由数据线供电。
（1） 独特的单线接口方式，它与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通信。
（2） 支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，实现组网多点测温。
（3） 在使用中不需要任何外围元件，全部传感元件及转换电路集成在形如一只三极管的集成电路内。
（4） 测温范围-55°~+125°，在-10°~+85°时精度为±0.5℃。
（5） 可编程分辨率为9~12位，对应的可分辨温度分变为0.5℃，0.25℃，0.125℃和0.0625℃，可实现高精度测温。
（6） 在9位分辨率时，最多在93.75ms内把温度转换为数字；12位分辨率时，最多在750ms内把温度值转换为数字，显然速度更快。
（7） 测量结果直接输出数字温度信号，以“一线总线”串行送给CPU，同时可传送CRC检验码，具有极强的抗干扰纠错能力。
（8） 负压特性。电源极性接反时，芯片不会一发热而烧毁，但不能正常工作。
3 硬件电路的设计
该系统的部分电路如图3.1所示，DS18B20的第2管脚（即DQ）接在STC89C58RD+单片机的P1.1脚。

图3.1 温度测试系统的部分硬件原理图
4 软件设计
我们先来了解一下DS18B20的工作时序图。
(1) DS18B20的初始化，其时序图如图4.1所示。

图4.1 初始化时序图
其操作方法为：
l 先将数据线置高电平1；
l 延时（该时间要求不是很严格，但是要尽可能短一点）；
l 数据线拉到低电平0；
l 延时（480~960us之间）；
l 数据线拉到高电平1；
l 延时等待，如果初始化成功则会在15~60ms内产生一个由DS18B20返回的低电平0，据该状态可以确定它的存在。但是应注意，不能无限的等待，否则程序会进入死循环，所以要进行超时判断。
l 若CPU读到数据线上的低电平后，还要进行延时，其延时的时间从发出高电平算起（第5步的时间算起）最少要480μs。
l 将数据线再次拉到高电平之后结束。
（2） DS18B20写数据其时序图如图4.2所示。

图4.2 写数据时序图
其操作方法为：
l 数据线先置低电平0。
l 延时确定的时间为15μs。
l 按从低位到高位的顺序发送数据（一次只发送一位）。
l 延时45μs。
l 将数据线拉到高电平1。
l 重复以上5个步骤，直到发送完整个字节。
l 最后将数据线拉高到1。
（3） DS18B20读数据，其时序图如图4.3所示。

图4.3 读数据时序图
其操作方法为：
l 将数据线拉高到1，再延时2μs。
l 将数据线拉低到0，延时6μs。
l 将数据线拉高到1，延时4μs。
l 读数据线的状态得到一个状态位，并进行数据处理，延时30μs。
l 重复以上步骤，直到读完一个字节。
该系统的程序主要包括主程序、获取温度值子程序、串口发送程序等。系统主程序的源代码为：
#include
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit ds=P1^1; //温度传感器信号线
sbit dula=P2^0; //数码管段选线
sbit wela=P2^3; //数码管位选线
uint temp;
float f_temp;
uint warn_l1=260;
uint warn_l2=250;
uint warn_h1=300;
uint warn_h2=320;
unsigned char code table[]={
0x3f,0x06,0x5b,0x4f,
0x66,0x6d,0x7d0x07,
0x7f,0x6f,0xbf,0x86,
0xdb,0xcf,0xe6,0xed,
0xfd,0x87,0xff,0xef}; //不带小数点的编码
void delay(uint z)//延时函数
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void dsreset(void) //18B20复位，初始化函数
{
uint i;
ds=0;
i=103;
while(i>0)i--;
ds=1;
i=4;
while(i>0)i--;

}

bit tempreadbit(void) //读1位函数
{
uint i;
bit dat;
ds=0;i++; //i++ 起延时作用
ds=1;i++;i++;
dat=ds;
i=8;while(i>0)i--;
return (dat);
}

uchar tempread(void) //读1个字节
{
uchar i,j,dat;
dat=0;
for(i=1;i<=8;i++)
{
j=tempreadbit();
dat=(j<<7)|(dat>>1); //读出的数据最低位在最前面，这样刚好一个字节在DAT里
}
return(dat);
}

void tempwritebyte(uchar dat) //向18B20写一个字节数据
{
uint i;
uchar j;
bit testb;
for(j=1;j<=8;j++)
{
testb=dat&0x01;
dat=dat>>1;
if(testb) //写 1
{
ds=0;
i++;i++;
ds=1;
i=8;while(i>0)i--;
}
else
{
ds=0; //写 0
i=8;while(i>0)i--;
ds=1;
i++;i++;
}

}
}
void tempchange(void) //DS18B20 开始获取温度并转换
{
dsreset();
delay(1);
tempwritebyte(0xcc); // 写跳过读ROM指令
tempwritebyte(0x44); // 写温度转换指令
}
uint get_temp() //读取寄存器中存储的温度数据
{
uchar a,b;
dsreset();
delay(1);
tempwritebyte(0xcc);
tempwritebyte(0xbe);
a=tempread(); //读低8位
b=tempread(); //读高8位
temp=b;
temp<<=8; //两个字节组合为1个字
temp=temp|a;
f_temp=temp*0.0625; //温度在寄存器中为12位 分辨率位0.0625°
temp=f_temp*10+0.5; //乘以10表示小数点后面只取1位，加0.5是四舍五入
f_temp=f_temp+0.05;
return temp; //temp是整型
}
////////////////////显示程序//////////////////////////
void display(uchar num,uchar dat)
{
uchar i;
dula=0;
P0=table[dat];
dula=1;
dula=0;
wela=0;
i=0XFF;
i=i&(~((0X01)<<(num)));
P0=i;
wela=1;
wela=0;
delay(1);
}
void dis_temp(uint t)
{
uchar i;
i=t/100;
display(0,i);
i=t%100/10;
display(1,i+10);
i=t%100%10;
display(2,i);
}
void warn(uint s,uchar led) //蜂鸣器报警声音 ,s控制音调
{
uchar i;i=s;
dula=0;
wela=0;
while(i--)
{
dis_temp(get_temp());
}
P1=0XFF;
i=s;
while(i--)
{
dis_temp(get_temp());
}
}
void deal(uint t)
{
uchar i;
if((t>warn_l2)&&(t<=warn_l1))
{
warn(40,0x01);
}
else if(t<=warn_l2)
{
warn(10,0x03);
}
else if((t=warn_h1))
{
warn(40,0x04);
}
else if(t>=warn_h2)
{
warn(10,0x0c);
}
else
{
i=40;
while(i--)
{
dis_temp(get_temp());
}
}
}
void init_com(void)
{
TMOD = 0x20;
PCON = 0x00;
SCON = 0x50;
TH1 = 0xFd;
TL1 = 0xFd;
TR1 = 1;
}
void comm(char *parr)
{
do
{
SBUF = *parr++; //发送数据
while(!TI); //等待发送完成标志为1
TI =0; //标志清零
}while(*parr); //保持循环直到字符为'\0'
}
void main()
{
uchar buff[4],i;
dula=0;
wela=0;
init_com();
while(1)
{
tempchange();
for(i=10;i>0;i--)
{
dis_temp(get_temp());
}
deal(temp);
sprintf(buff,"%f",f_temp);
for(i=10;i>0;i--)
{
dis_temp(get_temp());}
comm(buff);
for(i=10;i>0;i--)
{
dis_temp(get_temp());
}
}
}
LABVIEW部分程序代码如图4.4所示：（其中串口波特率为9600bps，数据比特为8位，无奇偶校验位）。

图4.4 LABVIEW部分程序代码
5 系统效果及数据分析
LABVIEW是一种业界领先的工业标准图形化编程工具，主要用于开发测试、测量与控制系统。它是专门为工程师和科学家而设计的直观图形化编程语言。它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起，建立虚拟仪器系统，以形成用户自定义的解决方案。利用NI的虚拟仪器技术，让以往复杂的数据采集工作变得异常简单，大大提高了数据分析和得出结论的效率。
图5.1为本系统在实验室（装有空调）所测得的数据结果及温度变化曲线。

图5.1 LABVIEW前面板数据采集结果
由图5.1，我们可以很好的根据温度曲线分析室内温度的变化情况，而且能及时的获得实时的温度值，可以很方便的对室内温度进行测控。

致谢：感谢陆明刚老师对本工作的大力支持，通过对微机接口这门课程的学习，我进一步加深了对单片机的了解，陆老师那种严谨的科学态度也深深的感染了我们！

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