78
第6卷 第1期Vol.6 No.1
四川工商学院学术新视野
Academic New Vision of Sichuan Technology and Business University
2021年3月Mar.2021
·理学与工学·
引言
如今，温度正是所有行业中和安全挂钩的最为重要的指标之一。为了提高数据处理的效率，在实际应用中都采用数字温度传感器进行温度数据的采集工作。但要达到对温度的实时监测就会产生大量的数据。如果完全采用人工方式来处理这些数据，根本无法满足实时监测的需要。因此必须使用一套
完整的温度测控系统来处理这些信息。
1  课题研究内容
本设计利用一个STC89C52为核心的单片机作为下位机，利用LABVIEW 作为上位机，开发出一个温度测控系统。通过控制程序、逻辑算法和数据筛选实现对环境温度的实时测量与控制。
收稿日期：2021-2-5
作者简介：唐乾城（1998- ），男，四川广安人，四川工商学院电子信息工程学院2016级通信工程专业1班学生，主要研          究方向：移动通信技术。
通讯作者：段恒利（1984- ），女，四川遂宁人，副教授，主要研究方向：数据通信、移动通信方向。
基于
中图分类号：TP273，TM924.3
于LABVIEW 的温度控制系统设计
唐乾程，段恒利
（四川工商学院电子信息工程学院，四川成都611745）
摘要：随着科技的迅猛发展，温度控制技术取得了重大的突破。温度控制系统的开发与应用，在信
息自动化行列中占据了非常重要的地位。在所有的温度控制系统中，以虚拟仪器作为核心上位机的方式成为了系统开发者的首选。本设计分为上位机与下位机，功能上有温度采集及显示、温度数据处理及分析、温度控制、温度超限报警、数据存储。系统整体工作方式为下位机从外界采集温度数据，通过串口通信传输至上位机，从而实现所有的操作流程及功能。本设计详细的阐述了整个控制系统的制作过程和所有功能图分类号：TP273，TM924.3文献标识码：A Design of Temperature Control System Based on LABVIEW
Tang Qiancheng ，Duan Hengli
（School of Electronic Information Engineering ，Sichuan Technology and Business University ，Chengdu 611745
China ）
Abstract:With the rapid development of science and technology,major breakthroughs have been made in temperature control technology.The development and application of temperature control systems occupy a very important position in the ranks of information automation.Among all the temperature con
trol systems,the way of using virtual instrument as the core PC has become the first choice of system developers.This design contains a PC and a micro control unit.The functions include temperature acquisition and display,temperature data processing and analysis,temperature control,temperature over-limit alarm and data storage.The overall working mode of the system is that the micro control unit collects the temperature data from the outside world and transmits the temperature data to PC through serial communication,so as to complete all the operating processes and perform functions.This design elaborates the production process of the whole control system and the steps to perform all the functions.
Key words:LABVIEW ；DS18B20；Micro control unit ；PC system design ；Micro control unit design
79
2021年四川工商学院学术新视野
access是基于什么的工具2  系统总体设计
系统分为硬件和软件两个部分。硬件部分以单片机为整体单位，软件部分以LABVIEW 为整体单位。整个系统界面有温度采集及显示、温度数据处理及分析、温度控制、温度超限报警、数据存储5个功能模块。
3  系统各模块详细设计
3.1  下位机系统设计
系统硬件电路框架结构如图3.1-1所示：
3.1.2  DS18B20温度传感器
DS18B20温度测量范围为-55℃-125℃，测量误差范围为±0.5℃，最高测量分辨率为0.0625℃。它们的DQ 引脚分别与STC89C52芯片的P1.3和P1.4引脚相连，分别测量同一空间内两点的温度数据。然后将数字信号通过单总线通信协议，经过初始化、读数据和写数据的步骤，最终交给STC89C52芯片进行相关的分析和处理[5]。
3.1.4  LCD1602液晶显示
LCD1602是用来显示单片机所采集到的两路温
度值和计算后的两路温度平均值。
3.1.3  MAX232电平转换
MAX232用来为RS-232串口通信进行电平的转换。本次采用MAX232与DB-9相连的方式，构建起上下位机串口通信的硬件部分。
3.1.1  STC89C52单片机
STC89C52芯片是一个可编程的高性能微处理器，其拥有强大的数据处理功能和I/O 口通信互联的功能。
本次单片机时钟电路采用内部方式，11.0592MHZ
晶振。
图3.1-1 系统框架图
图3.1.2-1  DS18B20原理图
图3.1.3-1  MAX232与DB-9电路原理图图3.1.1-2  晶振电路原理图图3.1.4-1  LCD1602
电路原理图
80
图3.2.1-1  串口通信程序框图
图3.2.2-1  数据存储程序框图
图3.2.3-1  实时温度显示程序框图
3.2  上位机系统设计
此部分包括前面板设计和相应功能的程序框图设计。前面板由输入控件和显示控件组成。程序框图又由节点、接线端和连线构成[7]。此处着重介绍程序框图的设计过程。3.2.1  串口通信
本次采用异步通信方式来进行上下位机数据的传输工作。串口通信设有数据缓冲区，上位机每次从数据缓冲区里读取数据，保证数据不丢失。在串口初始化成功的情况下，LABVIEW 接收和发送的数据都是长度为8位的十六进制数。当上位机打开串口后，VISA 串口配置默认波特率9600。当上位机开始采集数据时，串口会自动清空数据缓冲区。随后，下位机就开始发送数据，只要数据字节数大于零，上位机就从数据缓冲区里全部读取。判断数据帧头为0x55和0xAA 后，剩下的字节依次进行校验和帧尾识别，然后进入数据保存队列。
3.2.4  实时报警显示
首先，串口读取的数据从数据缓冲区通过字符串至字节数组的转换，然后进入索引数组分离出两路实时温度数据。通过整数拼接运算后，依次进行双字节整型转换和双精度浮点数转换，再进行DS18B20数字温度传感器的测量分辨率设置，然后进入到实时温度报警判断工具中。与此同时，判断工具就会根据系
统运行时操作者提前设定好的温度上下限值进行是否报警的判断。随后将判断结果实时通过预警字符串和指示灯，输出相应结果。
3.2.2  数据存储
系统需要实时记录每一次运行所产生的数据，并用这些数据支撑起PID 控制算法。此处选用了ACCESS 数据库作为所有数据的存储方式。首先，在上位机项目创建时编写了数据库文本。通过向表格数据创建和写入子程序中添加相对路径的方式，使得系统与数据库表格文本建立连接。系统的所有数据以捆绑簇的方式，通过UDL file 子程序写入到ACCESS 数据库连接工具中。数据库中的每一项数据都按照表格名称在数据库文本中依次排列。
3.2.3  实时数据显示
程序分为1号波形图表和2号波形图表。每个波形图表中都含有三条曲线，分别由对应的三个数据簇进行捆绑，进而输出一个标量数值簇。然后把捆绑的数值簇加载进对应前面板的波形图表中，生成相应的波形信号。其中每一个数值都代表着各条曲线上的单个数据点。
唐乾程，段恒利：基于LABVIEW
的温度控制系统设计
81
2021年
四川工商学院学术新视野
图3.2.4-1  实时温度报警程序框图
3.2.5  温度控制
通过前面板设置目标温度值并点击开始，目标温度值指令就会进入到“消息入队”子程序中。通
4  系统调试
测试整个系统能否正常工作，必须要从上位机和下位机的所有功能进行测试确定。
在精准温度计显示19.5℃的情况下进行实际测试。为了测试方便，将1号报警上限温度设置为15℃，2号报警下限温度设置为30℃。温度计显示如图4-1所示：
启动上位机和下位机，开始整个系统的调试工作。当系统启动时，上位机显示1号实时温度为19.31℃，2号实时温度为19.56℃。此时，1号报警界面显示温度过高，2号报警界面显示温度过低。上位机设置目标温度为10℃，点击启动按钮就可以将目标温度值发送至下位机进行温度控制操作。上位机报警测试如图4-2所示：
过消息队列传输至数据采集记录循环中。最后，数据通过串口通信传输至下位机中执行温度控制的指
令。
图
4-1  温度计显示图4-2  上位机报警测试图
图3.2.5-1  温度控制程序框图
82
在表格显示面板中截取了一段测试数据进行分析。测试的环境温度为19.5℃，1号温度稳定在19.3℃，2号温度稳定在19.4℃。两路温度值误差
停止整个系统的运行，开始测试报警查询面板的功能。首先，在下拉文本框中选择1号温度传感器，点击查询。面板上显示出整个测试数据中1号传感
从系统运行开始到结束，所有的数据都通过提前设定好的路径存储在ACCESS 数据库中。所以，整个系统从头到尾的运行过程，意味着上位机和下位机整体功能是完全正常的，调试工作是成功的。
5  结束语
经过众多步骤的设计与制作，本次设计的上位机与下位机按照各自的分工，由独立工作的两部分融为了一个整体。下位机的设计实现了外部环境温度的实时采集和传输功能，上位机的设计实现了温度读取、温度显示、温度数据处理及分析、温度控制、温度超限报警、数据存储功能。通过上位机与下位机一体的协调调试，本设计的最终目标与各项功能得以实现。
分别为0.2℃和0.1℃，均处于DS18B20数字温度传感器±0.5℃的正常误差范围内。测试数据如图4-3所示：
器所有的报警记录。传感器报警查询测试如图4-4所示：
参考文献
[1] 李娜，孔德志.智能化温室控制的现状与发展趋势
[J].科技视界,2016(04):228+259.
[2] 杨欢欢.基于STM32的温室远程控制系统的设计[D].
杭州电子科技大学,2015.
[3] 王祎晨.增量式PID和位置式PID算法的整定比较与研
究[J].工业控制计算机,2018,31(05):123-124.[4] 程文红.基于STC89C52天然气气体泄露报警器的设计
[D].东北石油大学,2014.
[5] 覃鲜艳.基于DS18B20的无线测温系统的研究与设计
[D].武汉理工大学,2012.
［责任编辑：
伍芳芳］
图4-3  测试数据图
图
4-4  传感器报警查询测试图
唐乾程，段恒利：基于LABVIEW 的温度控制系统设计

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。