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CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2021•中国科技信息2021年第6期31万~60万©器d linkdappraisement industry郑玲玲张金刘芳丁俊香赵婷陆军炮兵防空兵学院郑玲玲（1983-）女，安徽省全椒县，硕士，讲师，研究方向：计算机控制。
DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2021.06.028基于LabVIEW和Arduino的温湿度采集系统设计本文利用虚拟仪器平台实现对温湿度数据的采集和控制。
在整个系统中，Arduino Uno作为下位机，负责对传感器信息的读写和数据传输；LabVIEW编写的显示软件作为上位机，上位机和下位机之间利用USB-TTL接口实现通信。
实验结果表明，该系统可以使温湿度数据的采集变得更加高效、快捷，通过计算机的辅助决策实现了数据的处理和显示，提高工作效率，达到对温湿度环境有较高要求的场合进行环境监测的目的。
温湿度测量一直是工业生产和科学研究中非常重要的环节之一，测量数据的准确性和时效性又与测量仪器有着密不可分的联系。
目前的温湿度数据一般采用诸如温湿度计这类传统仪器进行测量，然而传统仪器结构固化，功能单一，已经不能满足用户对数据变化趋势的实时显示和预测，以及温湿度超限报警等功能的需求。
随着科学技术的快速发展和用户需求的不断提高，应运而生的虚拟仪器技术，则是以高性能的模块化硬件为基础、灵活高效的软件为核心，通过计算机技术、通信技术和测量技术等来完成各种测试、测量工作。
虚拟仪器可以将计算机强大的计算处理能力和仪器设备的测量控制能力有效结合，并通过软件开发出交互式图形界面来实现对数据的显示、存储以及分析处理。
这种融合不仅缩小了仪器的体积和成本，还有效降低软硬件开发和维护费用，同时还能完成个性化功能的实现。
所以和传统仪器相比，虚拟仪器有着不可比拟的显著优势。
系统设计方案本设计分为两个部分，上位机的检测界面由图形化的编程软件LabVIE W来实现，它不仅能方便快捷地完成与各种软硬件的连接，还拥有强大的数据处理能力，它将采集到的温湿度数据进行处理、存储并通过曲线来显示，这样可以实时观测温湿度的变化趋势。
基于LabVIEW的自动温度监控系统的设计作者：何乾伟，王小魏，黄致尧来源：《科技视界》 2015年第27期何乾伟王小魏黄致尧（西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500）【摘要】传统的温度监控器功能完全依赖硬件实现，有精度低、速度慢、价格昂贵等缺点，根据温度监控的需要，结合虚拟仪器的特点，基于LabVIEW的开发平台设计了一种自动温度监控系统。
该系统主要完成了前面板和程序框图的设计，具有使用灵活、效率高、自动化程度高、操作简单、可实现用户自定义其功能等优点。
【关键词】温度监控系统；LabVIEW；程序；设计０引言借助于仪器仪表技术和计算机技术的飞速发展，虚拟仪器随之诞生，20世纪80年代，美国国家仪器公司首先提出虚拟仪器的概念，和传统仪器相比，虚拟仪器具有使用灵活、效率高、自动化程度高、操作简单、可实现用户自定义其功能等优点。
虚拟仪器已成为未来仪器发展的一种趋势，但这也对现有虚拟仪器技术提出了更高的要求。
本文重点介绍了一种基于LabVIEW而设计的数字化自动温度监控系统，在很大程度上解决了传统温度检测仪器的诸多弊端。
该仪器可以由用户自由地组合计算机平台、硬件、软件、以及各种实现应用所需要的附件，这种灵活性可由供应商定义，功能固定、独立的传统仪器无法与之相比。
１自动温度监控系统的设计指标该自动温度监控系统基于LebView而设计，在实现传统温度监控器所实现的功能的基础上，结合虚拟仪器的特点进而增加了一些传统仪器不具备的新功能，该设计实现的主要功能如下：1）实时监测温度数值；2）自动分析已检测温度，显示最大温度、最小温度和平均温度；3）设定温度的监控范围，出现异常时报警提示；4）华氏温度与摄氏温度之间互相转换；5）用户可以控制监测过程。
２自动温度监控系统的设计２.1前面板的设计前面板的设计主要包括显示部分和控制部分，具体设计步骤如下，图1为前面板的设计图。
2.1.1显示部分显示部分主要包括一个波形图表和多个字符串显示控件，波形图表用于显示当前温度值和规定的报警温度温度上下线，字符串显示控件分别用于显示设定的温度上下线、当前温度值、最大温度、最小温度和平均温度，以便于更加直观的观察各项温度的精确值。
引言随着微电子技术、计算机技术、软件技术、网络技术和现代测量技术的迅速发展，一种新型的先进仪器——虚拟仪器成为当前系统研究的热点。
虚拟仪器的出现开辟了仪器技术的新纪元，它是多门技术与计算机技术结合的产物，其基本思想逐步代替仪器完成某些功能，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。
虚拟仪器通过软件开发平台将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融为一体，把计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，通过软件实现对数据的显示、存储及分析处理,并通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据，并使用框图模块指定各种功能。
采用集成电路温度传感器和虚拟仪器方便地构建一个测温系统，且外围电路简单，易于实现，便于系统硬件维护、功能扩展和软件升级。
本设计利用LabVIEW作为语言开发平台，设计了一个温度控制系统，并利用计算机串口与下位机串行通讯，能实现温度的实时测量与控制。
1 绪论现代计算机技术和信息技术的迅猛发展，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。
人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使得测量仪器进步入了高科技的殿堂。
与传统的仪器不同，虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机和标准总线技术的模块化系统，通常它是由控制模块、仪器模块和软件组成，在虚拟仪器中软件是至关重要的，仪器的功能都要通过它来实现，因此软件是虚拟仪器的核心，“软件就是仪器”，从本质上反映了虚拟仪器的特征。
从构成方式上讲，虚拟仪器可分为四大类：GPIB体系结构、PC-DAQ体系结构、VXI体系结构和PXI体系结构。
GPIB体系结构是通过GPIB总线将具有GPIB接口的计算机和仪器集成的测试系统。
其优点是用户可以充分利用自己的计算机和仪器资源，且组建方便灵活、操作简单，曾是国际流行的自动测试系统。
目录第一章方案设计与论证 (2)第一节传感器的选择 (2)第二节方案论证 (3)第三节系统的工作原理 (3)第四节系统框图 (4)第二章硬件设计 (4)第一节 PT100传感器特性和测温原理 (5)第二节信号调理电路 (6)第三节恒流源电路的设计 (6)第四节 TL431简介 (8)第三章软件设计 (9)第一节软件的流程图 (9)第二节部分设计模块 (10)总结 (11)参考文献 (11)第一章方案设计与论证第一节传感器的选择温度传感器从使用的角度大致可分为接触式和非接触式两大类，前者是让温度传感器直接与待测物体接触，而后者是使温度传感器与待测物体离开一定的距离，检测从待测物体放射出的红外线,达到测温的目的.在接触式和非接触式两大类温度传感器中，相比运用多的是接触式传感器，非接触式传感器一般在比较特殊的场合才使用，目前得到广泛使用的接触式温度传感器主要有热电式传感器，其中将温度变化转换为电阻变化的称为热电阻传感器,将温度变化转换为热电势变化的称为热电偶传感器。
热电阻传感器可分为金属热电阻式和半导体热电阻式两大类，前者简称热电阻，后者简称热敏电阻。
常用的热电阻材料有铂、铜、镍、铁等，它具有高温度系数、高电阻率、化学、物理性能稳定、良好的线性输出特性等，常用的热电阻如PT100、PT1000等.近年来各半导体厂商陆续开发了数字式的温度传感器，如DALLAS公司DS18B20，MAXIM公司的MAX6576、MAX6577，ADI公司的AD7416等，这些芯片的显著优点是与单片机的接口简单，如DS18B20该温度传感器为单总线技术，MAXIM公司的2种温度传感器一个为频率输出,一个为周期输出，其本质均为数字输出，而ADI公司的AD7416的数字接口则为近年也比较流行的I2C总线，这些本身都带数字接口的温度传感器芯片给用户带来了极大的方便，但这类器件的最大缺点是测温的范围太窄,一般只有-55～+125℃，而且温度的测量精度都不高，好的才±0.5℃，一般有±2℃左右，因此在高精度的场合不太满足用户的需要.热电偶是目前接触式测温中应用也十分广泛的热电式传感器，它具有结构简单、制造方便、测温范围宽、热惯性小、准确度高、输出信号便于远传等优点。
基于LabVIEW的实时温度采集系统设计1. 概述实时温度采集系统是一种用于实时监测和记录环境温度变化的设备，可以广泛应用于工业自动化、实验室监测等领域。
本文将介绍一种基于LabVIEW的实时温度采集系统设计方案。
2. 硬件设计2.1 传感器选择在实时温度采集系统中，传感器的选择十分重要。
常用的温度传感器有热电偶和热敏电阻。
在本系统中，我们选择了DS18B20温度传感器，这是一种数字温度传感器，具有精确度高、精度稳定等特点，适合于实时温度采集系统的应用。
2.2 数据采集模块数据采集模块负责将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，并通过接口与上位机进行通信。
在本系统中，我们选择了Arduino Uno 作为数据采集模块，它不仅具有良好的性能和稳定性，而且可以通过串口通信与LabVIEW进行数据交互。
2.3 信号调理电路温度传感器输出的模拟信号需要经过信号调理电路进行放大和滤波处理，以提高系统的稳定性和准确性。
常用的信号调理电路包括放大电路、滤波电路等。
2.4 数据通信模块数据通信模块负责将采集到的温度数据通过网络或串口等方式实时传输给上位机。
在本系统中，我们选择了以太网模块ENC28J60与LabVIEW进行数据通信。
3. 软件设计3.1 LabVIEW界面设计LabVIEW是一种图形化编程环境，可以通过拖拽元件来组装控制面板和数据处理模块。
在本系统中，我们通过LabVIEW来实现人机交互、数据实时显示和数据存储等功能。
3.2 数据处理及算法设计在实时温度采集系统中，数据处理和算法设计是十分重要的部分。
根据采集到的温度数据，我们可以进行实时的数据处理、异常检测和报警等操作。
通过结合LabVIEW的图形化编程特点，我们可以方便地设计和调试各种数据处理算法。
4. 系统实施与测试根据以上的硬件和软件设计方案，我们可以开始进行系统的实施和测试工作。
首先，按照硬件设计要求进行电路的搭建和连接，然后进行LabVIEW程序的开发和调试。
基于labview的温度监测系统设计任务书一、项目背景随着工业和生活水平的提高，对温度监测系统的需求日益增加。
温度监测系统是通过传感器对环境或物体的温度进行实时监测、采集和处理，以达到控制、报警、记录或调节的目的。
本项目旨在设计一套基于LabVIEW的温度监测系统，能够实现高精度、高稳定性的温度监测，并具有数据可视化、报警提示、远程监测等功能。
二、项目目标1.设计一套温度监测系统，能够实现对环境或物体的温度进行实时监测、采集、处理和显示。
2.实现对温度数据的实时监测和记录，能够生成温度曲线图，并具有数据查询、导出、打印等功能。
3.实现对温度数据的报警处理，能够根据设定的温度阈值进行报警提示，并具有报警记录和处理功能。
4.设计一套用户界面友好、操作简便的温度监测系统，能够实现远程监控和操作。
三、系统总体设计1.系统硬件设计：包括传感器、数据采集模块、数据处理模块、显示模块等。
2.系统软件设计：采用LabVIEW软件进行开发，包括数据采集、数据处理、数据显示、报警处理、远程监控等功能的实现。
3.用户界面设计：设计用户界面友好、操作简便的温度监测系统，包括温度曲线图显示、数据查询、报警设置等功能。
四、具体实施方案1.系统硬件设计：选择高精度、高稳定性的温度传感器，并通过数据采集模块进行数据采集和处理；数据采集模块采用高速ADC进行温度数据转换，并通过数据处理模块进行数据存储和处理；显示模块采用高清晰度显示屏进行温度数据的显示。
2.系统软件设计：采用LabVIEW软件进行开发，包括数据采集模块、数据处理模块、数据显示模块、报警处理模块和远程监控模块等功能的实现；利用LabVIEW的图形化编程和数据可视化功能，实现对温度数据的实时监测、记录、显示和分析。
3.用户界面设计：设计用户界面友好、操作简便的温度监测系统，包括温度曲线图显示、数据查询、报警设置、远程监控等功能的实现；实现对温度数据的可视化和直观显示，使用户能够方便地进行操作和管理。
基于LabVIEW的温度采集系统设计摘要：设计了基于LabV IEW的温度采集系统。
它利用DS18B20数字温度传感器和STC公司生产的STC89C52单片机采集被测环境温度，将测得的数据经串口传给计算机。
计算机利用LabV IEW的V ISA读取串口数据并进行处理和显示，实现基于V ISA的串口温度采集。
关键词：温度传感器；单片机；LabV IEW；温度采集1引言虚拟仪器(Virtual Instrument)是基于计算机的软硬件测试平台,它可代替传统的测量仪器。
LabVIEW是由美国国家仪器公司(National Instruments Co.)推出的、主要面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台，是一种基于图形开发、调试和运行的集成化环境[1]。
利用LabVIEW设计的数据采集系统，可模拟采集各种信号，但是配备NI公司的数据采集板卡比较贵，因此，可以选择单片机小系统作为前端数据采集系统，进行采集数据，然后通过RS-232串口通讯将数据送给计算机,在LabVIEW 开发平台下，对数据进行各种处理、分析并对信号进行存储、显示和打印,从而实现了一种在LabVIEW环境下的单片机数据采集系统。
2 温度采集系统设计本系统采用STC公司生产STC89C52单片机作为温度数据采集和传输的主控芯片，温度传感器采用单总线方式的集成数字温度传感器DS18B20。
采集得到的数据利用单片机经串口通信的方式传输至计算机的串口。
计算机上位机软件采用数据处理能力超强的LabV IEW软件编写,利用其所带的V ISA驱动进行串口的数据采集和处理,实现了基于V ISA的串口温度采集。
2.1温度采集系统的硬件设计本系统以AT89C51为中央处理单元,利用DS18B20数字温度传感器对温度信号进行采集,采集到的信号被送到AT89C51中, 将采集到的温度值在LCD上显示并通过串口发送到上位机，其原理图如1所示(见附录1)。
2.1.1 中央处理单元——STC89C51本设计选用的中央处理单元是STC89C52单片机，STC89C52是一种带8K 字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Eras-able Read Only Memory）的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。
单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除。
该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容[2]。
其优点有三：(1)低功耗、低价；(2)高速、高可靠；(3)抗静电、干扰能力强；STC89C52标识分别解释如下：STC—表示芯片为STC公司生产的的产品。
8—表示该芯片为8051内核芯片。
9—标示内部含Falsh E2 PROM存储器。
C—标示该器件为COMS产品。
5—固定不变。
2—表示该芯片内部程序存储空间大小，1为4KB。
2为8KB，3为12KB。
2.1.2 DS18B20数字温度传感器DSI8B20是DALLAS公司的最新单线数字温度传感器,它体积小、经济。
是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。
一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念[3]。
它的测量温度范围为-55～+125℃。
现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。
适合于恶劣环境的现场温度测量,如环境控制、设备或过程控制、测温类消费电子产品等。
与前一代产品不同,新的产品支持3～5.5 V 的电压范围,使系统设计更灵活、方便。
而且新一代产品更便宜,体积更小。
DSI8B20可以程序设定9～12位的分辨率,精度为±0.5℃。
可以选择更小的封装方式,更宽的电压适用范围。
分辨率设定及用户设定的报警温度存储在EPROM 中,掉电后依然保存。
DS18B20的性能是新一代产品中最好的,性能价格比也非常出色,继“一线总线”的早期产品后,DSI8B20开辟了温度传感器技术的新概念。
DS18B20和DS18B22使电压特性及封装有更多的选择,让用户可以构建适合自己的经济的测温系统。
DS18B20内部结构主要由4部分组成:64位光刻R OM,温度传感器、非挥发的温度报警触发器T H和TL,配置寄存器。
本次设计智能温度报警系统的温度采集就由DSI8B20完成。
将DSI8B20的GND脚接地,VDD脚接高电平,而单总线DQ脚接单片机的外部中断1脚,具体的采集电路如图2所示。
图2 温度采集电路2.1.3 LCD1602显示模块本设计使用的1602液晶是一种点阵液晶显示器,电压驱动为5V，带背光，每行显示16个字符，一共可以显示两行。
1602是字符型液晶，即只能显示ASCII 码字符，如数字、大小写字母、各种符号等，不能显示汉字。
内置含128个字符的ASCII字符集字库，只有并行接口，无串行接口。
工作温度一般在-10到+50度,存储温度一般在-20到+70度。
2.2温度采集系统的软件设计下位机软件采用C语言编写,包括DS18B20的读写和串口通信[4]两个主要部分。
上位机软件采用当前测试测量应用最广泛的LabV IEW编写[5]。
LabV IEW (L abo ra to ry V irtua l In st rum en t Eng ineering)是一种图形化的编程语言,它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受,视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。
2.2.1下位机软件软件设计程序采用C语言进行编写，主要完成LCD1602初始化、DS18B20初始化从DS18B20读取数据、向DS18B20写数据及温度转化等子程序的编写。
此外，在进行程序的编写时，一定要严格保证DS18B20读写时序的正确性，否则无法读取测温结果。
其初始化时序和写时序的程序分别如下：（1）DS18B20初始化时序初始化时序包括一个主机发出的复位脉冲以及从机的应答脉冲，这一过程如图3所示，复位脉冲是一个480~960us的低电平，然后释放总线将总线拉至高电平，时间持续15~60us。
之后，从机开始向总线发出一个应答脉冲，该脉冲是一个60us~240us的低电平信号，表示从机已准备好。
在初始化过程中，主机接收脉冲的时间最少为480us。
void ds18B20_initial()//DS18B20初始化程序{do{DQ=1；_nop_（）；_nop_（）；DQ=0；Delay（36）；DQ=1；delay（3）；result_ds18b20=DQ；delay（18）；}while(result_ds18b20==1)；}（2）DS18B20的写时序DS18B20的写时序如图4所示，分为写0和写1时序两个过程，主机把单线总线从高电平拉到低电平时，表示一个写周期的开始。
当要写0时序时，单总线要被拉至至少60us，当要写1时序时，单总线被拉低以后，在15us之内就得释放单总线，将总线拉为高电平。
此外，两个写周期之间至少要1us的恢复时间。
图4 DS18B20的写时序void WriteOneChar(unsigned char dat)//写一个字节程序{unsigned char k,m；for(k=8；k>0；k--){DQ=0；for(m=2；m>0；m--)；DQ=dat&0x01；delay(5)；DQ=1；dat>>=1；}}下位机软件流程图如图图5：开始初始化1602液晶和传感器DS18B20设置温度上限值启动温度转换温度换算及显示图5：下位机软件流程图2.2.2 LabVIEW下的串口通讯的实现LabVIEW的函数库中提供了串口通讯函数,可用来设计单片机与PC机的串口通讯[6]。
(1)串口初始化：图6 串口初始化图6中包含以下参数：<1>flow control etc该参数包括Input XON/XOFF、Output XON/XOFF、Input HW Handshake、Input alt HW Handshake、XOFF byte、XON byte以及Parity Errorr byte主要用于设置串口通讯的握手方式和奇偶效验方式。
<2>baud size LabVIEW分配给串行通讯输入/输出缓冲器的容量,可以由用户设置。
<3>port number串行端口号,在Windows操作系统中参数port number有以下选择:0:COM1 1:COM22:COM3 3:COM4 4:LPT1<4>)baud rate波特率设置。
<5>data bits一祯信息中的数据位数,LabVIEW允许5-8位数据。
<6>stop bits一祯信息中停止位的位数。
设置为0则有1位停止位,设置为1有1位半的停止位,设置位2有2个停止位。
<7>parity奇偶效验设置.0表示无奇偶效验,1表示奇效验,2表示偶效验。
<8>error code错误码输出。
（2）串口读程序图7 串口读程序其中参数requested byte count用于设置所要读的字符数。
如果要读入当前串口中的所有字符,用参数byte count的输出作为输入。
（3）主程序设计图经过设计,波特率1200,自定义软件握手,无奇偶校验,数据位为8位,停止位设置为0,有1位停止位。
主程序的前面板如8图所示:图8 主程序的前面板而主程序的流程框图如下:图9主程序的流程框图3结论利用LabVIEW强大函数功能和RS232,结合以单片机为核心组成的小系统,可以很方便地完成数据采集及处理等功能,具有很强的工程实用性,可广泛应于测试控制领域。
参考文献：[1] 毛建东.基于LabVIEW的单片机数据采集系统的设计[J].微计算机信息 2006.08[2] 郭天祥 51单片机C语言教程.电子工业出版社。
2008[3] 彭敏基于的温度显示和报警装置的研制[J] 可编程控制器与工厂自动化 2007[4] 王水鱼,李宁,胡树燕.基于L abV IEW实现PC机与单片机的串行通信[J].中国新通信,2007(23):36240.[5] 陈锡辉,张银鸿.L abV IEW 8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.[6]基于LabVIEW的单片机温度测控系统设计肖金壮.微计算机信息.2007/29附录1：图1温度采集系统硬件原理图。
