基于LABVIEW的温湿度检测器上位机设计

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。

LabVIEW湿度检测系统沈阳工学院毕业设计题目：基于单片机和LabVIEW的湿度探测系统设计与实现院系：信息与控制学院专业：测控技术与仪器班级学号：10305219学生姓名：王宏指导教师：耿欣成绩：年月日目录1方案设计 (1)1.1 设计任务的要求 (1)1.2 系统方案设计 (1)1.3 编程语言与调试环境选择 (2)2 系统的硬件设计 (4)2.1 单片机最小系统电路设计 (4)2.2 湿度采集电路的设计 (5)2.2.1 湿度传感器的选择 (5)2.2.2 DHT11电路的设计 (6)2.3 串口通信部分电路设计 (7)2.3.1 串口芯片的选择 (7)2.3.2 MAX3232电路的设计 (8)2.4 电源部分电路的设计 (10)3系统的软件设计 (11)3.1软件系统总体工作流程 (11)3.2 湿度采集程序的设计 (11)3.3 串口通信部分程序 (14)3.4 LabVIEW程序设计 (15)3.4.1 实时湿度曲线模块 (15)3.4.2 参数设置模块 (16)3.4.3 LabVIEW程序框图设计 (16)参考文献 (19)附录A硬件原理图 (20)附录B程序代码 (21)附录C实物图 (27)1方案设计1.1设计任务的要求本设计主要设计一个以湿度传感器，单片机和虚拟仪器为核心设计的一个小型湿度检测系统，该系统的功能如下：现场湿度实时检测并传输，上位机湿度显示，包括实时湿度曲线，具体设计包括，硬件和软件两个部分，硬件设计包括测量电路的设计，单片机与上位机虚拟仪器接口电路的设计；软件设计包括下位机C语言程序设计和上位机LabVIEW程序设计，下位机完成数据测试，上位机完成数据的显示和分析。

1.2系统方案设计本设计的上位机实现部分采用了LabVIEW，LabVIEW是一种开放性的通用程序开发系统，具有强大的数据采集、数据处理、数据分析和仪器控制功能。

本设计要实现的功能是构建一个小型的湿度检测系统，既然是湿度检测那自然就有数据采集部分，而在LabVIEW中数据采集的硬件部分的核心是( Data Acquisition-DAQ)卡，它和LabVIEW有很好的接口程序，用LabVIEW实现数据采集，就是在LabVIEW中控制各种DAQ卡(或设备)完成特定的功能，不过本设计中采用的湿度传感器本身就是数字信号而且传输的数据也较为简单，所以本设计中下位机和上位机的数据传输是利用单片机对数字信号进行换算处理以后再通过串口传送至PC端的LabVIEW进行实时显示的。

摘要随着科技的飞速发展，各行各业对温湿度测试与控制的要求也越来越高。

传统的温湿度监测模式是以人为基础，依靠人工轮流值班，人工巡回查看等方式来测量和记录环境信息。

在这种模式下，不仅效率低下，而且还会造成人力资源的浪费。

课题针对这一问题，利用虚拟仪器技术实现了一种新型智能化的温湿度监测报警系统。

系统硬件电路的设计采用数字温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101进行环境温湿度数据的采集；数据传输采用串行方式，使用AT89S51单片机完成环境数据向PC上位机的传送，然后，在LabVIEW开发环境下，用LabVIEW 这一图形化设计语言来完成数据滤波、数据融合等数据优化处理，并实现数据记录、数据回读及越限报警等功能。

从而实现了基于虚拟仪器技术的环境度监测报警系统的设计。

测试表明，设计开发的馆藏室温湿度监测系统，可实现精确地温湿度监测与报警，且智能化的系统设计达到了节省人力和提高效率的目的。

关键词：虚拟仪器馆藏室温湿度LabVIEW 监测系统目录摘要 (i)目录 (i)第一章绪论 (1)1.1 馆藏室温湿度监测系统概述 (1)1.2 温湿度监测系统的研究现状 (1)1.3 虚拟仪器技术 (2)1.3.1 虚拟仪器技术的兴起与发展 (2)1.3.2 虚拟仪器技术简介 (3)1.3.3 虚拟仪器技术的特点 (4)1.4 研究内容与结构 (5)1.4.1 研究内容 (5)1.4.2 整体结构 (5)第二章馆藏室温湿度监测系统的总体设计 (6)2.1 馆藏室温湿度监测系统工作原理 (6)2.2 馆藏室温湿度监测系统组成结构 (7)2.3 馆藏室温湿度监测系统系统参数 (8)2.4 馆藏室温湿度监测系统功能特点 (9)第三章系统硬件的设计 (11)3.1 馆藏室温湿度要求 (11)3.2 硬件电路设计 (11)3.3 温度监测电路的设计 (11)3.3.1 DS18B20数字式温度传感器简介 (12)3.3.2 DS18B20测量温度 (14)3.4 湿度监测电路的设计 (15)3.4.1 HS1101湿度传感器简介 (15)3.4.2 HS1101测量湿度 (16)3.5 数据采集电路的设计 (17)3.5.1 数据传输 (18)3.6 系统抗干扰设计 (18)3.6.1 传输线的屏蔽技术 (18)3.6.2 控制信号负逻辑传输 (18)第四章系统软件的设计 (19)4.1 LabVIEW简介 (19)4.2 系统用户登陆界面 (20)4.3 系统自检 (21)4.4 温度监测软件的实现 (22)4.4.1 温度数据的处理 (22)4.4.2 温度数据的显示与报警 (24)4.5 湿度监测软件的实现 (25)4.5.1 湿度数据的处理 (25)4.5.2 湿度数据的显示与报警 (25)4.6 数据记录与历史数据回读 (25)4.6.1 数据记录 (26)4.6.2 历史数据回读 (26)第五章总结与展望 (27)参考文献 (29)第一章绪论1.1 馆藏室温湿度监测系统概述我们国家拥有大量的图书馆和博物馆，珍藏着大量价值不菲的书籍、文物和文献资料。

第五章基于LabVIEW的多路温湿度测量系统设计5.1 系统整体设计及其工作原理该系统主要是由温度和湿度传感器、数据采集卡、LabVIEW、计算机组成，如图5-1所示。

温度和湿度传感器和数据采集卡是用作被测对象的温湿度的采集。

LabVIEW是系统的主要部分，它用来控制整个系统的动态流程。

图5-1 系统工作流程系统工作原理为温湿度传感器产生电压信号，通过数据采集卡将采集到的电压信号转换成温度和湿度值，并显示在计算机的屏幕上[13]。

5.2 基于LabVIEW温度测量系统设计5.2.1温度采集电压与温度转换程序通过USB-9215数据采集卡把从温度传感器输出的电压输入到计算机中，然后将该电压除以与AD590串联电阻的阻值得到其输出的电流，由于各个通道实际接入电路的电阻阻值可能会不一样，所以每个通道的电阻阻值都需要通过实际测量后再输入。

再依据AD590温度传感器测量温度的特点，通过LabVIEW 软件将采集到的电压值转换成温度值。

由于多通道的重复编程，利用LabVIEW 软件生成一个子VI，在整个过程的程序中可供调用，具体框图如图5-1所示：5.2.2湿度采集电压与湿度转换程序通过USB-9215数据采集卡将湿度测量电路中的电压输入到计算机中，根据HM1500测量的湿度特性，通过LabVIEW软件将电压值转换成为湿度值。

又由于多通道的重复编程，利用LabVIEW软件生成一个字VI，在整个过程的程序中可供调用，具体框图如下图5-2所示：图5-1 电压转换成温度子VI程序框图图5-2 电压转换成湿度子VI程序框图5.2.3 单路温度、湿度测量与报警程序单路温度、湿度测量与报警程序的执行过程是：第一，利用数据采集助手DAQ采集温度和湿度的电压信号，采集率和采集点数都为10K；第二，将采集的2路信号进行分离；第三，计算5秒钟内采集电压的平均值；第四，调用电压转换成温度子VI子程序和电压转换成湿度子VI子程序，将采集的电压值转换成温湿度值，并将温湿度值显示在前面板上。

摘要：利用单片机和虚拟仪器LabVIEW在PC端设计了温湿度测量及控制系统，用于温湿度数据监测。

该系统上位机为PC端监控界面，下位机为单片机，单片机采集温湿度数据，并将采集到的数据通过串口发送给监控界面进行监测和管理。

该监测系统具有开发成本低、功耗低、性能稳、电路简单等优点。

关键词：温湿度采集；DHT11；LabVIEW；单片机0引言随着技术的发展，温湿度测量应用到了工作和生活的方方面面，温湿度监测系统的应用也愈加广泛。

目前，基于虚拟仪器的监控与数据采集系统的设计主要依赖于价格昂贵的数据采集卡，系统开发和应用成本高。

LabVIEW是美国国家仪器（NI）公司研制开发的一款图形化编程开发环境，本文基于单片机和LabVIEW 平台实现了温湿度实时监测系统的设计。

单片机和温湿度传感器构成下位机系统，以串口通信方式将采集的数据发送至上位机PC端LabVIEW平台，实现温湿度数据实时采集、温湿度趋势图绘制、门限报警、历史数据存储，并对数据进行精细化管理。

该监测系统快速有效，开发成本低，非常适合日常使用。

1统设计思路该系统下位机控制核心为STC89C52，温湿度传感器DHT11采集温湿度信号，液晶显示屏LCD1602显示系统信息。

系统设置报警电路，用户可自行设定报警阈值，当温度或湿度超过设定值时则启动报警。

上位机采用LabVIEW编写程序，单片机与其通过串口进行通信，实现系统温湿度数据的实时测量、监控、存储及统计分析。

LabVIEW图形化编程人机交互界面友好，开发成本低，简单易行，功能可靠。

系统结构如图1所示。

2硬件电路设计2.1 下位机硬件电路设计下位机单片机控制系统硬件电路包括：温湿度传感器DHT11电路、LCD1602显示电路、声光报警电路和键盘电路，本文在此只阐述温湿度传感器DHT11的电路设计。

DHT11只需要占用单片机一个I/O口即可完成连接。

如图2所示，DHT11的供电电压为3.5～5.5 V，其1脚接VCC，2脚接单片机的I/O口，3脚悬空，4脚接GND。

基于LABVIEW的温湿度检测器上位机设计基于LABVIEW的温湿度检测器上位机设计摘要随着科学技术的不断发展，测控技术同时也更加的自动化、智能化、数字化和网络化。

计算机和生产工具的密切结合是目前科技发展的一个重要的方向。

美国NI公司研制并开发的labview虚拟仪器拥有强大的处理数据的能力，拥有良好的人机设计界面，而且能够充分发挥计算机的功能，创造出拥有强大功能的仪器，从而实现普通仪器不能实现的功能。

随着气象事业的不断发展，气象要素的数据测量也进入自动化。

因为温度和湿度是两个非常重要环境参数，直接影响到生产生活的正常进行，所以有必要对其进行实时的检测。

本设计利用虚拟仪器技术所拥有的易开发、灵活性强和使用方便等一系列的优点，将其和传统测量系统巧妙的结合起来，基于labview 软件可以设计出用来采集多路温度和湿度信号的温湿度检测系统，拥有温湿度数据显示、波形显示、温湿度超限报警等功能，而且操作简单。

本系统运用温湿度传感器，把所采集到的温度和湿度，在计算机软件的运行下，完成自动采集、自动处理、自动保存等功能。

关键词：labview，温湿度，检测Design of temperature and humidity detectorhost computer based on LABVIEWABSTRACTWith the continuous progress of science and technology, measurement and control technology to a more automated, intelligent, digital and network. The close combination of the computer and the tools of production is an important direction of the development. American NI company developed developed by LabVIEW virtual instrument has the powerful data processing ability, has the good man-machine interface design, can give full play to the computer function, can create powerful instruments to achieve a common instrument can realize the function.Advantages, with the gradual development of the meteorological service, meteorological factors measured data also into automation. Temperature and humidity are two important parameters, directly affects the normal production and life for. Therefore, it is necessary to carry the every detection, the design with virtual instrument technology is easy to develop, flexibility and convenient use etc., combined with the traditional measurement system, based on LabVIEW software design a multi-channel temperature acquisition and multiple humidity signal of temperature and humidity detection system, with a temperature and humidity data display, waveform display, temperature and humidity overrun alarm functions and simple operation.第一章绪论1.1设计的背景及目的伴随着科学技术的不断进步，计算机技术的飞快发展，传统的测量仪器己经不能满足现代监测系统的要求，美国国家仪器公司（简称NI）率先提出了虚拟仪器的概念，它彻底打破了传统仪器由生产厂家定义生产的规则，用户无法改变的模式，从而在测控仪器领域发生了一场巨大的革新。

基于LabVIEW和Access的温湿度监测系统上位机程序设计班级：学号：姓名：1 设计要求（1）设计题目：基于LabVIEW和Access的温湿度监测系统上位机程序设计（2）设计说明和要求：①以串口调试助手（软件：串口调试助手V2.2.exe）模拟下位机.模拟的下位机每隔5s从串口发送数据包.数据包格式为“DD.DTDDH”。

其中.第1-4位“DD.D”表示温度.第5位“T”为温度标识符；第6-7位“DD”表示相对湿度.第8位“H”为湿度标识符。

例如.“32.5T62H”表示测量的温度为32.5度.湿度为62%。

②使用虚拟串口软件（软件：vspdxp虚拟串口破解版.exe）模拟串口线连接串口调试助手和上位机程序。

③上位机程序设计语言要求使用LabVIEW；数据库系统要求使用Access。

④上位机程序应包含如下功能：1）登录功能（在Access数据库里建立用户表.用户使用系统时.需要通过登录界面输入用户名和密码信息.并连接Access数据库读取用户表的信息进行比对.只有用户名和密码都正确的用户才能登录并使用系统）；2）数据采集功能.能通过串口采集下位机发送的测量数据.在前面板分别使用数值指示型控件和Waveform Chart控件显示实时温湿度和温湿度变化趋势图。

3）数据存储功能.在Access数据库中创建表格存储测量数据.该表格至少包含序号、温度、湿度和测量时间4列.当上位机程序采集到温湿度数据时.将温湿度数据和当前的时间作为测量时间一起写入数据库存储。

4）历史数据显示功能。

（有待研究）2 程序总体功能1.程序总体前面板.如下图所示图 12.主界面的程序框图如下图 2在前面板插入图片使程序实现更加和谐.利用VISA resource name和波特率进行串口选择.采用两个Waveform Charts和两个数值指示型控件对采集到的数据信息实行实时的动态显示。

程序中可以实现停止采集.历史数据查询和修改用户信息等功能。