基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统上位机部分.docx
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基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统上位机部分
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3）其它
基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统
—上位机部分
摘要
基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统可分为上位机和下位机两部分。
上位机采用LabVIEW编程，PC通信自带串行口，和单片机进行远程通信；下位机选用51系列单片机，用C51语言编程，单片机外围电路将采集到的温度信息传给单片机，单片机再将其传导上位机。
本文为上位机部分，利用LabVIEW开发环境设计PC机上位机的监控界面，上位机通过串行口与下位机的单片机通信，从而实现对过程参数的测量和控制。
上位机程序主要有串口程序、温度预警系统、数据存储和数据回房部分，通过串口程序采集数据，温度预警系统对采集到的温度加以标示，数据存储部分用于存储温度数据，数据回放部分用于历史分度的查询。
该控制系统设计简单，简化了系统与硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。
关键词：
温度测试；串口通信；LabSQL；数据存储；数据回放
Multi-PointTemperatureMeasurementSystemBasedon
LabVIEWandDS1820—PartofLabVIEW
Abstract
Multi-PointTemperatureMeasurementSystemBasedonLabVIEWandDS1820canCanbedividedintoupperandlowerplaneoftwoparts.PCusingLabVIEWprogrammingconnectwithsingle-chipremotebyit`sownserialport.Thelowerplaneselectedunderthe51-bitsingle-chipmachineusingClanguageprogramming.Peripheralcircuitspresentthecommunicationtosingle-chip.andthensingle-chipbringthecommunicationtoPCpart.ThisarticleispartofPCwhichdesignscontrolinterfaceofPCwithconditionofLabVIEW.PCconnectwithsingle-chipbyrowsinordertoompletionofthepurposeofmeteragementandcontrolofprocessparameters.ProceduresforPCareserialprocess,temperaturewarning,datastorageanddataplayback.
Thecontrolsystemisdesignedtobesimple,andeasilyformodifiedorscalability.
Keywords:
temperaturetest;serialcommunication;datastorage;dataplayback.
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论1
1.1设计背景1
1.2工作原理1
第二章设计环境介绍3
2.1虚拟仪器3
2.1.1虚拟仪器的开发3
2.1.2虚拟仪器的结构、分类、特点6
2.1.3PC仪器的构建实例8
2.1.4PC仪器与传统仪器比较12
2.1.5PC仪器的发展前景14
2.2LabVIEW的开发15
2.2.1LabVIEW的作用16
2.2.2LabVIEW的优点17
2.2.3LabVIEW的起源与发展历程18
2.3Access数据库的开发19
2.4ODBC数据源20
2.5ADO与数据库的交互技术22
第三章软件程序设计23
3.1串口程序编译23
3.1.1VISA库中的串口函数23
3.1.2串口程序设计26
3.2数据库程序编译27
3.2.1LabVIEW中与数据库接口的方法28
3.2.2数据库访问的工具包LabSQL开发28
3.2.3LabSQL的配置29
3.2.4利用LabSQL开发的基本步骤30
3.2.5LabSQL功能模块30
3.2.6程序编译31
3.3温度报警系统34
3.4登陆程序35
第四章总结37
参考文献38
致谢40
第一章绪论
一.1设计背景
随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，人们已越来越多地采用单片机来对一些工业控制系统中如温度、流量和压力等参数进行检测和控制。
PC机具有强大的监控和管理功能，而单片机则具有快速及灵活的控制特点，通过PC机的RS-232串行接口与外部设备进行通信，是许多测控系统中常用的一种通信解决方案。
LabVIEW是一个划时代的图形化编程系统，应用于数据采集与控制、信号分析等方面，它为不熟悉文本语言编程的专业科技工作者在测控领域建立计算机仪器系统——虚拟仪器，提供了一个便捷、轻松的图形化设计环境。
由于其灵活、简单易用、开发效率高等特点，正逐渐成为科技工作者进行仪器应用与开发的得力工具。
数据采集是开发过程中一个重要的环节，采用以8位单片机AT89S51作为前端数据采集，通过串口进行与LabVIEW的数据通讯，就可实现低成本、灵活方便、接口简单的数据采集系统。
这对于许多信号频率不是太高的场合，此方案无疑非常便利。
本文所介绍的就是这样一种利用LabVIEW对AT89S51的数据进行分析处理，并通过串口实现二者之间的数据交换、经济实用的数据采集及分析系统。
一.2工作原理
基于LabVIEW和DS1820的多点温度测试系统可分为上位机和下位机两部分。
上位机采用LabVIEW编程，PC通信自带串行口，和单片机进行远程通信；下位机选用51系列单片机，C语言编程，单片机外围电路将采集到的温度信息传给单片机，单片机再将其传导上位机。
上位机部分是利用LabVIEW开发环境设计PC机上位机的监控界面，上位机通过串行口与下位机的单片机通信，从而实现对过程参数的测量和控制。
该控制系统设计简单，简化了系统与硬件结构，并且易于修改，具有很好的可扩展性。
为了实现PC机和单片机的串行通信，还需要设计一个电平转换电路。
系统组成框图如图1.1。
图1.1系统组成框图
笔者负责上位机的设计。
上位机主要包括串口通信程序、温度预警系统、数据存储和数据回放程序。
另外，为了增加设计的完整性，还加了一个简单的登录系统。
上位机程序组成框图入图1.2所示。
图1.2上位机程序组成框图
第二章设计环境介绍
二.1虚拟仪器
NationalInstruments（美国国家仪器有限公司）在业界率先提出“虚拟仪器”（VirtualInstrumentation）概念至今已有20年了。
在这20年里，NI逐步改变了全世界工程师和科学家们对于测量和自动化的方法。
今天，全世界的工程师和科学家们正在成千上万个应用系统中使用“虚拟仪器技术”，从而达到缩短开发时间、提高产品品质并降低生产成本的共同目的。
同时，虚拟仪器技术也正逐渐趋于成熟和完善的境界。
虚拟仪器系统的基本构架包括功能强大的软件、模块化的测量硬件及标准商业科技（如个人计算机和网际网络）。
虚拟仪器技术包含了专为控制应用设计的软件及针对不同频率与精确度范围的通用测量硬件，因此，工程师可以在测试或控制应用中自行定义测量功能。
这些软硬件工程工具能紧密地与开放式的商业计算机平台整合使用，充分利用不断进步的计算机科技以获取高效率、高性能及低成本的利益。
同时，其应用范围极其广泛，从汽车到消费电子，从石油到燃料能源，横跨数百个工业领域。
随着莫尔定律的持续发展及个人计算机技术的日新月异，虚拟仪器系统的功能也越来越强大。
个人计算机的内存、影像处理、输入输出及中央处理单元的性能每年都在提高，而这些技术都有利于“虚拟”的测量和自动化系统的发展。
从15年前个人计算机的出现至今，其性能已提高了1000倍，而其价格却不断地下降，因此，这些功能强大、性能可靠、成本低廉的计算机系统被广泛应用到实验室的产品研发及生产线上产品的制程中。
个人计算机的不断发展进步不仅使得虚拟仪器系统成为一种低成本、高弹性的解决方案，更大大提升了企业生产率，而这是传统独立的仪器设备所无法比拟的优势。
2.1.1虚拟仪器的开发
一、开发过程
托马斯·爱迪生（ThomasEdison）以其留声机和电灯的创新发明而闻名于世，当时和他一起工作并取得这些成功的人数并不多。
反观今日，Ｒ＆Ｄ（研发）团队已然成为大型企业、项目研究的主要栋梁，涉及的工程师和科学家不计其数，如此庞大的团队却没有人能够完全了解所致力于研究和开发的项目。
最近，虚拟仪器系统提高了工程师们的工作效率，为公司创造突破性革新技术的小组格局，同时大大提高了整个企业的生产率。
个人计算机的强大处理功能、模块化硬设备的多功能性以及专为工程师们设计的现成即用的软件使小组成员有机会充分发挥他们的创造力，从而为各种应用建置完善、先进的系统。
虚拟仪器技术帮助工程师们更容易了解并掌握测量系统。
例如，以往工程师们总是使用几台单独的仪器设备分别进行各种物理量的测量，然后以手动方式进行初步的运算和分析；而现在，利用分析软件与简单的测量硬设备，就可以毫不费力地建置一套成本低廉且具有各种仪器功能的系统。
功能强大、现成即用的软件使整个过程自动进行。
工程师们使用个人计算机轻易就能完成整个资料撷取、分析和显示的工作，同时却不影响到测量系统的性能或功能。
例如，NILabVIEW简易的流程图编辑程序风格使得工程师们可以快速建置符合自己特定要求的应用程序，不管他是否有过编辑程序的经验。
NILabVIEW正是一个革命性的软件工具，它为工程师们提供的帮助就好像电子制表软件简化财务会计们繁重的工作量一样。
而且，与硬设备的紧密整合使它更简单地实现测量和控制自动化，同时能充分利用个人计算机的分析、显示和网络连接功能。
随着测量和控制应用领域对系统性能和灵活性要求的不断提高，软件的设计功能也日渐重要。
购置工程应用开发平台并拥有其最佳性能，可以使企业大大缩短开发时间并提高每个工程师的工作效率。
配备了这样强有力的工具，企业才能在剧烈的竞争中赢得最终胜利。
这一方法使得工程师们可以专注于应用系统的开发而非花大量的时间去迎合操作系统的升级或网络的转移等变化，从而实现工程资源的有效利用。
二、确保投资
测量系统历来被称为“自动化的荒岛”，因为您必须为每个单一的应用专门设计一套独立的系统。
有了虚拟仪器系统，模块化的硬件组成及开放式的工程应用软件可以帮助您简单地使一套系统同时符合各种测量应用的要求。
软件标准如OPC（OLEforProcessControl），IVI（InterchangeableVirtual）保证了软硬件紧密的整合及硬设备的可互换性。
工程师们不用再花上几个星期实现资料撷取软件与测量硬设备之间的通信。
OPC为应用软件与各种硬件之间的通信问题设定了标准，使来自不同供货商的应用软件都符合这一标准。
正如OPC提高了设备互用性，IVI也为互换使用不同生产商提供的硬件定义了一套方法——使用同一软件。
在实验室自动化中，当整个系统的寿命比一台仪器长得多时；在生产测试中，当您需要为新的生产线更改测量设备以符合应用要求时，这一特性尤为重要。
为了满足人们的测试系统不断变化的需要，开放式的平台如PXI（PCIextensionsforInstrumentation）可以简单地将来自不同生产厂商的测量设备整合到一个共同的系统中，并在新的技术出现或者应用系统需要发生改变时可以方便地将其进行修改或扩展。
使用PXI系统，人们可以将一些常用的测量应用如机器视觉、运动控制和资料撷取快速整合，且不需花费过多宝贵的开发时间即可建置多功能的应用系统。
开放式的PXI平台将工业标准科技如Compact／PCI、Windows操作系统与嵌入式的触发结合在一起，提供一个比个人计算机更耐用、更具有确定性的系统。
同时，因为它是建立在熟悉的PC软硬件基础上，且可以与各种现成即用的开发软件整合使用，因而简化并加速复杂应用系统的开发过程。
三、超越了PC的功能
虚拟仪器技术融合了PC技术及商业科技如网际网络，促进测量和自动化技术的发展。
现在，虚拟仪器技术正在利用PC范畴以外的最新的技术革新。
例如，实时控制与嵌入式控制器也早已属于特殊程序开发的范围。
现在，工业标准科技的发展，利用更可靠的操作系统、功能更强大的处理器将更高一级的控制和确定性引入到虚拟仪器系统中。
这意味着更多的测试和控制工程师们将有新的机会开发更加完善的实时的嵌入式系统。
如NILabVIEWRT（实时控制）的软件即可以进行PC上的开发，又可以实现实时控制的嵌入式应用系统的开发。
工程师们无需苦于学习即可将自己的知识面扩展到新的应用领域，因为开发软件本身已包容了新兴的计算机技术。
网际网络的潮流将资料共享带入了一个新的阶段，加速了虚拟仪器的网络技术及远程监控技术的发展，而这些技术是传统独立仪器不可能实现的。
虚拟仪器技术可利用网际网络的功能，将来自测量或控制设备中的资料直接传送到Web网页上，或是用掌上型的数字工具读取资料，甚至还可以将数据传输到手机上。
使用虚拟仪器技术，人们可以使用网际网络的强大功能远距离控制仪器设备，或是与远在其它办公地点甚至其它国家的同事合作处理一个项目。
四、21世纪的虚拟仪器技术
未来的这种连通水平将会更高，届时将赋予模块化新的定义。
随着网际网络和无线技术的不断发展，工程师们不仅能够重新使用模块化的组成部分，还可以更方便地在全球范围内共享知识和经验——巩固开发过程每个阶段工程师们的努力成果。
商业科技的发展浪潮将会继续，同时也将虚拟仪器技术推向新的领域。
因此，性能的提高将节省宝贵的开发及系统整合时间，同时又比传统仪器测量方案成倍降低成本。
没有人能够准确地预测未来的虚拟仪器将会发展到怎样的程度，但可以肯定的是——PC与其相关的科技将会是虚拟仪器技术的核心。
2.1.2虚拟仪器的结构、分类、特点
一、虚拟仪器的组成
虚拟仪器系统主要由计算机、硬件卡、软件及附件组成，可以根据用户的要求，灵活地构建自己的测试仪器（系统）。
虚拟仪器的核心是软件，它主要由硬件驱动软件（由硬件生产厂家提供）、系统操作平台（如Windows）、应用编程软件（如LabVIEW）等组成，可以完成所有的测试要求。
在系统开发平台方面，美国NI公司的LabVIEW、LabWindows/CVI和AGILENT公司的HP-VEE以及HEMData公司的Snap-Master等都是很好的工具。
其中LabVIEW的功能最强，应用最广泛。
二、虚拟仪器的分类
根据计算机的发展和采用的总线不同，虚拟仪器可以分为以下3类。
（1）VXI仪器：
VXI仪器是基于VXI总线组建的仪器。
VXI是VMEbusextensionsforinstrumentation的缩写。
它是继GPIB之后为适应测量仪器从分立的台式和机架式结构发展为更紧凑的模块式结构的需要而提出的一种新的总线标准（1987年）。
该类仪器是在PC机等新技术成果的基础上融汇了VME总线和GPIB而产生的。
它具有开放
的标准、严格的RFI/EMI屏蔽、定时和同步精确、模块可重复利用等优点，有众多厂家的产品支持，适用于大型的测试系统，但价格昂贵。
（2）PXI仪器：
PXI仪器是基于PXI总线组建的仪器，类似于目前常用的VXI总线仪器，但是比VXI便宜很多。
PXI是PCIextensionsforinstrumentation的缩写。
它是在PCI总线的基础上增加了一些仪器特性（如同步触发，内部总线，10M参考时钟等）。
PXI扩展性很好，最多可以扩展到255个机箱和上千个模块，而且结构可靠，在抗振动、冲击、电磁兼容、便携性等方面性能都不错。
目前，PXI正逐渐形成中高档性能虚拟仪器的主流。
（3）PC仪器（也称PCI仪器）：
一般的PC机有PCI和ISA总线插槽，但现在ISA总线插槽逐渐减少，PCI总线的插槽居多，所以以下介绍的PC仪器都是基于PCI总线组建的仪器，它利用PC机内的PCI总线扩展槽，插入相应的功能卡来完成测试功能。
PCI是PeripheralComponentInterconnectSpecialInterestGroup（外围部件联合专门权益组织）的缩写。
PCI总线是Intel公司于1991年提出的，1992年由上述组织正式公布。
该类仪器的主要特点是经济，但要考虑总线的限制、电源的功率及噪声水平。
三、虚拟仪器的优点
虚拟仪器具有以下优点：
（1）成本低廉：
约为同类台式仪器的1/10～1/2。
（2）功能强大：
虚拟仪器是开放的仪器系统，可以满足用户对功能设置的灵活多样要求。
通过增减不同功能的模块，可随意修改、增减仪器的功能，这是现行传统仪器无法比拟的。
由于虚拟仪器与电脑紧密结合在一起，可以方便地利用电脑的一切硬件和软件资源，实现虚拟仪器软件与其它软件的配合，完成很多复杂系统之间的协调工作、数据共享、报表制图、远程访问监控等传统仪器不可能做到的功能。
（3）集成度高：
虚拟仪器可以做到将一个系统所需的很多仪器模块安装在一台电脑上，而不是像传统仪器那样需要将很多不同的台式仪器叠在一起，体积庞大，携带困难。
（4）质量可靠：
虚拟仪器的硬件平台是PC机（或工控机）。
PC机在稳定、可靠、精确、标准化等方面已达到相当高度，质量可靠。
因此虚拟仪器的整体系统质量主要取决于软件的稳定度和模块卡的质量，相对而言，控制这两个对象的质量将比控制一台仪器整机的质量容易得多。
（5）维护、维修方便：
虚拟仪器模块如果出了故障，可以马上很方便地卸下出故障的模块，再换上一块新的模块，就可以实现系统的正常运行，这样既不影响其它模块的功能；又大大缩短了系统出故障时的反应时间，提高了系统可靠性。
2.1.3PC仪器的构建实例
一、PC仪器的特点
这种方式主要是充分利用PC计算机的总线、机箱、电源及软件的条件，在PC机的PCI总线插槽或ISA总线插槽插入数据采集卡或仪器卡，并由驱动程序和应用软件（如美国NI公司的LabView）对卡进行控制，完成对信号的采集（输出）、处理、分析、存储等。
这种插卡式仪器价格便宜，又由于目前计算机非常普及，因而用途广泛、组建系统方便，特别适用于频率不是太高的各种测试场合。
二、PC仪器卡及软件的种类和供应厂商
PC仪器主要包括硬件和软件，支持这些仪器产品的厂商多达几百家，大多以国外厂商尤以欧美仪器厂商为主。
目前，我国的企业也意识到虚拟仪器的巨大商机，已积极投入到虚拟仪器的研发和生产中，迄今也占有一定的市场。
下面列出几家具有代表性的厂商。
（1）美国NI公司：
该公司是虚拟仪器的倡导者，其产品丰富，精度高，主要有：
任意波形发生器；数字多用表；示波器以及各种数据采集卡（包括：
多功能I/O卡、信号调理卡、模拟输入卡、数字输入卡等）；软件平台LabVIEW（全球最受欢迎的测试软件）和Labwindows/CVI等，它们可以组成任意的测试系统。
（2）美国AGILENT仪器公司：
该公司是世界上最大的电子测量仪器公司,它不但有各种类型的台式仪器，而且也是虚拟仪器的较大供应商。
它的产品以VXI产品为主，产品种类齐全，也有自己的软件平台HP-VEE。
（3）台湾厂商：
包括研华、凌华、研祥等公司，主要提供以工控机为主的低端数据采集卡，不提供软件平台，但这些硬件产品能与美国NI公司的LabVIEW或VB、VC等应用软件结合使用。
（4）英国RACAL仪器公司：
它是欧洲较为著名的VXI、PXI虚拟仪器的产品供应商，其产品大都应用于航天、军工、电子、通信等多个领域。
产品种类主要有高低频开关卡、微波/射频多路器和矩阵卡、任意波和信号源等。
（5）美国的PC仪器公司：
它生产各种仪器卡，价格与NI公司产品接近。
三、PC仪器构建实例
考虑到虚拟仪器的广泛性，以及虚拟仪器的多种组建方式，下面仅以一套数据采集卡和一套数
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