优选VR虚拟现实本系统AVR与虚拟仪器.docx
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优选VR虚拟现实本系统AVR与虚拟仪器
优选（VR虚拟现实）本系统AVR与虚拟仪器
基于LabVIEW的串口温度监控系统设计
张兴成20051001168
摘要：
本系统利用DS18B20数字温度传感器和Atmel公司生产的AVR系列ATmega16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LabVIEW的VISA读取串口数据并进行处理和显示，实现基于VISA的串口温度采集监控。
关键词：
DS18B20温度传感器AVR单片机VISA串口
1、概述
实时数据采集是工业控制系统中必不可少的组成部分，是进行工业分析，工业处理和工业控制的依据。
近年来由于大规模集成电路、单片机、计算机等在工业控制领域中的广泛应用，数字化的数据采集成为必然。
这就对传感器的A/D性能，单片机的数据采集、处理和传输性能，计算机接口与通信技术提出了更高的要求。
本系统采用Atmel公司生产的高速8位单片机AVR系列ATmega16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讯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LabVIEW软件编写，利用其所带的VISA驱动进行串口的数据采集和处理，实现基于VISA的串口温度采集监控。
2、硬件设计
AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC（ReducedInstructionSetCPU）精简指令集高速8位单片机。
AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通讯设备、家用电器等各个领域，它与51单片机、PIC单片机相比具有一系列的优点：
1：
在相同的系统时钟下AVR运行速度最快；
2:
芯片内部的Flsah、EEPROM、SRAM容量较大；
3：
所有型号的Flash、EEPROM都可以反复烧写、全部支持在线编程烧写（ISP）；
4：
多种频率的内部RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，零外围电路也可以工作；
5：
每个IO口都可以以推换驱动的方式输出高、低电平，驱动能力强；
6：
内部资源丰富，一般都集成AD、DA模数器、PWM、SPI、USART、TWI、I2C通信口、丰富的中断源等。
目前支持AVR单片机编译器的语言主要有汇编语言、C语言、BASIC语言等。
其中C编译器主要有CodeVisionAVR、AVRGCC、IAR、ICCAVR等，C语言编译器由于它具有功能强大、运用灵活、代码小、运行速度快等先天性的优点，使得它在专业程序设计上具有不可代替的地位。
DSl8B20数字温度计提供9位（二进制）温度读数，指示器件的温度。
信息经过单线接口送入DSl8B20或从DSl8B20送出，因此从主机CPU到DSl8B20仅需一条线（和地线），DSl8B20的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源。
因为每一个DSl8B20在出厂时已经给定了唯一的序号，因此任意多个DSl8B20可以存放在同一条单线总线上，这允许在许多不同的地方放置温度敏感器件。
DSl8B20的测量范围从-55摄氏度到+125摄氏度增量值为0.5摄氏度。
可在ls（典型值）内把温度变换成数字。
系统的硬件设计主要分为四个部分：
单片机、供电电路、DS18B20、串口通讯。
图1：
单片机部分电路设计
单片机部分的电路设计如图1所示，主要包括复位电路、ISP接口、JTAG接口、晶振电路、A/D参考电压电路（此部分用于AD采集，本系统并未使用）。
复位电路使用了钳位二极管钳位，防止触点电压过高烧坏RESET引脚。
图2：
供电电路设计图3：
DS18B20电路设计
供电电路如图2所示，供电电路使用了BM1117进行稳压，防止电压过高烧坏单片机，并可以提高系统适应电压的范围，即使供电电压高于单片机正常工作电压也可以由BM1117稳压到单片机正常工作电压的范围。
DS18B20的工作电路如图3所示，采用外部供电而非总线供电的方式，只需一个电容和两个电阻。
图4：
串口通信电路
串口通信采用Max232进行电平转换，电路原理图如图4所示，实物照片如图5所示。
图5：
实物照片
3、软件设计
下位机软件采用C语言编写，包括DS18B20的读写和串口通信两个主要部分。
上位机软件采用LabVIEW编写。
相关程序段如下所示：
获取DS18B20数据：
uint8gettemp（void）//读取温度值
{
uint8temh,teml,wm0,wm1,wm2,wm3,temp;
init_1820（）;//复位18b20
write_1820（0xCC）;//跳过ROM
write_1820（0x44）;//温度变换
init_1820（）;
write_1820（0xCC）;//跳过ROM
write_1820（0xbe）;//读暂存存储器
teml=read_1820（）;//读数据
temh=read_1820（）;
wm0=teml>>4;//只要高8位的低四位和低8位的高四位，温度范围0~99
wm1=temh<<4;
wm2=wm1+wm0;//16进制转10进制
returnwm2;
}
系统下位机主函数：
voidmain（void）
{
unsignedchari=0,tmp=0;
USART_Init（9600）;//波特率9600初始化串口
while
（1）
{
tmp=gettemp（）;
USART_Transmit（tmp）;
}
}
上位机软件采用当前测试测量应用最广泛的LabVIEW编写。
LabVIEW（LaboratoryVirtualinstrumentEngineering）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。
LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。
它还内置了便于应用TCP/IP、ActiveX等软件标准的库函数。
这是一个功能强大且灵活的软件。
利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。
图形化的程序语言，又称为“Ｇ”语言。
使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。
它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。
它可以增强你构建自己的科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。
使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的３２位编译器。
像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。
上位机的软件前后面板如图6所示：
图6上位机软件前后面板视图
4、结束语
本系统利用数字化的温度传感器进行温度的采集监控，利用串口通信将采集的温度数据传给电脑，利用电脑进行数据处理和显示。
既实现了采集监控的功能，又可以进行数据的进一步处理和分析。
附录：
主要下位机程序代码
18B20.c
#include"config.h"
uint8count,wmh,wml;//count为实际温度,wmh为温度的高位,wml为温度的低位
voidinit_1820（void）
{
SET_TEM_DDR;//设置数据端口为输出
SET_TEM_SDT;
CLR_TEM_SDT;
delay_us（480）;//480us以上
SET_TEM_SDT;
CLR_TEM_DDR;
delay_us（20）;//15~60us
while（CHECK_TEM_SDT）;
SET_TEM_DDR;
SET_TEM_SDT;
delay_us（140）;//60~240us
}
voidwrite_1820（uint8data）
{
uint8i;
for（i=0;i<8;i++）
{
CLR_TEM_SDT;//从高到低，产生写间隙
if（data&（1<SET_TEM_SDT;
else
CLR_TEM_SDT;
delay_us（40）;//15~60us
SET_TEM_SDT;
}
SET_TEM_SDT;
}
uint8read_1820（void）
{
uint8temp,k,n;
temp=0;
for（n=0;n<8;n++）
{
CLR_TEM_SDT;
SET_TEM_SDT;//从高到低再到高，产生读间隙
CLR_TEM_DDR;//设为输入
k=CHECK_TEM_SDT;//读数据,从低位开始
if（k）
temp|=（1<else
temp&=~（1<delay_us（50）;//60~120us
SET_TEM_DDR;//设为输出
}
return（temp）;
}
uint8gettemp（void）//读取温度值
{
uint8temh,teml,wm0,wm1,wm2,wm3,temp;
init_1820（）;//复位18b20
write_1820（0xCC）;//跳过ROM
write_1820（0x44）;//温度变换
init_1820（）;
write_1820（0xCC）;//跳过ROM
write_1820（0xbe）;//读暂存存储器
teml=read_1820（）;//读数据
temh=read_1820（）;
wm0=teml>>4;//只要高8位的低四位和低8位的高四位，温度范围0~99
wm1=temh<<4;
wm2=wm1+wm0;//16进制转10进制
returnwm2;
}
Sio.c
#include"config.h"
voidUSART_Init（unsignedintbaud）
{
unsignedinttmp;
/*设置波特率*/
tmp=F_CPU/baud/16-1;
UBRRH=（unsignedchar）（tmp>>8）;
UBRRL=（unsignedchar）tmp;
/*接收器与发送器使能*/
UCSRB=（1</*设置帧格式:
8个数据位,2个停止位*/
UCSRC=（1<}
//数据发送【发送5到8位数据位的帧】
voidUSART_Transmit（unsignedchardata）
{
/*等待发送缓冲器为空*/
while（!
（UCSRA&（1<;
/*将数据放入缓冲器，发送数据*/
UDR=data;
}
//数据接收【以5到8个数据位的方式接收数据帧】
unsignedcharUSART_Receive（void）
{
/*等待接收数据*/
while（!
（UCSRA&（1<;
/*从缓冲器中获取并返回数据*/
returnUDR;
}
Main.c
#include"config.h"
voidmain（void）
{
unsignedchartmp=0;
USART_Init（9600）;//波特率9600初始化串口
while
（1）
{
tmp=gettemp（）;
USART_Transmit（tmp）;
}
}
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