基于LabVIEW的单片机数据采集系统设计与实现.docx

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基于LabVIEW的单片机数据采集系统设计与实现

基于LabVIEＷ－的单片机数据采集系统设计与实现

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基于LaｂVIEW的单片机数据采集系统设计与实现

摘要:

本文设计了一种基于ＬaｂＶＩEＷ与STＣ8９C5４RＤ+单片机的数据采集系统。

单片机采集到的数据通过PL23０3HＸ芯片的RＳ２３２转UＳＢ接口的双向功能，实现了只用一条USB线就可以把采集上的数据传输到LabＶIEW中进行显示和存储。

从下位机和上位机两个部分阐述了系统的设计。

1．引言

LabVIEW是美国国家仪器公司（NationalInｓtru-ment）开发的一种虚拟仪器平台,它功能强大，提供了丰富的数据采集、分析和存储库函数以及包括DAＱ，ＧPIB,PＸI，ＶXＩ，RＳ232/4８5在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数。

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，在实际开发中可选用单片机小系统对数据进行采集。

本系统的数据采集模块由DＳ18B2０温度传感器和ＳＴＣ89Ｃ５2RＤ+单片机以及MAX232、PL２303HX组成。

由单片机组成的小系统对温度信号进行采集和转换,然后通过MAX23２将单片机的TＴL电平转换成ＲＳ　232电平,再经过PL２３03HX芯片将RS２３２转换成ＵSB接口信号,实现将数据传送给上位机，在ＬabVＩEW开发平台下,对数据进行各种处理、分析，并对信号进行存储和显示，从而实现了一种在ＬaｂＶIＥW环境下的单片机温度测试系统。

2.单片机系统的设计

根据实际情况,本次设计选用STC89C54RD＋单片机。

下位机整体模块如下图１所示。

2.1.温度传感器模块

ﻩ本次设计采用的是美国DＡLLAS的ＤＳ１8B20半导体温度传感器,它支持“一线总线”接口,具有微型化、低功耗、高性能、抗干扰能力强、易配微处理器等优点，可直接将温度转化成串行数字信号供处理器处理。

单片机开发板上的DＳ１8B20电路接法如图２.1所示。

2．2.单片机处理模块

ＳTC８9C５４RD+是一种低功耗、高性能CMOＳ８位微控制器，具有　1６K在系统可编程Flash　存储器。

在单芯片上,拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C54ＲD+为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。

本次设计单片机的处理程序流程图如图2.２所示。

２.3.电平转换模块

5１单片机有一个全双工的串行通讯口,所以单片机和PC机之间可以方便地进行串口通讯。

进行串行通讯时要满足一定的条件，因为PC机的串口是ＲS2３2电平,而单片机的串口是TTL电平,所以两者之间必须有一个电平转换电路。

本次设计采用专用芯片MAX2３２进行转换。

电路图如图2.３所示。

图2.3MAX232电路接法

采用三线制连接串口,也就是说和PC机的９针串口中只连接其中的3根线：

第5脚的ＧNＤ、第２脚的RXＤ、第3脚的TＸD。

这是最简单的连接方法,MAX2３2的第10脚和单片机的１1脚连接,第9脚和单片机的1０脚连接，第15脚和单片机的２０脚连接。

2.4.串口转UＳB接口模块

本次设计上位机是在笔记本电脑上运行的,由于笔记本没有串口，故需要将串口信号转换成ＵSB接口。

选用专用芯片PL2303HX。

它是Pｒolｉfic公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器，可提供一个RS2３2全双工异步串行通信装置与UＳB　功能接口便利联接的解决方案。

该器件内置UＳＢ功能控制器、USＢ收发器、振荡器和带有全部调制解调器控制信号的ＵARＴ,只需外接几只电容就可实现USＢ　信号与RS2３2信号的转换，能够方便嵌入到各种设备；该器件作为ＵSＢ/RS2３2双向转换器，一方面从主机接收ＵSB　数据并将其转换为RS232信息流格式发送给外设；另一方面从RS２3２外设接收数据转换为USB数据格式传送回主机。

PL2303HX电路接法如图2．4所示。

　　　　　　　图2．4PＬ2３０3HX电路图

3．上位机系统设计

3.1.PL2303HＸ驱动程序

单片机在与PC机通信之前，需要安装ＵSB转串口的PL23０３HX驱动程序。

安装完成之后，它会自动在计算机设备管理器的端口栏虚拟出一个串口，通过选择这个虚拟串口,就可与下位机实现通信。

3.２.ＬabVIEW程序设计

VISＡ（ＶiｒtuaｌInstrｕｍｅnｔSｏftwａｒe　Aｒchitｅcｔｕre）是美国国家仪器公司开发的一种用来与各种仪器总线进行通信的高级应用编程接口。

本设计采用ＬａｂｖiＥW的VIＳA的串口通讯子VI来开发串行通信软件。

其中包括ＶＩＳA（ConｆiｇuｒｅSeriaｌPoｒt．Vi：

将指定的串口按特定设置初始化。

VISＡWｒite.Ｖi:

将写入缓冲区的数据写入指定的设备或接口中。

ＶIＳA　Rｅad.ｖi：

从指定的设备或接口中读取指定数量的字节，并将数据返回至读取缓冲区。

VIＳＡClose.Vｉ：

将打开的串口关闭。

3．２．1．数据实时显示模块

ﻩ采集数据实时显示模块通过LabVIEW中的VＩSA函数将串口数据采集进来,并实时显示。

程序前面板和程序框图如图3．1和3.2所示。

　　　　　　　图3.１数据实时显示前面板

图3.２实时显示模块程序框图

３.２.２.数据采集与处理模块

此模块使用LabVIEＷ中的VISA函数和数据库连接工具包，将串口采集的数据存入数据库。

程序前面板和程序框图如图3.３和3.4所示。

图3.3数据采集与处理模块前面板

图3．４数据采集与处理模块程序框图

3.2.3.历史数据查询模块

此模块主要是利用LabVIＥＷ中的数据库连接工具包,将存入数据库的数据按照一定的条件查询并显示出来。

前面板和程序框图如图3.5、3.6所示。

　　　　图3.５　历史数据查询前面板

图3.5　历史数据查询程序框图

4．　结束语

本文将SＴＣ单片机作为数据采集的前端,经过MAＸ2３2芯片和ＰL２303HX芯片的转换,利用UＳB接口与LabＶIEＷ完成通讯。

同时利用ＬabVＩEW强大的数据库连接工具包对数据进行统一存储及处理，并对采集的数据进行了实时显示。

试验调试成功，并采集了实时的数据,存入数据库,以备进行后续数据处理。