优选(VR虚拟现实)本系统AVR与虚拟仪器

1、LOGO 企业言郦YOUR COMPANY NAME IS HERE 专业丨专注丨精心1卓越 随心编辑，值得下瞬有!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

2、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

3、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(Reduced Instruction Set CPU) 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 F

4、lash 、 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

5、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

6、 l s（ 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B

7、M1117 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：uint8 gettemp(void)/ 读取温度值uint8 temh,teml,wm0,wm1,wm2,wm3,temp;init_1

8、820(); / 复位 18b20write_1820(0xCC); / 跳过 ROMwrite_1820(0x44); / 温度变换init_1820();write_1820(0xCC);/ 跳过 ROMwrite_1820(0xbe);/ 读暂存存储器teml=read_1820(); / 读数据temh=read_1820();wm0=teml4; / 只要高 8 位的低四位和低 8 位的高四位，温度范围 099wm1=temh4;wm2=wm1+wm0; /16 进制转 10 进制return wm2;系统下位机主函数：void main(void)unsigned char i=0

9、,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( Laboratory Virtual instrument Engineering)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 、A

10、ctiveX 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3 2

11、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.huint8 count,wmh,wml; /count 为实际温度 ,wmh 为温度的高位 ,wml 为温度的低位 void init

12、_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); /1560uswhile(CHECK_TEM_SDT);SET_TEM_DDR;SET_TEM_SDT;delay_us(140); /60240usvoid write_1820(uint8 data)uint8 i;for(i=0;i8;i+)CLR_TEM_SDT; / 从高到低，产生写间隙 if(data&(1i) / 写数据，先写低位SET_TE

13、M_SDT;elseCLR_TEM_SDT;delay_us(40); /1560usSET_TEM_SDT;SET_TEM_SDT;uint8 read_1820(void)uint8 temp,k,n;temp=0;for(n=0;n8;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|=(1n);elsetemp&=(14; / 只要高 8 位的低四位和低 8 位的高四位，温度范围wm1=temh8);UBRRL = (unsigned c

14、har)tmp;/* 接收器与发送器使能 */UCSRB = (1RXEN)|(1TXEN);/* 设置帧格式 : 8 个数据位 , 2 个停止位 */UCSRC = (1URSEL)|(1USBS)|(1UCSZ0)|(1UCSZ1);/ 数据发送【发送 5 到 8 位数据位的帧】void USART_Transmit( unsigned char data )/* 等待发送缓冲器为空 */ while ( !( UCSRA & (1UDRE) )/* 将数据放入缓冲器，发送数据*/UDR = data;据帧】/ 数据接收【以 5 到 8 个数据位的方式接收数unsigned char USART_Receive( void )/* 等待接收数据