基于Labwindow/CVI的水温测试系统研究与实现:RC一阶测试系统特性的研究
摘 要 文章以LabWindows/CVI虚拟仪器为软件开发平台，以PC和STC12C5410AD单片机为主要硬件平台，构建了水温采集的虚拟仪器系统，介绍了系统的硬件设计和Labwindows/CVI功能的实现，包括温度转换电路设计、串口通信、单片机数据采集和传输的实现。
关键词 LabWindows/CVI 虚拟仪器 串口通信
中图分类号：O55文献标识码：A
Labwindows是常用的编写控制系统的软件，基于它的采集系统可以通过串行通信实现远距离的温度采集，而且这样的系统兼容性和扩展性好，可以被集成在一个更大的系统里面实现复杂的工业控制，具有良好的应用前景。
1 系统总体功能设计
本系统的所有功能都是由上位机控制完成，根据系统设计要求可以抽象出具体的功能：
（1）能够选择串口端口并在点击检测之后能够判断此端口是否连接正常以及是否能够正常的收发数据。（2）能够控制下位机的数据采集并能随时暂停采集；能够根据采集上来的温度值绘制出温度波动曲线。（3）能够任意设置温度超限值并以此判断采集的温度是否超界。（4）能保存当前的波形图并能够恢复。
系统功能设计主要分为温度转换电路、单片机采集处理模块、数据传输模块、上位机测控模块。
温度转换电路将温度信号转换为电信号，其最关键的就是温度传感器电路；单片机采集处理模块对此模拟电信号进行A/D转换并进行计算处理从而获得上位机所需数据；数据传输模块是单片机与PC机的接口电路，单片机输出的数据与上位机的控制信号都通过此模块进行传输；上位机测控模块对传上来的数据进行处理得到此时的温度值，对单片的采集控制也是通过此模块进行的。
在这些模块中最关键的是设计温度转换电路，它对整个系统的精度和误差以及数据处理方式都会产生影响。将温度信号转化为电信号信号依赖于温度传感器，常用的温度传感器可以选用PT100。PT系列电阻是铂热电阻，其R/T转换关系在-200~650℃温度范围内线性度已经非常接近直线，所以用它来作为温度传感器能做到精度高、稳定性好、性能可靠。
2 硬件设计
硬件设计部分主要分为三个部分，即温度转换电路设计、单片机数据采集处理模块和数据传输处理模块。
2.1 温度转换电路设计
准备有效地计算某时刻水温，关键技术是准确地测量此时刻PT100的电阻值，即怎样将PT100的电阻值转为电压值供STC12C5410AD采样并由此计算出电阻值。常用的有两种方案：一种是设计一个恒流源法，另一种是采用惠斯顿电桥法。
2.2 单片机数据采集处理模块
电信号转化为数字信号，如选用内部集成了A/D转换的STC12C5410AD单片机，有如下优点：（1）减少了单片机与模数转换芯片连接的外围电路；（2）省去了模数转换芯片需要精确电压的供电要求；（3）单片机的编程时减少了对外围电路的复杂控制；（4）减少了调试时间和误差。采用单片机数据采集中，主要方法是：通过多次采样得到一个A/D 转换的数据序列，然后对这个数据序列进行中值滤波、算术平均滤波、去极值平均滤波、加权平均滤波等方法进行数据处理。
2.3 数据传输模块
数据的传输是指单片机STC12C5410AD与PC机之间的通信，系统中传输的数据主要是单片机处理获得的数据、对STC12C5410AD进行ISP（在系统可编程）时产生的数据以及上位机产生的控制信号。在数据采集过程中，通信传输的数据量较少，对实时性要求不高，应采用常规的RS232串口。
3 LabWindows虚拟仪器平台软件设计
表1
Labwindows/CVI有许多标准函数库，其中的RS232函数库提供了各种方式的串口通讯控制函数和IO函数，可分为打开IO关闭函数、IO读写函数、调制解调器控制函数、串口设置函数、寄存器状态函数和回调函数6类。这里主要介绍串口检测功能，代码如表1：
4 结束语
STC12C5410AD单片机集成A/D转换并兼容51指令的强大功能使得硬件电路开发变得更加的简单和方便。以LabWindows/CVI虚拟仪器为软件开发平台，用STC12C5410AD来代替传统温度传感器，不仅在其内部就能进行A/D转换，而且输出的数据可以直接供单片机处理，提高了系统在采集水温数据时的抗干扰性和可靠性，精度高，有利于在复杂环境的布线工作，适用于工业其他领域或行业的温度测量。
参考文献
[1] 吴赘,蒋新华,解晶莹.基于LabWindows/CVI的BMS测试系统设计[A].电源技术,2009.7(33):621-623.
[2] 王浩,齐建宇.基于Labwindows/CVI的捷联惯导测试软件设计[A].航天控制,2011.2(29):56-60.
[3] 陈怀民,安玉娇,王亮.基于LabWindows/CVI虚拟测试系统软件设计与实现[A].测控技术,2009.11(28):61-62.
[4] 王晓莉,王为,宋汉广.基于LabWindows+CVI多路温度采集系统的设计与实现[A].机械与电子,2009(12):22-25.
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