基于虚拟仪器的智能仪表的设计与实现

刘强633

摘要：随着虚拟仪器技术在测控系统的广泛使用，测控技术走向软件化、图形化的趋势明显，虚拟仪器“以软代硬”的思想，
在大大降低工程中硬件所占比重的同时，也大大降低了工程技术人员使用门槛．但在学习IabVIEW语言时存在的问题是供
$ x% P" I6 T9 ~7 [; _4 I9 v9 I学习使用的硬件不多。价格高的硬件是摆在每一位学虚拟仪器数据采集的学习者很难解决的矛盾，对于希望学习labview的
广大工程技术人员而言，开发一种易学易用的成本低廉的智能仪表帮助学习虚拟仪器设计。是很有意义的。基于这种思想，
7 l; D2 E+ z; p# Y5 n在实验室设计了以单片机为下住机，以labview软件作为上位机的虚拟仪器学习实验平台，该平台价格低．工程技术人员或
8 l. w. Y- g3 x0 p学生可以通过该平台的学习，很快上手开发实际工程，因而本实验装置具有很强的实用价值。
, Z1 v. S6 U3 l- I8 n
: O5 }; l6 y3 t. h! m
" s! H, o  E' j. _) h/ F& V引言
目前国内高校信息类教学实验的仪器仪表为：万用表、毫伏
表、函数发生器、示波器及各种专用实验设备等。上述实验设备
在实验教学中暴露出的主要弊端有：f1)功能弱。如无实验模拟
功能、辅助实验教学功能，以及普通示波器无暂态信号、过度过
程的存储、重现功能。(2 1适用面窄．上述实验设备难以用于诸如
微机原理与接口技术、传感器，自控系统，系统集成、算法语言
等课程的实验、实习教学。(3)维护、使用、管理不便。同一实验
室往往集有多种类、多规格、多型号的传统实验设备，易损件备
用量大，操作使用方法各异，难以采用统一的管理标准和规程。
(4)无实验模拟功能，导致实验过程费时多、元器件损耗大，而用
虚拟仪器图形化编程简单易用性和单片机成本较低的两者优
点结合，开发一种基于单片机做下位机IabVIEW软件为上位机
的智能仪表，对于学生学习虚拟仪器和单片机都大有裨益。这
& X/ e" M9 K3 s+ a; \) D种智能仪表结合虚拟仪器的编程实验系统与传统仪器相比有
很大的优势，能解决传统仪器体积庞大，价格高，缺乏相应的计
算机接口，在数据采集及数据处理等方面十分不便的问题，通
4 ]+ r* S$ i. V. @7 h; M8 D过运用计算机强大的计算与处理能力，大大地提高数据分析、
, ]; W- ~. n6 B+ i: e1 s9 M* Q  N- N处理能力，通过设计、仿真与实测的对比使课本理论知识与实
5 P' ]$ D0 N  V  s2 @验操作密切结合。可使师生们从繁杂的仪器堆中解放出来，可
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实现自动测量、自动记录、自动数据处理。因成本低，又适合学
. W7 G, r, U9 M1 r0 m生自己安装、调试和组装。可增加测控专业学生学习虚拟仪器
$ R( i( X0 A/ ?7 a! r时的独立动手能力。
  E+ j5 b/ s% S1智能仪表的总体设计
智能仪表包括嵌入式单片机系统、单总线智能温度传感
8 B6 l* P3 p  \器、及温度控制装置等组成，在labvJew7．0的虚拟仪器开发平台
1 j! a; [$ U9 r2 _上，构建基于智能仪表的温度控制系统。数字温度传感器采用
: Y5 t0 |' `- [DSl8820型单线智能温度传感器，它集温度测量、A／D转换于一
体的单总线(one wire)结构，只用1个单线总线DQ接上拉电阻
即与主CPU连接，通过串口实现与微机接口通讯，输出温度数
, Z. t/ u- D' A: D3 u! R4 X据及相关控制信号。
$ |; z8 v5 M# x% e6 l9 O下位机采用C51系列单片机作为数据采集的硬件。上位机
5 e' s! d: F" Q2 P: d% d用PC机和NI公司的labVlEW软件，利用单片机和PC机的串
' K8 r% L# p2 u口通讯将数据传送到上位机中，由上位机负责对数据进行处理
和保存等。串口通讯将DSl8820采集到温度值传到电脑中，在
人机界面上可以实现实时显示温度值，并进行了报警值的自主
6 D) X. l4 u" P/ q4 ?设定。采样的温度值加上时间后添加到TXT文本文件中，从而
5 l% U. v' ?4 [7 z, S+ i3 ^实现了温度的实时显示、保存及历史数据的复现等功能，单片
机采用89S52芯片，自带的存贮空间能够满足要求不需外扩存
4 Q2 T$ M' V( L9 {3 \贮空间，89S52单片机负责将DSl8820的温度数据通过串口通
讯传送给电脑，同时将温度送到数码管中显示出来，由于采用
, K6 A7 Z0 G1 \* a的是单总线的方式，所以电路功能简化，省去了AD转换的复杂
系统，实施方便。为了实现温度的控制。可用89S51的接口控制

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