基于嵌入式單片機的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要 本文利用虛擬儀器技術(shù)實現(xiàn)一種基于嵌入式單片機及計算機網(wǎng)絡(luò)的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)，通過計算機RS232串行口與單片機進行溫度數(shù)據(jù)通信，利用LabVIEW平臺中的VISA及Web網(wǎng)絡(luò)訪問功能模塊實現(xiàn)了對遠程溫度數(shù)據(jù)的實時采集，并對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理、顯示及統(tǒng)計分析。

關(guān)鍵詞 單片機LabVIEW溫度 采集

中圖分類號：TP212.1文獻標(biāo)識碼：A

0引言

虛擬儀器技術(shù)充分利用了計算機強大的數(shù)據(jù)運算處理功能，突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳輸、存儲等方面的限制，通過交互式圖形界面實現(xiàn)系統(tǒng)控制和顯示測量數(shù)據(jù)，并使用圖形化編程方式，極大地增強了測控系統(tǒng)開發(fā)的便捷性、直觀性、穩(wěn)定性和簡易性。因此利用溫度傳感器和虛擬儀器平臺便可以方便地構(gòu)建一個測溫系統(tǒng)，且外圍電路簡單，易于實現(xiàn)，便于系統(tǒng)硬件維護、功能擴展和軟件升級。

由于在工業(yè)領(lǐng)域中常會遇到多個任務(wù)同時執(zhí)行的情況，采用嵌入式單片機可以根據(jù)預(yù)先設(shè)置的指令獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)并完成規(guī)定的控制功能，計算機通過自帶的串行口和單片機實現(xiàn)通信。充分利用LabVIEW強大的網(wǎng)絡(luò)通信功能，便可以方便的對遠程工業(yè)現(xiàn)場溫度信息的采集、處理與分析。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

基于LabVIEW軟件平臺設(shè)計一個遠程溫度檢測系統(tǒng)，在上位機完成被控溫度的顯示與分析，利用計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對監(jiān)控界面的遠程訪問，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度實時監(jiān)測與分析;下位機由嵌入式單片機STM32和溫度傳感器DS18B20組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。溫度傳感器從外界采集所處環(huán)境的溫度信號，在STM32控制下，通過串口方式送入上位機LabVIEW平臺，在其前面板將對溫度變化進行實時顯示和分析，并且對外界溫度超限報警;遠程計算機通過網(wǎng)頁瀏覽器方式訪問監(jiān)控界面。

2系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

2.1信號采集模塊

利用LabVIEW中VISA串行配置端口，其中VISA Read函數(shù)用于數(shù)據(jù)讀操作;實現(xiàn)與嵌入式單片機的數(shù)據(jù)通信;其中VISA配置：波特率為9600B，數(shù)據(jù)位為8位。

2.2數(shù)據(jù)預(yù)處理

設(shè)定VISA接收端口初始值，讀取嵌入式單片機設(shè)備傳送過來溫度數(shù)據(jù)，為字符串格式，將字符串轉(zhuǎn)換為數(shù)組形式，以便后續(xù)計算、顯示及分析。

2.3顯示模塊

提取出來的實時溫度數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后，將溫度數(shù)據(jù)與超限報警集成到一個顯示控件中。用戶可以通過前面板設(shè)定所需的溫度上、下限，若超過最高值，高溫報警;若低于最低值，低溫報警。

2.4分析模塊

系統(tǒng)通過統(tǒng)計所有溫度數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準偏差反映了被測對象的溫度變化情況;并利用循環(huán)模塊將歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，以直方圖方式顯示，從而反映出溫度的變化概率范圍。

2.5網(wǎng)絡(luò)模塊

網(wǎng)絡(luò)功能模塊為基于TCP協(xié)議的通信方式，在現(xiàn)場檢測端采集溫度數(shù)據(jù)，并將界面實時發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，各個監(jiān)控主機通過瀏覽器方式即可實時監(jiān)測。

3系統(tǒng)實驗結(jié)果

本監(jiān)測系統(tǒng)在IE瀏覽器中的實際運行情況如圖2所示，當(dāng)實時溫度數(shù)據(jù)超過報警上限時，坐下角的出現(xiàn)報警提示，同時直方圖模塊對歷史溫度數(shù)據(jù)進行概率統(tǒng)計顯示。

4結(jié)論

本監(jiān)測系統(tǒng)利用嵌入式單片機實現(xiàn)對現(xiàn)場溫度數(shù)據(jù)的采集，利用串口方式與上位機連接，通過LabVIEW編程實現(xiàn)對溫度顯示、統(tǒng)計及分析。利用LabVIEW的Web Service功能將系統(tǒng)發(fā)布到Internet，可以方便快捷的實現(xiàn)遠程監(jiān)測，本系統(tǒng)開發(fā)維護費用成本較低、應(yīng)用范圍廣泛，對于實際工程項目的開發(fā)有著重要的借鑒意義。

作者簡介：孟志鵬（1984.3-），男，漢族，黑龍江牡丹江市人，天津南大通用數(shù)據(jù)技術(shù)股份有限公司，碩士研究生，工程師，研究方向：大數(shù)據(jù)分析及通信與電子測控方向。

參考文獻

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