基于LabVIEW編程的以太網(wǎng)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)

引 言
    在工業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常要對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，雖然可以利用串行通信標(biāo)準(zhǔn)RS232和RS485等實(shí)現(xiàn)短距離監(jiān)測(cè)，但遇到高溫、高噪聲或者空間狹小等溫度環(huán)境時(shí)，由于協(xié)議自身傳輸速率和傳輸距離的限制，很難達(dá)到實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。為徹底解決該問(wèn)題，本系統(tǒng)采用Microchip公司的以太網(wǎng)接口模塊ENC28J60，將溫度信息通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程主機(jī)，實(shí)現(xiàn)高速、實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)。
 

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
    如圖1所示，系統(tǒng)由溫度傳感器、報(bào)警電路、LCD顯示電路、ATmegal28單片機(jī)、ENC28J60接口模塊、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)等部分組成。系統(tǒng)的核心是Atmel公司的高檔8位AVR單片機(jī)ATMegal28，晶體振蕩頻率為11．059 2 MHz，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)間的精確通信。AT—Megal28具有128 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，4 KB的SRAM和4 KB的EEPROM。由于其存儲(chǔ)器空間較大，故不需外接存儲(chǔ)單元就可以滿(mǎn)足LCD字庫(kù)和TCP／IP數(shù)據(jù)幀的存儲(chǔ)需要。

    在對(duì)小范圍溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，通過(guò)把兩個(gè)溫度傳感器放置在相對(duì)的兩側(cè)，對(duì)所測(cè)得的兩溫度取平均數(shù)就得到該環(huán)境的平均溫度。
 

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 溫度采集傳感器DSl8820接口電路
    DSl8820芯片是美國(guó)Dallas公司推出的一種單線(xiàn)數(shù)字式溫度傳感器，采用1一wire總線(xiàn)接口，抗干擾性強(qiáng)，測(cè)溫范圍為一55～+125℃，精度可達(dá)±0．5℃，最大轉(zhuǎn)換時(shí)間為200 ms。DS18820能夠直接讀取被測(cè)物體的溫度值，體積小，電壓適用范圍寬(3～5 V)，用戶(hù)還可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)9～12位的溫度讀數(shù)，即具有可調(diào)的溫度分辨率。DSl8820與單片機(jī)的接口簡(jiǎn)單，只需將信號(hào)線(xiàn)與單片機(jī)的一位雙向端口相連即可。如圖2所示，系統(tǒng)中DSl8B20采用外接電源方式，VDD端用3～5．5 V電源供電。由于其測(cè)溫分辨率較高(12位)，因此對(duì)時(shí)序及電特性參數(shù)要求較高，必須嚴(yán)格按照時(shí)序要求操作。其數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)是由主機(jī)讀寫(xiě)特定時(shí)間片來(lái)完成的，包括初始化、讀時(shí)間片和寫(xiě)時(shí)間片等。

2．2 以太網(wǎng)遠(yuǎn)程接口模塊ENC28J60
    Microchip公司生產(chǎn)的ENC28J60以太網(wǎng)接口模塊是帶有SPI接口和剛45接口的獨(dú)立以太網(wǎng)控制器，SPI接口最高速度可達(dá)10 Mb／s；具有兼容IEEE 802．3，集成MAC和10 BASE—T PHY，支持全雙工和半雙工模式，可編程填充和CRC生成，內(nèi)含8 KB發(fā)送／接收數(shù)據(jù)包雙端口SRAM，可實(shí)現(xiàn)硬件管理的循環(huán)接收FIF0，硬件支持IP校驗(yàn)和計(jì)算等多方面的優(yōu)點(diǎn)。該模塊體積小，傳輸速率高，可完全滿(mǎn)足對(duì)溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。
    ENC28J60接口模塊通過(guò)RJ45網(wǎng)線(xiàn)接口、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，其通過(guò)SPI接口與AVR單片機(jī)連接，在程序配置、控制下與以太網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)幀交換，與遠(yuǎn)程主機(jī)進(jìn)行基于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)不同需要可采用高速的UDP通信或者穩(wěn)定可靠的TCP通信。
2．3 LCD顯示功能
    LCD采用12864型，共有128行，64列。主要顯示的內(nèi)容包括：當(dāng)前時(shí)間，格式為年／月／日／時(shí)／分／秒；設(shè)定溫度和采樣溫度；時(shí)間和溫度設(shè)定界面；當(dāng)前溫度曲線(xiàn)顯示等。本系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地在LCD上顯示溫度變化曲線(xiàn)，由于LCD顯示范圍的限制，其精度為2℃／格，時(shí)間范圍為2min，使用者可以了解溫度在此時(shí)間段內(nèi)的變化情況。
 

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3．1 遠(yuǎn)程TCP／IP協(xié)議通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    程序流程如圖3所示。

3．2 LabVIEW上位機(jī)設(shè)計(jì)
    上位機(jī)程序采用美國(guó)NI公司的圖形化編程語(yǔ)言L(fǎng)abVIEW7．1編寫(xiě)，系統(tǒng)總體界面如圖4所示，后臺(tái)控制程序如圖5所示。按照功能模塊劃分可分為：UDP／TCP通信模塊、數(shù)據(jù)包解析模塊、溫度數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)模塊等。

4 結(jié) 論
    在ENC28J60以太網(wǎng)接口模塊的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)AVR單片機(jī)與遠(yuǎn)程PC主機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程溫度信息傳輸?shù)?strong>遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要優(yōu)點(diǎn)為：系統(tǒng)以溫度為主要參數(shù)，采用高檔AVR系列單片機(jī)和數(shù)字溫度傳感器DSl8820進(jìn)行1一wire通信，單總線(xiàn)上可掛多個(gè)傳感器，降低了引腳消耗；單片機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行，能夠與遠(yuǎn)端PC機(jī)進(jìn)行TCP／UDP高速通信，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性好；人機(jī)交互界面均由Lab—VIEW軟件開(kāi)發(fā)，數(shù)據(jù)分析處理方便，界面友好美觀；作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，有效利用普遍分布的網(wǎng)絡(luò)資源，成本較低，可以作為獨(dú)立器件方便地接人局域網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。除用于溫度監(jiān)測(cè)外，在系統(tǒng)中的AVR單片機(jī)外圍接入控制電路、其他性能的傳感器甚至攝像頭等，還可以實(shí)現(xiàn)多種其他特殊需要的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制，如水位監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)控等，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。