大佬介紹測(cè)控系統(tǒng)(一)，無(wú)線溫度測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案介紹(上)

測(cè)控系統(tǒng)是諸多系統(tǒng)中不可缺少的一環(huán)，對(duì)于測(cè)控系統(tǒng)，自動(dòng)化專業(yè)的朋友自然熟悉，但尋常人對(duì)測(cè)控系統(tǒng)卻并非有所耳聞。為增進(jìn)大家對(duì)測(cè)控系統(tǒng)的了解，本文將對(duì)基于LabView的無(wú)線溫度測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案予以介紹。此外，本文僅為上篇如果你對(duì)本文即將討論的內(nèi)容存在興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

基于虛擬儀器設(shè)計(jì)理論，以LabVIEW8.5為軟件開發(fā)平臺(tái)，低功耗單片機(jī)P89LV51RD2為硬件核心，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)時(shí)溫度測(cè)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器TMPll2，配合單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)溫度采集系統(tǒng)。通過(guò)ZigBee無(wú)線通信模塊SZ05與計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信，并由軟件平臺(tái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行顯示、分析及存儲(chǔ)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)溫度的PID控制。該系統(tǒng)功耗低，測(cè)量精度高，界面友好，易于操作，可擴(kuò)展性強(qiáng)且成本低。

引言

傳統(tǒng)的溫度測(cè)量?jī)x器，其功能及規(guī)格是單一固定的，用戶無(wú)法根據(jù)自己的需要改變。NI公司提出的虛擬儀器概念，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無(wú)法改變的模式，使測(cè)控儀器發(fā)生了巨大變革。LabVIEW是NI公司開發(fā)的一種虛擬儀器平臺(tái)，而目前利用LabVIEW進(jìn)行的開發(fā)通常都是建立在LabVIEW所支持的價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集板卡之上的。為解決這一問(wèn)題，本系統(tǒng)采用低功耗單片機(jī)P89LV51RD2和低功耗溫度傳感器TMPll2組成溫度采集節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)無(wú)線通信模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)的遠(yuǎn)程通信，不僅取代了價(jià)格昂貴的數(shù)據(jù)采集卡，大大降低了系統(tǒng)成本，而且實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。同時(shí)，溫度采集節(jié)點(diǎn)的低功耗特性，降低了ZigBee組網(wǎng)時(shí)對(duì)電源的要求，便于進(jìn)行組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫。

一、系統(tǒng)的組成及工作原理

圖1給出了系統(tǒng)組成框圖，該溫度測(cè)控系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、溫度測(cè)量電路、溫度控制電路以及無(wú)線通信電路組成。TMPll2溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，將溫度數(shù)字量傳送給P89LV51RD2后，通過(guò)數(shù)碼管LED電路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)溫度顯示。同時(shí)，P89LV51RD2將溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信模塊SZ05發(fā)送給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，運(yùn)行于PC機(jī)上的LabVIEW控制平臺(tái)對(duì)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、溫度報(bào)警及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。另外，控制平臺(tái)采樣輸入信號(hào)，利用LabVIEW中的PID控制器進(jìn)行PID控制，將控制量通過(guò)無(wú)線模塊發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)輸出控制量實(shí)現(xiàn)溫度控制。

二、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 溫度測(cè)量顯示電路

本系統(tǒng)采用TI公司于2009年6月推出的高精度低功耗數(shù)字溫度傳感器TMPll2來(lái)實(shí)現(xiàn)溫度測(cè)量。該傳器具有如下特點(diǎn)：

◆測(cè)溫范圍為-40～125℃;

◆0～65℃溫度范同內(nèi)精度達(dá)O.5℃，-40～125℃范圍內(nèi)精度達(dá)1℃;

◆12位分辨率，測(cè)量值的讀取精度達(dá)到0.0625℃;

◆正常操作模式的最大靜態(tài)電流為10μA，關(guān)機(jī)模式則為1μA;

◆電源范圍1.4～3.6 V;

◆SMBus/兩線式串行接口，總線上最多可連接4個(gè)該傳感器。

從功耗、精度、接口等方面綜合考慮，采用P89LV51RD2與TMPll2組成溫度測(cè)量節(jié)點(diǎn)。雖然P89LV51RD2單片機(jī)沒(méi)有專用的I2C總線接口，但可以使用軟件模擬I2C總線，來(lái)實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與TMPll2的通信。利用單片機(jī)的I/O口P1.0和P1.1分別模擬I2C總線的SDA和SCL信號(hào)，故只需將單片機(jī)的P1.O和P1.1引腳分別與TMPll2的SDA和SCL引腳相連(注意需要上拉)。P89LV51RD2通過(guò)I2C總線讀取溫度數(shù)據(jù)后，由5個(gè)數(shù)碼管顯示溫度值，包括百位(或符號(hào)位)、十位、個(gè)位與2個(gè)小數(shù)位。

2.2 溫度控制電路

溫度控制電路如圖2所示，它主要由NPN型晶體管Q1、TLP521-1型光電耦合器U1和大功率NMOS管Q2組成。上位機(jī)程序控制系統(tǒng)將檢測(cè)溫度值與系統(tǒng)設(shè)定值進(jìn)行比較，按照PID控制算法進(jìn)行運(yùn)算，從單片機(jī)的P1.2口輸出占空比可調(diào)的PWM信號(hào)，經(jīng)晶體管Q1驅(qū)動(dòng)后，控制光電耦合器U1的通斷，繼而控制NMOS管Q2(IRF840A)的通斷時(shí)間，從而控制加熱對(duì)象——大功率電阻R的加熱時(shí)間，使其達(dá)到設(shè)定的溫度值。為方便實(shí)驗(yàn)，采用的R為大功率線繞電阻，額定功率10W，額定電阻10Ω，采用+12V直流電源供電。由于流過(guò)加熱電阻R的電流較大，故為R供電的+12V直流電源必須與為其他模擬器件供電的+12V直流電源分開。

2.3 無(wú)線通信電路

無(wú)線通信電路采用上海順舟網(wǎng)絡(luò)科技有限公司的SZO5系列ZigBee無(wú)線數(shù)據(jù)通信模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。該模塊提供RS232、RS485和TTL三種接口標(biāo)準(zhǔn)，傳輸距離可達(dá)100～2 000m。為了提高開發(fā)效率，采用該模塊的RS232接口，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的串行無(wú)線通信，使得軟件編程變得簡(jiǎn)單。若系統(tǒng)對(duì)距離并無(wú)要求，只需使用1根串口線便能實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的通信，而不必更改軟件設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)，適合各種應(yīng)用場(chǎng)合。

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