大佬介紹測控系統(tǒng)(一)，無線溫度測控系統(tǒng)設計方案介紹(上)

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

基于虛擬儀器設計理論，以LabVIEW8.5為軟件開發(fā)平臺，低功耗單片機P89LV51RD2為硬件核心，設計了一個實時溫度測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用數(shù)字溫度傳感器TMPll2，配合單片機，實現(xiàn)現(xiàn)場溫度采集系統(tǒng)。通過ZigBee無線通信模塊SZ05與計算機進行遠程通信，并由軟件平臺對信號進行顯示、分析及存儲，同時實現(xiàn)溫度的PID控制。該系統(tǒng)功耗低，測量精度高，界面友好，易于操作，可擴展性強且成本低。

引言

傳統(tǒng)的溫度測量儀器，其功能及規(guī)格是單一固定的，用戶無法根據(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、用戶無法改變的模式，使測控儀器發(fā)生了巨大變革。LabVIEW是NI公司開發(fā)的一種虛擬儀器平臺，而目前利用LabVIEW進行的開發(fā)通常都是建立在LabVIEW所支持的價格昂貴的數(shù)據(jù)采集板卡之上的。為解決這一問題，本系統(tǒng)采用低功耗單片機P89LV51RD2和低功耗溫度傳感器TMPll2組成溫度采集節(jié)點，并通過無線通信模塊實現(xiàn)單片機系統(tǒng)與上位機的遠程通信，不僅取代了價格昂貴的數(shù)據(jù)采集卡，大大降低了系統(tǒng)成本，而且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸。同時，溫度采集節(jié)點的低功耗特性，降低了ZigBee組網(wǎng)時對電源的要求，便于進行組網(wǎng)實現(xiàn)多點測溫。

一、系統(tǒng)的組成及工作原理

圖1給出了系統(tǒng)組成框圖，該溫度測控系統(tǒng)主要由計算機、單片機、溫度測量電路、溫度控制電路以及無線通信電路組成。TMPll2溫度傳感器進行溫度采集，將溫度數(shù)字量傳送給P89LV51RD2后，通過數(shù)碼管LED電路進行現(xiàn)場溫度顯示。同時，P89LV51RD2將溫度數(shù)據(jù)通過無線通信模塊SZ05發(fā)送給遠程計算機，運行于PC機上的LabVIEW控制平臺對溫度進行實時顯示，并進行數(shù)據(jù)處理、溫度報警及數(shù)據(jù)存儲等。另外，控制平臺采樣輸入信號，利用LabVIEW中的PID控制器進行PID控制，將控制量通過無線模塊發(fā)送給單片機，單片機輸出控制量實現(xiàn)溫度控制。

二、系統(tǒng)硬件設計

2.1 溫度測量顯示電路

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來實現(xiàn)溫度測量。該傳器具有如下特點：

◆測溫范圍為-40～125℃;

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

◆12位分辨率，測量值的讀取精度達到0.0625℃;

◆正常操作模式的最大靜態(tài)電流為10μA，關機模式則為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組成溫度測量節(jié)點。雖然P89LV51RD2單片機沒有專用的I2C總線接口，但可以使用軟件模擬I2C總線，來實現(xiàn)單片機與TMPll2的通信。利用單片機的I/O口P1.0和P1.1分別模擬I2C總線的SDA和SCL信號，故只需將單片機的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I2C總線讀取溫度數(shù)據(jù)后，由5個數(shù)碼管顯示溫度值，包括百位(或符號位)、十位、個位與2個小數(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。上位機程序控制系統(tǒng)將檢測溫度值與系統(tǒng)設定值進行比較，按照PID控制算法進行運算，從單片機的P1.2口輸出占空比可調(diào)的PWM信號，經(jīng)晶體管Q1驅(qū)動后，控制光電耦合器U1的通斷，繼而控制NMOS管Q2(IRF840A)的通斷時間，從而控制加熱對象——大功率電阻R的加熱時間，使其達到設定的溫度值。為方便實驗，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 無線通信電路

無線通信電路采用上海順舟網(wǎng)絡科技有限公司的SZO5系列ZigBee無線數(shù)據(jù)通信模塊來實現(xiàn)。該模塊提供RS232、RS485和TTL三種接口標準，傳輸距離可達100～2 000m。為了提高開發(fā)效率，采用該模塊的RS232接口，實現(xiàn)單片機與計算機的串行無線通信，使得軟件編程變得簡單。若系統(tǒng)對距離并無要求，只需使用1根串口線便能實現(xiàn)單片機與計算機的通信，而不必更改軟件設計，通用性強，適合各種應用場合。

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