摘要：用ATmega16单片机对温度数据进行处理，然后通过串口和数据采集卡上传到上位机，再利用虚拟仪器软件LabVIEW作为温度采集监测系统的开发平台，实现对温度的采集、显示、监测、报警等功能。利用图形化虚拟仪器技术不仅简化了系统硬件，软件实现也很方便，同时图形化的显示使结果更直观、准确，并给出了模拟的系统程序。
关键词：LabVIEW、虚拟仪器、温度、采集
引言
虚拟仪器是计算机技术和仪器测量技术相结合的产物，它充分利用计算机强大的运算处理功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制。本文利用虚拟仪器平台，通过编写LabVIEW 软件对温度进行测量，可以减少硬件的重复开发，有利于系统的维护，也便于系统软件升级。
一、虚拟仪器
1. 1虚拟仪器概述
虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上，其功能由用户设计和定义，具有虚拟面板，其测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板，以多种形式表达输出检测结果；利用计算机强大的软件功能实现信号数据的运算、分析和处理；利用I /O 接口设备完成信号的采集与调理，从而完成各种测试功能的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操作虚拟面板，就如同使用一台专用测量仪器一样 。
1. 2虚拟仪器的图形化开发平台
LabVIEW是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS- 232和RS- 485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。它还内置了便于应用TCP/ IP、A ct iveX 等软件标准的库函
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数。LabVIEW 的编程环境包括两个面板：前面板和程序框图面板。通过编制虚拟仪器的前面板来模拟真实仪表的面板，在程序前面板上，输入量被称为控制，输出量被称为显是控制和显示是以各种图标形式出现在前面板上。框图程序用LabVIEW 图形化编程语言编写，可以把它理解成传统程序的源代码。框图程序由端口、节点、图框和连线构成。其中端口用来同程序前面板的控制和显示传递数据，节点用来实现函数和功能调用，图框用来实现结构化程序控制命令。
1. 3 虚拟仪器结构
根据I/O接口硬件设备的不同，虚拟仪器可以分为多种类型，本文采用的是基于串口的虚拟仪器测试系统，它以串行总线设备与计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统，其结构图如图1.1所示。
图1.1串行总线的虚拟仪器结构
二、总体设计方案
该设计选择LabVIEW来完成对软件编写。LabVIEW 是一套专为数据采集与仪器控制、数据分析和数据表达而设计的图形化编程软件，将其与一般的数据采集以及仪器设备加以组合，就可以设计出虚拟仪器。计算机温度检测仪是一个智能化的信号采集处理系统，其结构上主要由温度信号采集、放大和预处理的硬件电路和数据软件处理、显示等组成。温度采集系统总体框图如图2.1所示。
图2.1 温度采集系统总体框图
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2、1 硬件设计
该设计是以计算机和单片机数据采集系统为核心，单片机运用ATmega16完成对温度信号进行数据采集，计算机用LabVIEW2011完成温度信号的分析、显示和控制等功能。
2、2 计算机温度检测器的软件设计
系统的软件设计分为单片机软件设计和计算机软件设计两个部分。单片机软件实现数据采集和数据传输功能，计算机软件实现数据的分析和显示等功能。
三、设计内容
3.1数据的采集
温度测量系统采用光纤探头作为传感器，将测温现场的辐射光线吸收并通过光纤进行传输。光纤末端接上Y 型耦合器，将传输的光信号分成两路，并且每一路都有一个窄带干涉滤光片，这样就可以近似得到两路不同波长的光信号。然后再将光信号进行光电转换，并进行一定的信号调理操作(例如放大，滤波等)使信号方便于后续的采集、处理、分析。
3.2 温度监测软件设计
本系统以LabVIEW 2011 作为开发工具。现以仿真数据为例来讲述系统软件对温度的监测、报警及显示功能。利用LabVIEW 2011编程使温度可以在华氏和摄氏之间随时进行切换，同时对温度实时监测。当温度超过上限时会及时点亮报警灯进行报警并显示每次采集过程中累加的报警次数，报警的上限值可以通过前面板的输入控件改变其值。采集进度定义为每次采集100 点。为了防止程序陷入死循环每次采集之间的时间间隔为1000ms。开始采集后在整个采集过程中可以暂停采集以便随时对温度进行观察。其软件程序如图3.2所示。
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图3.2 LabVIEW程序图
3.3上下限报警
上限报警是为人身安全考虑所特别设计，以便于人们能够做好添加衣物的准备。方便了人们的生活。温度上限报警程序如图3.3.1：
图3.3.1 温度上限报警程序 温度下限报警如图3.3.2：
图3.3.2 温度下限报警
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3.4停止程序
停止程序可以是系统暂停运行，从而就可以静态的现实当时的温度，其程序设计如图3.4：
图3.4 系统暂停/运行程序
3.5温度显示前面板设计
虚拟仪器前面板就像是仪器的操作和显示面板，各种参数的设置和数据的显示都由前面板来完成。在前面板上只要点击鼠标就可以实现参数设置，就像是在操作一台真正的仪器。系统的前面板如图3.5所示。
图3.5系统前面板
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3.6运行程序
该系统在实时测温的同时还不停的监测并记录物体出现过的最高温度和最低温度，这样可以更好的检测物体的状态，同时系统还具有预警和报警功能。当物体的温度超出正常的范围但在允许温度范围内时，系统将给出预警信号；当温度超过允许范围时，系统直接报警。按照以上程序连接和设置好个参数，单机运行，开始采集，然后单机前面板暂停按钮。该系统的用户界面如下图3.6：
图3.6 系统前面板运行界面
四、结束语
本文基于虚拟仪器技术进行温度测量系统设计，系统结构简单，易于维护，并且有很强的通用性，系统硬件可以设计成标准模块，搭建新系统时可直接利用，软件可根据用户需求进行适当修改，整个系统可用于某些恶劣环境下的温度测量，具有一定的推广价值。
此次设计，从理论到实践，学到很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
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参考文献
[1] 王林泓.动态信号分析系统的研究[D].重庆:重庆大学,2002.
[2] 侯国屏等.LabVIEW7.1 编程与虚拟仪器设计.北京:清华大学出版社,2005. [3] 葛亮等.虚拟心电监护系统设计.天津.仪器仪表用户,2008.2. [4] 张晓琳.一种新型信号控制模块设计 [D].成都:电子科技大学,2006. [5] 马明建. 数据采集与接口技术. 西安:西安交通大学出版社,2005.
[6] 曹玲芝. 现代测试技术与虚拟仪器[M ] . 北京: 北京航空航天大学出版社，2004.
[7] 杨乐平，李海涛，杨磊. LabV IEW 程序设计与应用: 第二版[M ] . 北京: 电子工业出版社，2004. [8] 张毅，周绍磊. 虚拟仪器技术分析与应用[M ]. 北京: 机械工业出版社，2004.
[9] 宋士花，刘智民，刘胜，等. 大功率NBI 系统的PLC时序控制应用[ J] . 核电子学与探测技术，2006，26
[10] 陈锡辉，张银鸿. LabVIEW8. 20 程序设计[M ]. 北京: 清华大学出版社，2008.
[11] STONGN. Un iversal serial bus( USB ) to un iversal interface us ing programm ab le gate arrays ( FPGA) to m im ic tradit ional hardw are ( m il itary aircraft testing app lications ) AUTOTESTCON. IEEE System s Read inessT echnology Conference，2225，2003: 386- 391. [12] 朴现磊，熊继军，沈三民. 基于FPGA 的高速数据采集系统的设 计. 微计算机信息，2008 ( 1- 2) : 209- 211.
[13] 陈美銮，狄红卫，丘锦宏. 基于U SB 接口和光纤传输的数据采集系 统. 仪表技术与传感器，2006 ( 1 ) : 32- 34.
[14] 安荣，任勇峰，李圣昆. 基于FPGA 和U SB2 0的数据采集系统. 仪 表技术与传感器，2009 ( 1) : 49 – 63
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