1、 編號 畢畢業業論論文文題 目公共場所分布式節能監控系統-監控軟件設計學生姓名 學 號25系 部電子工程學院專 業應用電子班 級 指導教師 顧問教師二一二年六月摘 要摘摘 要要分布式節能監控裝置在每個公共場所房間設置一個節能控制器，能對本房間的電器設備進行自動控制和管理。每個房間的節能控制器能通過電網，將電器設備的工作狀態傳送到監控中心，在沒有人或人已離開時，自動切斷供電，減少電能的浪費，達到開源節流的目的。同時該系統也可以通過電網將各個房間場所的情況集中監控，進行遠程控制。本項目中上、下機位分工明確，作為下位機核心心器件的單片機往往只負責數據的采集和通信，而上位機通常以基于圖形界面的 win

2、dows 系統為操作平臺。項目中采用圖形化的編程語言 labview,實現了對所采集信號的分析處理、顯示和控制等功能，充分利用計算機的運算、存儲和顯示功能。關鍵詞關鍵詞： 虛擬儀器 節能控制器 載波通訊 串口通信畢業設計論文i目目 錄錄摘摘 要要.i第一章第一章 緒論緒論.11.1 引言.11.2 虛擬儀器的概述.11.2.1 軟件對虛擬儀器的重要性.11.2.2 虛擬儀器的重要組成部分labview 軟件.21.3 labview 及最新版本 labview 2010 簡介.31.3.1 labview 2010 新特征 .3第二章第二章 總體框圖總體框圖.42.1 節能監控裝置系統結構圖.

3、42.2 節能控制器工作原理.52.3 節能控制器電器設備.52.4 方案設計.6第三章第三章 visa vi 和函數和函數.73.1 什么是 visa vi 和函數.73.2 visa vi 和函數在具體范例中的使用 .7第四章第四章 項目中監控軟件的串口程序項目中監控軟件的串口程序.114.1 主程序.114.2 子程序.12第五章第五章 硬件電路的設計與調試硬件電路的設計與調試.155.1 電源電路.155.2 單片機最小系統電路.155.3 開關檢測電路.155.4 輸出驅動電路.165.5 熱釋電電路的調試.165.6 載波通訊模塊電路.175.7pc 與單片機串口通信程序設計.18

4、5.2 軟件調試.19第六章第六章 總結與展望總結與展望.236.1 二級標題.236.2 二級標題.23致致 謝謝.24參考文獻參考文獻.25附錄附錄 1 xxxxxx.27附錄附錄 2 bbbbb.28abstractii畢業設計論文0第一章第一章 緒論緒論1.1 引言引言隨著社會經濟和科學技術的發展，能源問題已經成為社會經濟發展的一個瓶頸，并且能源的過量使用會增加碳排量，提高溫室效應，影響人類生存環境，因此節約能源，特別是杜絕浪費能源已成為全社會的共識。但能源的浪費情況不容樂觀，特別是學校等一些公共場所（教室、辦公室） ，由于各種原因造成照明燈、風扇、空調等電器設備在人離開時沒有及時關閉

5、，有的甚至“長明燈” 、“晝夜電扇”和“24 小時溫室” ，造成能源的白白浪費，要克服這種狀況一方面需要加強人員的節能意識，另一方面安排專人巡查。這需要投入一定的人力和物力，有時并不能完全杜絕，由于學校教室、辦公室較多，分散廣，又分屬于不同的部分，人工管理效率不高。為改變目前公共場所用電模式的現狀，我們計劃設計一個電子產品：分布式節能監控裝置，來控制辦公場所電器設備的供電。1.2 虛擬儀器的概述虛擬儀器的概述 虛擬儀器的起源可以追溯到 20 世紀 70 年代，那時計算機測控系統在國防、航天等領域已經有了相當的發展。pc 機得出現使儀器的計算機化成為了可能。在儀器計算機化領域中，ni 公司走在了

6、前列，甚至在 microsoft 公司的windows 誕生之前，ni 公司已經在 macintosh 計算機上推出了 labview2.0 以前的版本。對虛擬儀器和長期的、系統的和有效的研究開發使得 ni 公司公認的權威。虛擬儀器（virtual instrument）是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要的方向。粗略的說，這種結合有兩種方式。一種方式是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂的只能化儀器。隨著計算機功能的日益強大，目前已經出現含有嵌入式系統的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機，以通用的計算機硬件及操作系統為依托，實現各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這

7、種方式。正文部分1.2.1 軟件對虛擬儀器的重要性軟件對虛擬儀器的重要性每一個虛擬儀器都建立在靈活和強大的軟件之上，它是通過具有創新精神的工程師或科學家應用所在領域的專業知識來自定義測量和控制應用來實現。虛擬儀器軟件可以劃分成幾種不同的類別。大部分人馬上想到就是應用軟件層。這是為建立一個應用所需的首要開發環境。它所包含的軟件諸如labview、ni labwindows/cvi（ansi c）和 ni measurement studio（visual studio 編程語言） 。在此之上是測試執行層，一個集成了應用程序層開發的所有第二章 總體框圖功能并提供系統范圍數據管理的環境。下一層通常被

8、忽略但是對于維持軟件開發效率卻十分重要。測量和控制服務層包括與所有硬件通信的驅動。它必須能存取和保存硬件功能和性能，也必須是可交互操作的它必須與所有其他的驅動和可能成為解決方案一部分的眾多模塊化 i/o 類型協同工作。1.2.2 虛擬儀器的重要組成部分虛擬儀器的重要組成部分labview 軟件軟件labview 是虛擬儀器的重要部分因為它提供了一個易于使用的應用程序開發環境，專門為工程師和科學家而設計。labview 提供了許多強大的特性使得它與廣泛的硬件和其他軟件輕松連接。這一易于使用和其他特性提供了虛擬儀器軟件開發環境所需的靈活性。結果就是用戶定義的界面和用戶定義的應用程序功能。labvi

9、ew 提供的眾多強大特性之一就是圖形化編程環境。利用 labview，工程師和科學家可以通過在計算機屏幕上創建一個圖形化的用戶界面設計自定義的虛擬儀器。通過計算機屏幕，他們可以：操作儀器程序控制所選擇的硬件分析所采集的數據顯示結果他們可以使用旋鈕、按鈕、表盤和圖表自定義 labview 用戶界面，或者前面板，從而仿效傳統儀器的控制面板、創建自定義的測試面板或者可視化地表示過程控制和操作。畢業設計論文2圖 12.labview 虛擬儀器包括用戶界面和應用程序邏輯通過連接圖標來創建方塊圖（對于工程師和科學家來說是自然設計符號）即可決定虛擬儀器的行為。利用圖形化編程，工程師和科學家可以比通常的編程語

10、言更快地開發系統，同時保持了創建各種應用程序所需的靈活性。labview 是一個開放式環境，它包含了即時使用的庫，從串行總線、以太網和 gpib 通信到運動控制，數據采集和圖像采集。1.3 labview 及最新版本及最新版本 labview 2010 簡介簡介與 c 和 basic 一樣，labview 也是通用的編程系統，有一個完成任何編程任務的龐大函數庫。labview 的函數庫包括數據采集、gpib、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲，等等。labview 也有傳統的程序調試工具，如設置斷點、以動畫方式顯示數據及其子程序（子 vi）的結果、單步執行等等，便于程序的調試。labvie

11、w（laboratory virtual instrument engineering workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序，而 labview 則采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了 vi 及函數的執行順序。vi 指虛擬儀器，是 labview 的程序模塊。目前 labview 最新版軟件已經于 2010 年 8 月更新到labview 2010 版本。.1 labviewlabview 20102010 新特征新特征1.代碼編輯器憑借新型后端編譯器技術和自定義代碼優

12、化, 將運行代碼的速度加快20%2.反饋驅動借助基于用戶反饋的14種新功能, 提高開發效率。第二章 總體框圖3.通過網絡讀寫數據流使用新型網絡流api, 連續讀寫labview應用程序之間的數據流4.無需編譯代碼即可保存vi通過將已編譯目標從實際labview源代碼中分離, 簡化源代碼管理5.子vi內嵌使用該新型執行選件, 消除與子vi調用相關的開銷, 從而提高應用性能6.可將圖形數據導出至excel只需單擊右鍵, 就能將數據輕松導出至microsoft excel7.基于web的硬件配置通過類似路由的配置體驗, 設置并維護遠程硬件8.導入外部fpga ip將xilinx內核生成器 (core

13、 generator) dsp ip導入labview, 輕松實現fpga開發9.查找并安裝儀器驅動通過輕松查找并安裝10,000多個經認證的儀器驅動程序, 縮短首次測量的時間10.項目庫打包功能通過將源代碼封裝至配有打包的項目庫的單一文件內, 簡化代碼部署和發布畢業設計論文4第二章第二章 總體框圖總體框圖2.1節能監控裝置系統結構圖節能監控裝置系統結構圖節能監控裝置系統結構圖如圖 3 所示。每個公共場所房間（教室、辦公室等）設置一個節能控制器，能對本房間的電器設備進行自動控制和管理。每個房間的節能控制器能通過電網，將電器設備的工作狀態傳送到監控中心，每個房間的電器設備也可由監控中心遠程控制。

14、主站點usb節能控制器節能控制器節能控制器節能控制器電網圖 3 節能監控裝置系統結構圖2.2 節能控制器工作原理節能控制器工作原理圖 4 為節能控制器控制電器設備的示意圖。與傳統電器設備控制不同，雖然每個（組）都有一個開關和其對應，但不直接控制設備，開關信息僅送給控制器，由控制器檢測到開關閉合，同時控制器通過人體感應器檢測現場是否有人，只有滿足兩個條件，即某設備的開關是閉合，感應器又檢測檢測到有人，才給對應的設備接通工作電源。這樣，即使人離開了，忘記關開關，控制器也能自動切斷電源，達到節能目的。控制器還可以根據特殊設備的不同特點，采用延時關斷（如空調等，不能頻繁啟動和停止） 。 節能控制器燈空

15、調開關開關電源進線人體感應器風扇圖 4 節能控制器控制電器設備的示意圖第二章 總體框圖2.3 節能控制器節能控制器電器設備電器設備節能控制器主要有單片機、開關檢測、輸出驅動、感應檢測、載波通信等組成。如圖 5 所示，節能控制器選擇低功耗電子器件，以降低控制器本身的能耗?？刂破髦械暮诵目刂菩酒捎?at89s51 單片機，電燈等電器設備供電由單片機控制小型繼電器接通交流電源，人體感應器采用熱釋電傳感器，載波模塊選用專用的電力載波芯片設計?？刂破黝A留 12 路設備控制電路，以備不同場合應用。單片機開關檢測輸出驅動載波模塊交流電源進線工作電源感應檢測圖 5 節能控制器的原理框圖2.4 方案設計方案設

16、計節能控制器的核心部分是電力載波模塊和單片機的模塊之間的配合，方案上可以有三種，第一種選用電力載波芯片 lm1893 或 st7538，外圍電路復雜，成本較高；第二種使用 rs-485 總線，一對雙絞線就能實現多節點聯網，構成分布式系統。但是如果在工程中需要更長的通信距離，超出 rs-485 接口能夠提供的可靠傳送數據范圍時，單一的 rs-485 通信控制芯片就無法完成了。第三種是采用載波模塊 bwp08,bwp08 模塊通信穩定可靠，外圍電路簡單，因而采用第三種方案。畢業設計論文6第三章第三章 visavisa vivi 和函數和函數3.1 什么是什么是 visavisa vivi 和函數和

17、函數儀器 i/o vi 和函數可與 gpib、串行、模塊、pxi 及其它類型的儀器進行交互。儀器 i/o vi 和函數包括 gpib 函數、visa vi 和函數、串口 vi 和函數、儀器驅動程序 vi。visa vi 和函數用于對使用 visa 的儀器編程。3.1.1visa vi 和函數的組成部分及其作用visa 讀取：從 visa 資源名稱指定的設備或接口中讀取指定數量的字節，并使數據返回至讀取緩沖區visa 讀取 stb：從 visa 資源名稱指定的基于消息的設備中讀取服務請求狀態字節。visa 設備清零：對設備的輸入和輸出緩沖區進行清零visa 寫入：使寫入緩沖區的數據寫入 visa

18、 資源名稱指定的設備或接口visa 置觸發有效：依據接口類型置軟件或硬件的觸發有效。對于軟件觸發，default(0)是唯一有效協議。對于 vxi 硬件觸發，default(0)與 sync(5)等效。對于 pxi 觸發，pxi:保留(6)和 pxi:未保留(7)是有效的協議高級 visa vi 和函數：高級 visa vi 和函數用于完成高級 visa 任務。本項目中還要用到 visa 串口配置，它主要是使 visa 資源名稱指定的串口按特定設置初始化。3.2 visavisa vivi 和函數在具體范例中的使用和函數在具體范例中的使用范例：基本串行寫入和讀取基本串口讀取和寫入范例可實現串口

19、讀取、串口寫入或者串口讀寫操作。用戶可在前面板選擇操作（讀取或寫入） 。如果選擇全部，vi 將寫入數據并讀取數據，然后關閉開放給端口的 visa 會話句柄。該 vi 將等待直到端口接收到指定的字節數?；敬袑懭牒妥x取的前面板如下圖示：第三章visa vi 和函數基本串行寫入和讀取程序前面板操作步驟：1) 選擇串行資源并配置參數（波特率、數據位、奇偶、停止位和流控制） 。2) 選擇需執行的操作。3) 連接串口至設備。如未發現可用設備，請按以下任一方式執行環回測試。在 rs-232 線纜中短路引腳 2 和 3，或者在 rs-485/422 線纜中短路引腳 4 和 8 以及引腳 5 和 9。4)

20、運行 vi 并查看讀取的數據。 （如果已執行環回測試， “讀取字符串”將匹配“寫入字符串” 。 ）注：串口的參數組必須匹配連接儀器或設備的參數。在本范例中，待讀取字節參數可指定串口讀取的字節數。如端口字節超過指定的字節數，超出部分將不會被讀取。如果指定讀取的字節數超過實際字節數，可能返回超時錯誤。畢業設計論文8基本串行寫入和讀取程序總程序框圖在程序框圖中， “配置串口 vi”可用于設置配置參數。前面板顯示的控件可用于配置基本參數，如波特率、數據位和奇偶。常量可配置其它用戶無需設置的參數。 “visa 配置串口 vi”打開 visa 句柄并配置端口后，該 vi 會將 visa資源名稱傳遞至其它

21、vi 以便執行相關操作。 “visa 寫入”函數將發送一個命令至串行設備， “visa 讀取”函數將返回基于該命令的數據。 “visa 關閉”函數可關閉該串行設備的引用。關閉引用十分重要，否則可能導致 visa 無法通過端口和協議進行通信。第三章visa vi 和函數畢業設計論文10第四章第四章 項目中監控軟件的串口程序項目中監控軟件的串口程序4.1 主程序主程序串口程序前面板操作步驟：打開程序并運行，根據查看的房間，鼠標打擊房間號即可，然后你所要看的房間里電器的狀態情況就會自動跳出來。主程序程序框圖主程序框圖中利用 visa vi 和函數將從串口傳上來的數據進行分析，兩個房間的電器狀態能跳出

22、來，主要利用了時間結構的值改變功能，只要前面板“301 房間”和“209 房間”兩個布爾量的真假值改變就會觸發結構執行各自的子程序。第四章 項目中監控軟件的串口程序4.24.2 子程序子程序子程序：301 房間前面板子程序：301 房間的程序框圖畢業設計論文12子程序：219 房間前面板子程序：301 房間的程序框圖第四章 項目中監控軟件的串口程序說明：兩個子程序的程序框圖基本相同，他們的作用都是將由單片機傳上來的八位二進制數據數組利用 labview 2010 中的索引數組對每一個位上的布爾量用布爾燈和開關進行顯示。畢業設計論文14第五章第五章 硬件電路的設計與調試硬件電路的設計與調試5.1

23、 電源電路電源電路本項目工作電源需要兩種電源+5v 和+12v，采用橋式整流、電容濾波電路和三端集成穩壓器件 7812 和 7805，具體電路如圖 5-1 所示：圖 5-1 電源電路5.2 單片機最小系統電路單片機最小系統電路本項目采用 at89s51 單片機，51 單片機最小系統復位電路的極性電容 c1的大小直接影響單片機的復位時間，一般采用 1030pf，51 單片機最小系統電容值越大需要的復位時間越短，本電路中電容采用 20pf。51 單片機最小系統晶振 y1 也可以采用 6mhz 或者 11.0592mhz，在本電路中采用 11.0592 mhz。具體電路如圖 5-2 所示：圖 5-2

24、 單片機最小系統電路5.3pc 與單片機串口通信設計與單片機串口通信設計本項目中上、下機位分工明確，作為下位機核心心器件的單片機往往只負責數據的采集和通信，而上位機通常以基于圖形界面的 windows 系統為操作平臺。為便于查詢和保存數據，還需要數據庫的支持，這種應用的核心是數據通第五章 硬件電路的設計與調試信，它包括單片機上位機之間、客戶端和服務器之音以及客戶端之間的通信，而單片機和上位之間數據通信則是整個系統的基礎。單片機和 pc 的通信是通過單片機的串口和 pc 串中之間的硬件連接實現的。pc 與單片機串口通信程序設計硬件線路如圖 5-9 所示。圖 5-3 pc 與單片機串口通信程序設計

25、硬件線路5.3.1pc 串口及其各引腳功能串口及其各引腳功能串口是計算機上一種非常通用設備通信的協議，大多數計算機包含兩個基于 rs232 的串口。通常意義的串口就是指電腦主機后面的 com 口，電腦串口引腳一般就是 9 針和 25 針兩類。目前使用得最普遍的就是 9 針的串口，如下圖所示：圖 5-3串口垂直視圖各引腳功能：1 載波檢測(dcd) 2 接受數據(rxd) 3 發出數據(txd) 4 數據終端準備好(dtr) 5 信號地線(sg) 6 數據準備好(dsr) 7 請求發送(rts) 8 清除發送(cts) 9 振鈴指示(ri)。5.3.2 單片機串口通信及工作過程單片機串口通信及工

26、作過程串口通訊對單片機而言意義重大，不但可以實現將單片機的數據傳輸到電腦端，而且也能實現電腦對單片機的控制，比如你可以把寫入單片機的數據碼顯示在電腦上，如可以使用一個按鍵，當按下它時使某一個字母如：aa，通過單片機的串口將它發送到電腦上顯示，起到仿真器的某些功效。工作過程：串行口的發送過程由指令 mov sbuf，a 啟動，即 cpu 由一條寫發送緩沖器的指令把數據（字符）寫入串行口的發送緩沖器 sbuf（發）中，再由硬件電路自動在字符的始、末加上起始位（低電平） 、停止位（高電平）及其它控制位（如奇偶位等） ，然后在移位脈沖 shift 的控制下，低位在前，高位在后，從 txd 端（方式 0

27、 除外）一位位地向外發送。畢業設計論文16 串行口的接收與否受制于允許接收位 ren 的狀態，當 ren 被軟件置“1”后，允許接收器接收。接收端 rxd 一位位地接收數據，直到收到一個完整的字符數據后，控制電路進行最后一次移位，自動去掉啟始位，使接收中斷標志 ri置“1”，并向 cpu 申請中斷。cpu 響應中斷，用一條指令（mov a，sbuf）把接收緩沖器 sbuf（收）的內容讀入累加器。5.3.2 rs232crs232c 串口通信及接線方法（三線制）串口通信及接線方法（三線制）mcs-51 內部含有一個可編程全雙工串行通信接口，具有 uart 的全部功能。該接口電路不僅能同時進行數據

28、的發送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。51 單片機有一個全雙工的串行通訊口，所以單片機和電腦之間可以方便地進行串口通訊。進行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是rs232 電平的，而單片機的串口是 ttl 電平的，兩者之間必須有一個電平轉換電路，我們采用了專用芯片 max232 進行轉換，采用了三線制連接串口，也就是說和電腦的 9 針串口只連接其中的 3 根線：第 5 腳的 gnd、第 2 腳的 rxd、第 3 腳的 txd。這是最簡單的連接方法，但是對我們來說已經足夠使用了，電路如下圖所示，max232 的第 10 腳和單片機的 11 腳連接，第 9 腳和單片機的10 腳連接

29、，第 15 腳和單片機的 20 腳連接。圖 5-3 單片機和 pc 通信連接圖5.4 軟件調試軟件調試正文部分第五章 硬件電路的設計與調試畢業設計論文18第五章 xxx畢業設計論文20第六章第六章 總結與展望總結與展望6.1 二級標題二級標題正文部分6.2 二級標題二級標題正文部分第六章 總結與展望致致 謝謝在論文完成之際，我首先向關心幫助和指導我的指導老師*（副教授）表示衷心的感謝并致以崇高的敬意！。 。 。 。 。 。 。 。在論文工作中，遇到了。 。 。 。 。 。 。 ，一直得到*老師的親切關懷和悉心指導，使我。 。 。 。 。 。 。 。*老師以其淵博的學識、嚴謹的治學態度、求實的工

30、作作風和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，我將終生難忘。 。 。 。 。 。 。再一次向他表示衷心的感謝，感謝他為學生營造的濃郁學術氛圍，以及學習、生活上的無私幫助! 值此論文完成之際，謹向*老師致以最崇高的謝意!。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。在學校的學習生活即將結束，回顧兩年多來的學習經歷，面對現在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學表示由衷的感謝!特別感謝我的師兄*、*、*，以及師姐*、*對我的學習和生活所提供的大力支持和關心!還要感謝一直關心幫助我成長的室友*、*！。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。

31、 。 。 。 。 。在我即將完成學業之際，我深深地感謝我的家人給予我的全力支持！最后，衷心地感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授!參考文獻22參考文獻參考文獻 學術期刊格式：序號第一作者，第二作者，第三作者等題名學術期刊刊名出版年份卷號（期號）起頁止頁例：1. 高景德,王祥珩.交流電機的多回路理論j.清華大學學報,1987,27(1):18(完整的)2. 高景德,王祥珩.交流電機的多回路理論j.清華大學學報,1987 (1):18(缺卷的)3. chen s,billing s a,cowan c f,et al.practical identification of marmax models.int j control,1990,52(6):13271350(完整的) 學術著作格式序號作者學術著作書名版次(首版免注)翻譯者出版地:出版社，出版年起頁止頁例：4. 竺可楨.物理學m.北京:科學出版社,1973.135. 霍夫斯基主編.禽病學m:下冊.第 7 版.胡祥壁