1、1、概述1.1現狀我國人多地少，人均占有耕地面積少。因此，要改變這種局面，只靠增加耕地面積是不可能的，要用新的方法來提高單位畝產量，溫室大棚技術就是其中的一個好的方法。 溫室大棚就是建立一個模擬適合生物生長的氣候條件，創造一個人工氣象環境，來消除溫度對生物生長的限制。而且，溫室大棚能克服環境對生物生長的限制，能使不同的農作物在不適合生長的季節產出，使季節對農作物的生長影響不大，部分或完全擺脫了農作物對自然條件的依賴。由于溫室大棚能帶來可觀的經濟效益，溫室大棚技術越來越普及。成為農民增收的主要手段。1.2現有溫室大棚的缺點隨著大棚技術的普及，溫室大棚數量不斷增多，溫室大棚的溫度控制成為一個難題。

2、傳統的溫度控制是在溫室大棚內部懸掛溫度計，通過讀取溫度值來知道大棚內的實際溫度，然后根據現有溫度與額定溫度進行比較，看溫度是否過高或過低，如果過高，就對大棚進行降溫處理，如果過低就升溫，就對大棚進行升溫。這些操作都是在人工情況下進行的，這些都浪費了大量的人力物力，對于大棚數量很多來說，是面臨的一個難題。現在，隨著農業產業規模的不斷提高，農產品在大棚中培育的品種越來越多，對于數量較多的大棚，傳統的溫度控制措施就顯現出很大的局限性。1.3改進辦法虛擬儀器技術越來越完善，所以，選用虛擬儀器來改善大棚的溫度控制系統。本系統LabVIEW虛擬儀器編程，通過對前面板的設置來顯示溫室大棚內的溫度，并進行報警

3、，進而對大棚內溫度進行控制。本系統有單片機，溫度傳感器，串口通信，和計算機組成。計算機主要是進行編程，對溫度進行顯示、報警和控制等；溫度傳感器是對大棚內溫度進行測量，顯示；單片機是對溫度傳感進行編程，讀去溫度傳感器的溫度值，并半溫度值通過串口通信送入計算機；串口通信作用是把單片機送來的數據送到計算機里，起到傳輸作用。其原理圖如圖11所示。需要做的工作就是進行計算機編程，和單片機編程，使傳感器工作，并進行溫度控制。大棚溫度傳感器單片機計算機RS-485通信 圖1 溫室大棚溫度控制系統Fig.1 Temperature control system of large canopy of green

4、house 本系統能夠對大棚內的溫度進行采集，然后再進行比較，通過比較對大棚內的溫度是否超過溫度限制進行分析，如果超過溫度限制，溫度報警系統將進行報警，來通知管理人員大棚內的溫度超過限制，大棚內的溫控系統出現故障，從而有利于農作物的生長，提高產量。本系統最大的優點是在一臺電腦上可以監測到多個大棚內的溫度情況，從而進行控制。在涉及本系統中，需要對LabVIEW進行學習，然后設計系統的前面板，對溫度傳感器進行選擇，對單片機和通信標準進行選擇和設計，由于本系統側重軟件部分，所以，硬件部分的程序忽略不寫。2、虛擬儀器程序設計2.1虛擬儀器介紹儀器的發展概況儀器是人類認識世界的基本工具，也是信息社會人們

5、獲取信息的主要手段之一。電子測量儀器發展至今，經歷了指針式儀表、模擬器件儀器、數字器件儀器、智能儀器、個人儀器、虛擬儀器的發展階段。由于電子技術、計算機技術和網絡技術的高速發展及其在電子測量技術與儀器領域中的應用，新的測試理論、新的測試方法、新的測試領域以及新的儀器結構不斷出現，電子測量儀器的功能和作用已發生質的變化，其中計算機處于核心地位。計算機軟件技術和測試系統更加緊密的結合趁一個有機整體，導致儀器的結構概念和設計觀點的也發生突破性的變化。在上述的背景下，出現了新的儀器概念虛擬儀器1。、虛擬儀器所謂虛擬儀器技術，就是用戶在通用的計算機平臺上，根據測試任務的需要來定義和設計儀器的測試功能，其

6、實只是充分利用計算機來實現和擴展傳統儀器功能。虛擬儀器技術綜合運用了計算機技術、數字信號處理技術、標準總線技術和軟件工程方法，代表了測量儀器與自動測試系統未來的發展方向。虛擬儀器的“虛擬”兩字主要包含以下兩方面的含義。（1）、虛擬儀器的面板是虛擬的。虛擬儀器面板上的各種“圖標”與傳統儀器面板上的各種“器件”所完成的功能是相同的。傳統儀器面板上的器件都是“實物”，而且是由“手動”和“觸摸”進行操作的；虛擬儀器前棉班是外形與實物相象的“圖標”，每個圖標的“通”、“斷”、“放大”、等動作通過用戶操作計算機鼠標或鍵盤來完成。因此，設計虛擬儀器前面板就是在前面板設計窗口中擺放所需的圖標，然后對圖標的屬性

7、進行設置。（2）、虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現的。虛擬儀器是在一PC為核心組成的硬件平臺支持下，通過軟件編程來實現儀器功能的。因此，可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現多種測試功能。虛擬儀器的特點1、 傳統的面板只有一個，其上布置著種類繁多的顯示和操作元件，易導致許多識別與操作錯誤。虛擬儀器可以通過在幾個分面板撒謊感的操作來實現比較復雜的功能。這樣，在每個分面板上就可以實現功能操作的單純化與面板布置的簡捷化，從而提高操作的正確性和便捷性。同時，虛擬儀器面板上的顯示元件和操作元件的種類和形式不受“標準件”和“加工工藝”的限制，它們是由編程來實現的，設計者可以根據用戶的

8、認知要求和操作要求，設計儀器面板。2、 在通過硬件平臺確定后，由軟件取代傳統儀器中的硬件來完趁一起的功能。3、 儀器的功能是用戶根據需要由軟件來定義的，而不是事先由廠家定義好的。4、 儀器性能的改進和功能的擴展只需更新相關的軟件設計，而不需要購買新的儀器。5、 研制用期較傳統儀器大為縮短。6、 虛擬儀器開放、靈活、可與計算機同步發展，與網絡及其他周圍設備互聯2。 虛擬儀器的功能和基本工作原理 1、虛擬儀器的功能： （1）、信號調理和采集功能； （2）、數據分析和處理功能； （3）、參數設置和結果表達。 2、虛擬儀器的基本工作原理 虛擬儀器完成上述三大功能的原理框圖如圖2-1所示儀器驅動程序（機

9、-機接口）用戶接口（人-機接口） 被測對象調理、采集激勵檢測軟件計算機及附件（控制、處理）用戶鍵盤顯示讀出鍵入 圖2-1虛擬儀器原理功能圖 Fig2-1 Principle functional diagram of VI 工作構成如下：首先，用戶通過虛擬儀器面板設置好儀器功能，量程，頻段等工作參數后，啟動儀器進行測量。在計算機控制下，被測對象經儀器部分的調理和采集后，變成數據，再經過計算機處理，其結果送顯示，由用戶讀取或打印輸出。因此，虛擬儀器的基本組成應包括： 1、用戶（人-機）接口部分 此部分完成參數設置和結果顯示等人-機對話功能。其硬件有鼠標、鍵盤、顯示器、打印機、繪圖儀等，其軟件有用

10、戶界面。 2、信號（機-機）接口部分 此部分完成信號調理和數據采集功能。它的硬件主要由測量儀器的模擬電路為主構成。由于被測對象是各種各樣的，有點或非電的物理量、化學量、生物量等，由于這些被測對象千差萬別，因此，在采集前通常要進行非電量到電量的變換（各式傳感器）、幅度（放大、衰減）、頻率（混頻、檢波、濾波）、阻抗（高阻、低阻、匹配）、隔離、激勵（交直流源、恒壓恒流源）等各種調理，使其到采集板時為歸一化的模擬電信號，最后再由采集板進行A/D轉換。此外，信號接口部分通常還含D/A變換，定時/記數、數字I/O等功能模塊。這部分的軟件稱為儀器（或設備）驅動器。 3、控制與處理部分 此部分硬件包括各種高性

11、能的計算機（筆記本機、PC機、工控機、工作站等）及附件。起軟件為控制、分析、處理程序。2.2LabVIEW語言 LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環境的簡稱，是美國國家儀器公司（簡稱NI）的創新軟件產品，也是目前應用最廣，發展最快，功能最強的圖形化軟件開發集成環境。 LabVIEW軟件的特點如下：1、 具有圖形化的編程方式，設計者無需寫任何文本格式的代碼，是真正的工程師語言。2、 提供豐富的數據采集、分析及存儲的庫函數。3、 提供傳統的程序調試手段，如設置斷點、單步運行，同時提供獨具特色的執行工具，是程序動畫式運行，利于設計者觀察到程序運行的細節，使程序的調試和開發更為便捷。4、 32位的編譯

12、器編譯生成32位的編譯程序，保證用戶數據采集、測試和測量方案的高速執行。5、 囊括了PCI、GPIB、PXI、VXI、RS232/485、USB等各種儀器通信總線標準的所有功能函數，使得不懂得總線標準的開發者也能夠驅動不同總線標準接口設備和儀器。6、 提供大量與外部代碼或軟件進行鏈接的機制，諸如DLL（動態鏈接庫），DDE（共享庫），Activex等。7、 具有強大的Internet功能，支持常用的網絡協議，方便網絡遠程測控儀器的開發3。虛擬儀器和傳統儀器的比較傳統儀器：儀器廠商定義、硬件是關鍵、價格昂貴、技術更新慢（510年）、封閉系統、規模、功能固定、開發維護費用高、功能單一，維護不便。虛

13、擬儀器：由用戶自己定義、軟件是關鍵、價格低、可重復使用、技術更新快（12年）、開放系統，可方便的同外設、網絡等連接、規模、功能可任意修改、增減、開發維護費用低、智能化、多功能、遠距離傳輸7。在虛擬儀器系統中，硬件是用來解決信號的輸入和輸出，軟件是整個儀器系統的關鍵。虛擬儀器棉班空間對應著軟件程序，這些軟件已經設計好了，使用時用戶只需將代表該種軟件程序的圖形控件防在窗口中相應的位置，然后把所有的圖標連起來，就組成了一個虛擬儀器系統。虛擬儀器綜合運用了計算機軟件技術、智能測試技術、摸板及總線標準化技術、數字信號處理技術、圖形處理技術以及高速專用集成電路制造技術等，是建立在標準化、系列化、模塊化、積

14、木化的硬件與軟件平臺上的一個完全開放的系統。由于虛擬儀器具有以上優點，所以，溫室大棚的溫度控制系統采用了虛擬儀器語言來設計系統的前面板。2.3溫室大棚的虛擬儀器設計系統溫室大棚的虛擬儀器設計分為3個部分，登陸部分、大棚序號顯示部分、各個大棚的溫度顯示報警控制部分。下面分別敘述其功能。登陸面板登陸面板如圖22所示，框圖程序如圖23和圖24所示。如圖所示，如果輸入正確的用戶名和密碼，點確定，將進入虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統；如果輸入的用戶名和密碼錯誤，將無法登陸虛擬儀器溫室大棚溫度測控系統。如過輸入用戶名和密碼后，不想進入本系統，點取消鍵將退出本系統。其框圖程序分為兩部分，結構為事件結構，當程序

15、運行時，點擊確定或取消，就能進入或退出系統。事件結構使LabVIEW具有了事件驅動的能力，這些事件包括鼠標事件（單擊、雙擊等）、鍵盤事件、選單事件、窗口事件（如關閉窗口）、對象的數值變化等。這給用戶的編程帶來了很大的方便。事件結構由框架、超時端口、時間數據節點、遞增/遞減按鈕和選擇器標簽組成。事件結構能夠響應的事件有兩種類型：通告事件和過濾事件。通告事件通知LabVIEW一個動作發生，例如用戶改變了一個控件的值。過濾事件用來控制用戶界面的操作。當沒有任何事件發生時，事件結構就會處于休眠狀態，直到有一個或多個預先設定的事件發生時，事件結構才會自動蘇醒，并根據發生的事件執行用戶預先設定的動作。圖2

16、2登陸面板Fig2-2 Land the panel 事件結構的特點如下： 1、使用Mechanical Action屬性為Latch的布爾控件來觸發事件。 2、在一個事件結構中使用多個子框架處理相同事件。 3、使用一個事件結構子框架處理多個通告事件。 4、使用一個事件結構子框架處理多個過濾事件。 5、使用事件結構處理用于循環控制的布爾控件。 6、使用事件與使用Wait for Front Panel Activity節點。 7、事件結構只響應用戶交互操作引發的事件。 8、避免在同一個循環中使用兩個事件結構。圖2-3 登陸框圖程序確定的框圖程序Fig2-3 Land the block dia

17、gram procedure- Procedure of block diagram confirmed 圖24登陸框圖的取消程序框圖 Fig 2-4 Land the cancellation procedure block diagram of the block diagram溫室大棚界面 其大棚界面前面板如圖25所示。其中一個大棚的子程序框圖程序如圖26所示。當大棚內溫度過高或過低時，大棚號會顯示出紅色，并出現“溫度報警”的字樣，這是，點擊1號大棚，會出現1號大棚內的子程序前面板，顯示溫度值等數據，具體介紹在后面給出。2號大棚的設計和一號大棚類似，不在介紹。1號大棚的程序框圖如圖26所

18、示，“OK”為布爾按鈕，其值為1和0，1為真，0為假。通過設置，能改變按鈕的屬性。框圖為選擇結構的一種，其輸入為“Ture”和“False”兩種，當輸入為Ture時，為真，顯示Ture框架里的內容，當為“False”時，顯示False內的 圖25 溫室大棚的前面板Fig2-5 Board in the front in the large canopy of the greenhouse 圖26 1號大棚的子程序框圖Fig2-6Subprogram block diagram of the large canopy of the 1st內容。圖中程序執行的步驟為：當按下按鈕時，其值為Ture，

19、程序執行其內容。在本框圖中，False框架內的內容為空，忽略不計，所以沒有顯示。最基本的選擇結構由選擇框架、選擇端口、選擇器標簽，以及遞增/遞減按鈕組成。選擇結構比較靈活，輸入選擇端口中的外部控制條件的數據類型有3種可選：布爾型、數字型和字符串型。當控制條件為布爾型時，選擇結構的選擇器標簽的值為Ture和False兩種，即有Ture和False兩種選擇框架，這是系統的默認的選擇框架類型。當控制條件為數字型時，選擇結構的選擇器的選擇器標簽的值為整數0、1、2等，選擇框架的個數可根據實際需要確定，在選擇框架的右鍵彈出選單可天家選擇框架。當控制條件為字符串型時，選擇結構的選擇器標簽的值為由雙引號括起

20、來的字符串，選擇框架的個數也是根據實際需要確定的。但是，在使用選擇結構時候，控制條件的數據類型必須與選擇器標簽中的數據類型一致。二者如果不匹配，系統回報錯，同時，選擇器標簽中的字體的顏色會變為紅色8。在VI處于編輯狀態時，用鼠標（對象操作工具狀態）單擊遞增/遞減按鈕可將當前的選擇框架切換到前一個或后一個選擇框架；用鼠標單擊選擇器標簽，可在下拉選單中選擇切換到任一個選擇框架。 選擇結構有很多特點，其主要特點是，當外部數據連接到選擇框架上供其內不節點使用時，選擇結構的每一個子框架都能從該通道中獲得輸入的外部數據；當選擇結構內部的數據需要通過框架通道送至外部時，必須在每一個子框架中都連接一個同數據類

21、型的數據到同一個框架通道上。單個大棚的溫度測控系統 單個大棚的溫度測控系統前面板如圖27所示。下面分別敘述其個部分的功能。 （1）、溫度實時圖 在虛擬儀器中，波形顯示控件主要分成兩大類，一類為事后記錄圖，或事后記錄波形控件；另一類稱為實時趨勢圖，或實時趨勢波形控件。這兩類控件都是用來對波形或圖形進行顯示的，它們的區別在于兩者數據組織方式及波形的刷新方式不同。對于事后記錄圖來說，它的基本數據類型為數組，也就是其顯示是將構成數組的全部測量數據一次顯示完成的；而實時趨勢圖則是實時顯示一個或幾個測量數據，而且新接受數據點要接在原有波形的后面連續顯示。她的基本數據類型是數據標量，也可以是數組。即使是數組

22、，實時趨勢圖的方式也是連續不斷地 一個數組接著一個數組顯示，而不是一次顯示完成。 實時趨勢圖控件的輸入是一個雙精度浮點數。實時趨勢圖控件一次可以接收一個點的數據，也可以接收一組數據。在實時趨勢圖控件中，它的數據只不過是代表一條波形上的幾個點。在實時趨勢圖控件內，設置了一個顯示緩沖器，用來保存一部分歷史數據，并接收新數據。這個緩沖區的數據存儲按照先進先出的規則管理，它決定了該控件的最大顯示數據長度。在默認情況下，這個緩沖的大小為1KB，即最大的數據顯示長度為1024個。實時趨勢圖控件適合用在實時測量中的參數監控3。 圖27 溫室大棚的溫度測控系統Fig2-7 The temperature of

23、 the large canopy of the greenhouse observes and controls the system 在波形顯示控件中，可以對波形顯示進行屬性設置，如調整X、Y軸的坐標，對波形進行清空等，另外，還可以對圖形的外觀、數據格式和精度、線型、刻度、光標進行設置。在波形顯示控件中的工具可以對波形進行自動縮放、數字標度設置、對圖形進行拖動等工具。實時趨勢圖除了具有上述功能外，還具有本身的特點。 1、數字顯示實時趨勢圖控件是以一次一個點或幾個點的方式來接收數據的 。在右鍵彈出選項總，有一個數字指示器，這個指示器直觀地顯示了最新顯示的一個數據的大小。如果有多條波形，則每條

24、波形都可以有一個對應的數字指示器。2、滾動條實時趨勢圖控件有一個數據緩沖區。如果要顯示滾動條，在右鍵彈出的選項中選取，當這個選項有效時，實時趨勢圖控件可以用一個滾動條來查看緩沖區內前后任何位置的一段數據波形。3波形刷新方式在實時趨勢圖空間中，有3中不同的波形刷新方式，可以刷新波形。4多層圖在默認條件下，實時趨勢圖控件將在相同的縱坐標下顯示多條波形曲線。如果這些測量信號的大小范圍相差比較大或是顯示量綱不同，那么，在相同的縱坐標下，就可能出現信號顯示不匹配的情況。針對這種情況，實時去世土控件專門提供了多層圖選項，允許不同信號在不同的縱坐標設置下顯示。當選項有效時，每個波形的Y軸值舊可以單獨設置，但

25、X軸的設置是共用的。5、歷史記錄長度該選項用語設置緩沖去的大小，默認值 1024點的浮點數。緩沖區越大，保留的歷史數據越多。但也要注意實際系統的物理內存大小，否則將引起系統性能的下降。（2）、時間顯示在虛擬儀器語言中，有字符串節點，其中有時間字符串的格式化節點。在此節點中，輸入相應的字符串，就能在前面板上顯示出當前的時間。其前面板如圖28所示?？驁D程序如圖29所示。 在字符串節點中，包含以下集中用法： 1、字符串合并； 圖28 時間顯示前面板Fig2-8 Board time showing in the front 圖29 時間顯示框圖程序Fig2-9 Block diagram proce

26、dure of time showing 2、字符串分離； 3、子字符串的提??； 4、時間字符串的格式化； 5、字符串的大小寫轉換； 6、數值與字符串的相互轉換； 7、字符串的比較； 8、字符串與ASCII碼值的轉換3。 在此設計中，用到了While循環，下面介紹一下次循環。 當循環次數不能預先確定時，就用到While循環。While循環也是虛擬儀器語言最基本的結構之一。 最基本的While循環由循環框架，重復端口，以及條件端口組成。 重復端口的初始值為0，每次循環的遞增步長為1。但是，在LabVIEW中，重復端口的初始值和步長是固定不變的，如果要用到不同的初始值和步長，可對重復端口產生的數據

27、進行一定的數據運算。 條件端口用語控制循環是否繼續進行，當每一次循環結束時，條件端口便會檢測通過數據連線輸入的布爾值，并根據輸入的布爾值和其使用狀態決定是否繼續執行循環。 While循環執行的是包含在循環框架中的程序，但循環次數卻是不固定的，只有當滿足給定的條件時，才停止循環的執行。 （3）溫度顯示 在本系統中，能夠顯示當前溫度值和溫度報警等功能。當前溫度顯示由溫度計和數字輸出組成，能夠顯示出當前大棚內的實時溫度值，能夠從溫度計和數字輸出（實時溫度值）讀出數據。 （4）溫度管理 在溫度管理中，可以對大棚內的溫度上下限進行設置，然后把從傳感器送近來的溫度值和上下限進行比較，如果當前溫度高于溫度上

28、限，則溫度過高指示燈亮，如果當前溫度低于溫度下限，則溫度過低指示燈會亮。起結構為比較結構，和循環結構。把當前溫度和溫度上下限進行比較，在把比較結果送到循環結構的條件端口，當條件滿足時，循環開始，執行循環內的程序；當條件沒有滿足時，循環停止。兩個循環都不滿足時，溫度在上下限范圍內，兩個指示燈都不亮。在循環內部，把由循環框架送進來的數據和溫度上下限進行比較，得出應該上升和下降的溫度。從而得知大棚內溫度情況。 大棚內溫度測控系統的部分框圖程序如圖2-10所示。 圖2-10 溫室大棚溫度測控系統的部分框圖程序Fig 2-10 The temperature of large canopy of the

29、 greenhouse observes and controls some block diagram procedures of the system （5）、 傳感器狀態信息 傳感器狀態信息是反映出大棚內各個傳感器的狀態，如傳感器出現故障，歷史傳感器的數據等，通過此面板，可以看出大棚內傳感器是否正常工作。如出現故障，可以及時發現，并進行處理。 （6）、各個按鈕的作用 1、設置 此按鈕作用是對系統進行設置，初始化，如設置溫度上下限等。 2、數據刷新 此按鈕用來刷新數據，把溫度實時圖的圖像刷新，在程序運行過程中，如果點此按鈕，將把溫度實時圖的圖形清除掉，重新開始顯示。 3、數據保存 在一般的

30、實時系統中，都有數據保存按鈕。當程序運行時，需要保存數據的時候，按下數據保存按鈕，就能把從現在開始的數據保存到指定的文件中。 4、數據查詢 在系統中，有時候要對以前的歷史數據進行查詢，以便分析大棚內的溫度變化情況，數據查詢按鈕這是為此設置的。當程序運行的時候，需要查詢以前的數據，按下此按鈕，便可以出現以前的數據，以便查詢8。 5、數據打印 有些時候，保存下來的數據需要打印出來，此按鈕這是完成這個功能。當程序運行時，需要把數據打印出來，按下此按鈕，與電腦相連的打印機便會把數據打印出來，以供查詢。 6、停止 當程序正在運行時，需要終止程序的運行，按下停止按鈕，程序便終止，不在運行。 7、返回 當大

31、棚內溫度達到正常時候，點返回按鈕，便返回到上一程序，結束本程序的顯示。 這是大棚溫度測控系統的前面板顯示。另外，由于計算機和單片機的通信距離比較遠，而并行通信的傳輸距離和抗干擾力比串行通信弱，所以在此單片機和計算機的連接采用串口連接，因此要對串口通信進行編程。 串口通信分為串口讀和串口寫，下面分別介紹其框圖程序以及前面板的設計方法。首先介紹串口讀程序。 在虛擬儀器語言中，有能夠對串行口通信進行讀的節點。串行通信節點分為6種，分別實現初始化串口、串口寫、串口讀、檢測串口緩存、中斷以及關閉串口等功能。在利用計算機控制串口一起設備時，經常會用到初始化串口節點。在進行串行通信前，首先要配置好串口，也即

32、先初始化串口，使計算機串口的各種參數設置與儀器設備的串口保持一致，這樣才能夠正確的通信。在初始化節點中，能夠對串口號、波特率、數據位、停止位、奇偶校驗、流控制、激活終止符、終止符、超時、復制的串口好進行設置。如果不進行設置，系統將按照默認值進行設置。 下面為串口讀的前面板程序和框圖程序。 圖2-11 串口讀程序前面板Fig2-11 One bunch of mouths is read the procedure front board 圖2-12 串口讀框圖程序Fig2-12 One bunch of mouths is read the block diagram procedure 此程

33、序為串口讀的程序，在程序中，先對串口進行初始化，由于有的串口不設置系統有默認值，所以只對串口號，波特率，接受的數據字節數進行了設置。由框圖程序可以看出，程序采用了順序結構和While循環，當程序運行時，先詢問是否繼續串口讀操作，點 2-12 串口初始化前面板Fig2-12 One bunch of mouths initializes the front board2-13串口初始化框圖程序Fig2-13 One bunch of mouths initializes the block diagram procedure確定后，繼續操作。先寫串口，然后在寫入這次接受的數據字節數，在讀串口輸入

34、的文字，最后關閉文件。在程序中，把串口輸入的數據用實時圖表示出來，顯示輸入的數據，再在數據緩沖區顯示出來。 下面為串口初始化前面板和框圖程序。 在串口初始化設置中，波特率選擇有多種，其中默認值為9600，在串口號選擇中默認值為COM1數據位參數默認值為8位，停止位參數為1bit，奇偶校驗默認值為無校驗。對串口進行設置，可以按照用戶的意圖設置。 在虛擬儀器語言中，串口寫程序前面板如圖2-14所示，框圖程序 圖2-14 串口寫前面板Fig2-14 One bunch of mouths is written with the front board 圖2-15 串口寫框圖程序Fig2-15 One

35、 bunch of mouths is written with the block diagram procedure如圖2-15所示。以上為虛擬儀器溫室大棚測控系統各部分的作用，原理，其綜合作用就是通過串口讀程序，把從單片機送來的數據讀入程序之中，在把數據與給定的溫度上下限進行比較，得出結果，進行報警和得出應該上升或下降的溫度值；在通過按鈕，對系統進行存儲、打印、查詢等。通過登陸界面，來登陸本系統，如果不是管理員，用戶名和密碼錯誤，就不能登陸本系統。在大棚號界面，當溫度超限時，大棚號將自動變紅，來提醒操作人員，此大棚溫度超限。這是虛擬儀器界面完成的功能。 3、硬件電路的設計3.1組成由于系

36、統要對溫度進行測量和控制，在大棚內部，對溫度進行測量，并對溫度進行控制。由于智能溫度傳感器DS18B20既集能對溫度進行測量，又能控制溫度，并對溫度值能夠把二進制轉換成十進制，所以設計系統選用此智能溫度傳感器。由于AT89系列單片機與MCS-51系列單片機兼容，所以，單片機選用AT89C2051。在數據傳輸方面，由于從大棚到計算機的距離較長，所以選用RS-485通信作為數據傳輸。 硬件電路由單片機、溫度傳感器、RS485串口通信和計算機組成。其中溫度傳感器選用DS18B20智能溫度傳感器，作用是采集大棚內的溫度，并進行判斷。單片機主要是對DS18B20進行編程，使起進行溫度測量和控制溫度，并對

37、RS485通信進行編程，是數據傳入計算機。3.2溫度傳感器DS18B20是美國DALLAS半導體公司繼DS1820之后最新推出的一種改進型智能溫度傳感器。與傳統的熱敏電阻相比，它能過直接讀出被測溫度并且可根據實際要求通過簡單的編程實現912位的數字值讀數方式。可以分別在93.75ms和750ms內完成9位和2位的數字量，并且從DS18B20讀出的信息或寫入DS18B20的信息僅需要一根口線（單線接口）讀寫，溫度變換功率來源于數據總線，總線本身也可以想所掛接DS18B20供電，而無需額外電源，因而使用DS18B20可使系統結構更趨簡單，可靠性高。它在測溫精度、轉換時間、傳輸距離、分辨率等方面較D

38、S1820有了很大的改進，給用戶帶來了更方便和更令人滿意的效果。DS18B20采用了3腳PR35封裝或8腳SOIC封裝，引腳排列如圖31所示。 I/O為數據輸入/輸出端（即單線總線），它屬于漏極開路輸出，外接上拉電阻后，常態下呈高電平。UDD是可供選用的外部電源端，不用時接地，GND為地，NC空腳。DS18B20的性能特點（1）、DS18B20的供電電壓范圍為3.0-5.5V。當在-10+85范圍內，可確保測量誤差不超過0.5，在-55+125范圍內，測量誤差也不超過2。（2）、DS18B20的轉換速率比較高，進行9位的溫度轉換僅需93.75ms。（3）、具有電源反接保護電路。當電源電壓的極性

39、反接時，能保護DS18B20不會因發熱而燒毀。但此時芯片無法正常工作。圖31 DS18B20的管腳排列Fig3-1 The foot of the tube of DS18B20 is arranged（4）、適配各種單片機或系統。（5）、采用DALLAS公司獨特的“單線總線”專有技術，通過串行通信接口（I/O）直接輸出被測溫度值（912位二進制數據，含符號位）。（6）、內含64位激光修正的只讀存儲ROM，扣除8位產品系列號和8位循環冗余校驗碼（CRC）之后，產品序號占48位。出廠前產品序號存入其ROM中。在構成大型溫控系統時，允許在單線總線上掛接多片DS18B20。（7）、用戶可自設定非易失

40、性的報警上下限值。（8）、支持多點組網功能，多個DS18B20可以并聯在唯一的三線上，實現多點測溫4。單線接口64位ROM和存儲器與控制邏輯高速緩存溫度傳感器高溫觸發器Th低溫觸發器Tl配置寄存器8位CRC發生器電源檢測GNDI/OC 圖32 DS18B20的內部結構Fig3-2 Inside structure of DS18B20DS18B20主要包括7部分：1、寄生電源；2、溫度傳感器；3、64位激光（loser）ROM與單線接口；4、高速暫存器，即便筏式RAM，用于存放中間數據；5、TH觸發寄存器和TL觸發寄存器，分別用來存儲用戶設定的溫度上下限值；6、存儲和控制邏輯；7、8位循環冗余

41、校驗碼（CRC）發生器。其內部結構框圖如圖22所示。DS18B20的初始化和讀溫度程序流程圖、啟動溫度轉換及讀溫度值流程圖如圖3-3、3-4、3-5所示； 圖3-3 DS18B20的初始化流程圖Fig3-3 Initializing the flow chart of DS18B20 圖3-4 DS18B20的工作流程圖Fig3-4 Job flow chart of DS18B20圖3-5啟動溫度轉換及讀溫度值Fig3-5 Start temperature and change and read temperature value3.3RS485通信設計 在計算機領域內，有兩種數據傳送方式

42、：串行傳送和并行傳送。 并行數據傳送是數據在多條并行1位寬的傳輸線上同時由源到目的。串行數據傳輸是數據在單條1位寬的傳輸線上，1比特1比特的按順序分時序傳送。雖然串行傳輸在短距離上傳輸速度慢，但在長距離傳輸上快于并行傳輸，且在傳輸距離，信號衰減與放大、費用上明顯優于并行傳輸。由于從大棚到計算機的距離較長，基于以上原因，選用串行傳輸。 數據的連通方式分為3種： 1、單向數據通道。它僅能進行一個方向的數據傳送。即A只能作為發送器，B只能作為接收器。數據只能A傳送B。 2、半雙工數據通路、 它能交替地進行雙向數據傳送，即A可以作為發送器，也可以作為接收器，設備B也是如此。數據可以從設備A傳送到設備B

43、 ，反之亦然。但是兩設備之間僅有一根傳輸線。因此兩個方向的數據傳輸不能同時進行，而只能交替進行。某一時刻A作為發送器，B作為接收器，數據流由A流向B。另一時刻，B作為發送器，A作為接受器，數據流由B流向A 3、全雙工數據通路 A、B均可以既是發送器，又是接收器，兩者之間有兩根傳輸線。因此，它能在兩個方向上同時進行數據傳輸，即A向B發送的同時，B也可以向A發送。顯然，為了實現雙工傳輸，兩個傳輸方向的資源必須完全獨立，即A和B必須具有獨立的接受器和發送器。從A到B 的數據通路必須完全與從B到A的數據通路分開。這樣，當A向B發送，B向A發送時，實際上使用兩個邏輯上獨立的單向傳輸線路11。 在串行通信

44、中，有同步通信和異步通信兩種方式，其具體論述如下： 同步方式為在數據之前加入某些表示傳送開始的控制信號（一些二進制位或字罕），當接收一方收到這些表示傳送開始的控制信息后，即把控制信息后面的內容作為數據接收下來。異步方式為以字符為單位傳送數據的。每個字符前有起始位，表示字符開始，在字符結束時有停止位，表示字符結束。目前的通信標準有RD-232、RS-422、RS-485標準。其標準如下：RS-232串行接口標準     目前RS-232是PC機與通信工業中應用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標準。

45、RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 由于其發送電平與接收電平的差僅為2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20kb/s。RS-232是為點對點（即只用一對收、發設備）通訊而設計的，其驅動器負載為37k。所以RS-232適合本地設備之間的通信。由于RS232接口標準出現的較早難免有不足之處，主要有以下四點：1、接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL電平不兼容，使用電平轉換電路才能與TTL電路連接。 2、傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。 3、接口使用一根信號線和一根信號返回線

46、而構成共地的傳輸形式，這種共地傳輸容易昌盛共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。 4、傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能用在50米左右5。RS-422電氣規定      RS-422標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發送驅動器比RS232更強的驅動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節點，最多可接10個節點。即一個主設備（Master），其余為從設備（Salve），從設備之間不能通信，所以RS-422支持

47、點對多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發端最大負載能力是10×4k+100（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨的發送和接收通道，因此不必控制數據方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現。       RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速

48、率僅為1Mb/s5。       RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的特性阻抗。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在300米以下不需終接電阻。終接電阻接在傳輸電纜的最遠端。 針對RS232、RS-422的不足，于是出現了一些新的接口通信標準，RS485就是其中之一，它具有以下特點： 1、RS485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（26）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（26）V表示。接口信號電平比RS232降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。 2、RS

49、485的數據最高傳輸速率為10Mbps。 3、RS485接口的最大傳輸距離標準值為4000英尺，實際上可達1219米。另外，RS232接口在總線上只允許連接一個收發器，即單站能力。而RS485接口在總線上是允許連接多達128個收發器，即具有多站能力，用戶可以利用單一的RS485接口方便的建立起設備網絡。 4、RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力強，即抗噪聲干擾性好6。RS-485電氣規定 ：     由于RS-485是從RS-422基礎上發展而來的，所以RS-485許多電氣規定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式

50、、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485可以采用二線與四線方式，二線制可實現真正的多點雙向通信，而采用四線連接時，與RS-422一樣只能實現點對多的通信，即只能有一個主（Master）設備，其余為從設備，但它比RS-422有改進， 無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設備。因RS485接口具有良好的抗干擾能力，長距離傳輸和多站能力等上述優點，就使其成為手選的串行接口。因為RS485接口組成的半雙工網絡，一般只需2根線，所以RS485接口均采用屏蔽雙絞線傳輸。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座與智能終端。 3.4單片機的選擇 單片微型計算機簡稱單片機，又稱微控制器

51、，嵌入式微控制器等，屬于第四代電子計算機（以一大規模集成電路為特征）。它把中央處理器、存儲器、輸入/輸出接口電路以及定時器/計數器集成在一塊芯片上，從而具有體積小、功耗低、價格低廉、抗干擾能力強且可靠性高等特點，因此，適合應用于工業過程控制、智能儀器儀表和測控系統的前端裝置。正是由于這一原因，國際上逐漸采用微控制器（MCU）代替單片微型計算機（SCM）這一名稱。“微控制器”更能反映單片機的本質，但是由于單片機這個名稱已經為國內大多數人所接受，所以仍沿用“單片機”這一名稱7。 單片機的主要特點 1、具有優異的性能價格比。 2、集成度的、高、體積小、可靠性高。 3、控制功能強。 4低電壓，低工耗6

52、。 單片機的主要應用領域 由于單片機具有上述顯著的特點，因此，其應用領域無所不至，在自動化裝置、智能化儀器儀表和家用電器等領域得到日益廣泛的應用。下面舉一些典型的應用領域。 1、工業控制 2、儀器儀表 3、電信技術 4、辦公自動化和計算機外部設備 5、汽車和節能 6、制導和導航7、商用產品8、家用電器10。在單片機選用方面，選用ATMEL公司生產的AT89C2051，它是該公司生產標準型單片機，其主要性能如下：AT89C2051是ATMEL公司生產的帶2K字節閃速存儲器的8位單片機。其具有如下的一些特性：    (1)指令與MCS-51芯片兼容； 

53、60;  (2)內含2k字節的可編程閃速存儲器；    (3)工作電壓范圍：27V至6V;    (4)全靜態工作：0H-24MHZ；    (5)內含128位RAM；    (6)15條可編程控制IO線；    (7)片內模擬電壓比較器    (8)2個16位定時器計數器寄存器；    (9)6個中斷源；    (10)可編程串行URAT通道；    (11)直接LED驅動輸出；    (12)低功耗的閑置和掉電模式；    (13)二級程序存儲器加鎖；    (14)壽命：1000次寫擦循環； (15)數據保留時間：10年9。其內部結構如圖2-7所示。  端口P1可以用作為8位雙向IO引腳控制,P12至P17提供內部提升電阻，P10及P11則需要外加提升電阻，P10也作為內部模擬比較器的負端(AINI)輸入，P1的輸出緩沖器可以吸入