基于LabVIEW的恒温水域智能控制系统的界面设计(2)

为了更好的满足用户操作，实现更友好的人机界面，通常可以采用PC与单片机之间的串行通信，通过单片机采集数据，然后用异步串行通讯方式传给PC机。所以本设计着重用虚拟仪器软件Labview编程实现。LabVIEW是一种程序开发环境，由美国国家仪器（NI）公司研制开发的，类似于C和BASIC开发环境，但是LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW软件具有面向对象的设计方法，友好的用户界面等优点，本设计重点在于实现在LabVIEW软件环境下来实现PC机与STC89S51单片机之间串口通讯。

1.2 系统开发的相关研究动态 1.2.1虚拟仪器软件LabVIEW编程技术

虚拟仪器 （VI) 的概念

虚拟仪器（virtual instrument）是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。另一种方式是将仪器装入计算机。以通用的计算机硬件及操作系统为依

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托，实现各种仪器功能。虚拟仪器主要是指这种方式。上面的框图反映了常见的虚拟仪器方案。虚拟仪器实际上是一个按照仪器需求组织的数据采集系统。虚拟仪器的研究中涉及的基础理论主要有计算机数据采集和数字信号处理。目前在这一领域内，使用较为广泛的计算机语言是美国 NI 公司的 LabVIEW。

虚拟仪器的起源可以追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天等领域已经有了相当的发展。PC机出现以后，仪器级的计算机化成为可能，甚至在 Microsof t公司的 Windows 诞生之前，NI公司已经在Macintosh计算机上推出了LabVIEW2.0 以前的版本。对虚拟仪器和 LabVIEW 长期、系统、有效的研究开发使得该公司成为业界公认的权威。目前LabVIEW 的最新版本为 LabVIEW2009，LabVIEW 2009 为多线程功能添加了更多特性，这种特性在 1998 年的版本 5 中被初次引入。使用 LabVIEW 软件，用户可以借助于它提供的软件环境，该环境由于其数据流编程特性、LabVIEW Real-Time 工具对嵌入式平台开发的多核支持，以及自上而下的为多核而设计的软件层次，是进行并行编程的首选。

LabVIEW 的概念

与 C 和 BASIC 一样，LabVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。LabVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程

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序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一种用图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言。传统文本编程语言根据语句和指令的先后顺序决定程序执行顺序，而 LabVIEW则采用数据流编程方式，程序框图中节点之间的数据流向决定了VI及函数的执行顺序。VI指虚拟仪器，是 LabVIEW的程序模块。LabVIEW提供很多外观与传统仪器（如示波器、万用表）类似的控件，可用来方便地创建用户界面。用户界面在 LabVIEW中被称为前面板。使用图标和连线，可以通过编程对前面板上的对象进行控制。这就是图形化源代码，又称G代码。LabVIEW的图形化源代码在某种程度上类似于流程图，因此又被称作程序框图代码。

LabVIEW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、ActiveX 等软件标准的库函数。这是一个功能强大且灵活的软件。利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。利用 LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位/64位编译器。像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多种版本。

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1.2.2 STC89C51单片机与PC机串口通讯技术

随着计算机技术发展，特别是单片机技术的发展，在各种单片机应用系统的设计中，如智能仪器仪表、各类手持设备、GPS接收器等，常常遇到计算机与外界的信息交换，即通讯。串行通信是指按照逐位顺序传递数据的通信方式，由于仅需三根传输线传送信息且通信距离相对较远，所以在控制领域的现场监测、分布控制等场合有着重要的应用价值[8]。鉴于PC机具有强大的监控和管理功能，单片机则具有快速以及容易控制的特点，在数据量不大、传输要求不高的情况下，一般都采用给PC机配置的RS-232标准串行接口COM1、COM2等相连接来实现应用系统与PC机之间的数据交换。将PC串行接口与经过转换的符合RS-232电气标准的单片机串行接口连接即可实现二者之间的异步串行通信。单片机串行接口有一个全双工串行接口，采用TTL逻辑电平，经过MAX-232芯片可方便地转换成RS-232电气标准。Labview软件中提供的VISA控件串口具有完善的串口数据的发送和接收功能。通过此控件，PC机可以利用串行口与其它设备实现轻松连接，简单高效地实现设备之间的通讯。

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2 设计方案的论证

本章主要介绍几种设计方案，再通过比较和论证，最终，选出本设计的最佳方案。 2.1 整体方案的论证

方案一：在单片机方面，采用软件模拟温度采集信号，通过RS232串口与PC机通信；在PC机方面，采用Excel表格文件的形式储存数据，并从Excel表格中读取历史数据。其原理如图2.1所示。此方案硬件电路结构简单，但温度数据不真实，且数据保存方面对软件编程要求较高，编程繁琐，且需要购买LabVIEW相应的Microsoft的功能模块，成本较高。故不采用此方案。

模拟温度采集信号表串口通信PCLabVIEWＭＣＵRS232MAX232VISA串口通信模块数据处理模块即时温度数据显示模块采集控制命令数据保存模块(Excel)Excel数据表格历史数据查询模块(读取Excel)

图2.1 方案一原理框图

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