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[摘 要]以MSP430为硬件控制核心，以LabVIEW为上位机软件开发平台，设计一个无线温度检测系统。硬件部分主要由单片机、温度传感器、无线传输模块、串口通信等部分组成，实现温度的采集，单片机数据的采集以及单片机与上位机的无线通信。上位机采用 LabVIEW 创建人机交互式界面，实现数据的显示和记录，可进行温度的上下限设置、报警。LabVIEW 在测量领域的强大功能可以替代传统仪器完成数据的处理。
[关键词]LabVIEW、无线通信、单片机、温度检测
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0138-01
随着传感器技术的发展，温度的检测已经成为一种常见的技术。传统的数据传输方式均是通过有线电缆来实现的，有线通讯存在布线难、检测难等问题。而无线通讯技术的日渐成熟，困扰其发展的传输速率和抗干扰能力得到大大提升，无线温度检测成为必然的选择，其成本低、建网快捷、传输距离长等优点使其拥有广阔的发展前景。
LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments Co）推出的一款图形化编程语言（G 语言），该语言采样数据流和可视化编程方式编程，同时封装了基础功能。LabVIEW 把编程人员从繁重的代码编辑中解放出来，专注于编程方法和编程结构的设计。利用LABVIEW DAQmax测试人员不需要太多的学习，很快便能写出一个简易的采集软件用于简易测试。通过深入学习和理解LABVIEW编程思维，工程测试人员便能编辑出适用于工程测试的性能良好的采集软件。近些年，国内外有很多文献研究，都使用LABVIEW用于各种测试、控制和嵌入式等领域。
1 系统总体设计
设计选用DS18B20 传感器、LCD液晶显示屏及MSP430单片机组成的系统作为前端数据采集系统，进行数据采集，通过无线通信模式将数据传输至上位机，在 LabVIEW开发平台下，对数据进行处理和实时显示，从而实现了一种在LabVIEW 环境下的无线数据采集系统。
2 系统硬件设计
2.1 单片机
下位机装置采用低功耗设计模式，使用MSP430系列单片机作为主控芯片。MSP430系列单片机是具有16位总线的超低能耗单片机，工作电压一般在1.8～3.6V之间，通常供电使用3.3V。低功耗模式时耗电量为0.1μA，正常工作模式下耗电250 pA/MIPS。MSP430时钟系统一般有基础时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统两种。MSP430单片机有一种正常工作状态和5种低功耗状态（LPM0～LPM4），可通过矢量的方法去触发系统中断，且单片机片内有10几个中断源可供选择，各中断相互搭配使用，通过中断触发发送请求命令唤醒CPU只需6ps。
2.2 传感器
DS18320有独特的單线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯；其测温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃；支持多点组网功能；多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为3～5V/DC；在使用中不需要任何外围元件。
2.3无线通信模块
系统采用SV610无线模块作为上、下位机的无线通信模块。SV610 是一款具有高集成的无线信号收发模块，空间结构小巧、灵敏度高、功耗低，输出功率达100mW以上，在业界处于领先地位。模块有多个频段、信道和网络ID可供选择，增加了信号传输性能，传输距离最远可达到几千米。可通过控制上位机软件或者在线的方式去重置端口和射频的相关参数。工作频段选为433MHz，工作电压为2.8～6.0V，由锂电池直接供电。
3 系统程序设计
下位机程序采用C语言编写，其主要完成定时数据采集及数据发送工作。上位机LabVIEW软件采用模块化设计，整体构架主要包括串口通讯、参数图形化显示、数据存储和信号分析与显示。
3.1串口通讯
首先，通过LabVIEW自带的VISA工具包来配置串口，LabVIEW 提供了完善的串口通讯模块，在上位机程序设计时只需要设置VISA的相关参数即可完成与下位机的通信，包括VISA参数配置、VISA读取、VI-SA写入、VISA关闭等。VISA的本质是I/O口软件库。采用该方式设计的优点是：每个函数开始接收一个端口号，结束后输出一个其复制的口号，这样在设计中就不会出现对于一个端口有遗忘或重复的操作。接着，利用条件结构对正负温度进行不同的转换处理。
串口通讯程序波特率为9600 bit·s-1，8个数据位，无奇偶校验位，1个停止位。下位机传送的数据格式是十六进制的ASCII形式，需要将其转换成十进制数字形式代能保存并显示。在LabVIEW 中，串口通信的步骤分别为串口初始化、读写串口、关闭串口。从VISA读取节点读取到的数据是字符串类型的，需要将字符串转换为字节数组。下位机传送的温度数据是高八位和低八位的形式，通过转换获得16位的二进制数值，再结合下位机程序对温度数据的编写处理对温度值处理，最终得到正确的数值。为了方便编程，这里将温度值的计算设计为一个独立的VI。除了完成温度从16进制转为10进制的过程，还利用布尔函数中的“与”函数，通过与F000相与判断温度的正负。
3.2参数图形化显示
上位机从无线接收模块接收到数据后，需要实现数据的分离、显示、报警、存储等功能。LabVIEW利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，在计算机上软件化和虚拟化地实现一些本需要硬件实现的技术，具有使用灵活、界面清晰、工作效率高的优点，能够满足本系统的设计要求。
3.3数据存储
在实际应用中，实时温度数据的意义更在于作为控制的参考量，单个数据并不能说明太多问题。因此，本模块不仅设计了温度的实时显示，还有温度数据表格和温度曲线。同时，利用LabVIEW右键函数编程菜单中的“文件I/O”选项，选择写入测量文件，将温度数据通过Access 数据库进行保存。当上位机运行时，会默认弹出选择保存路径的选项，文件格式为.xlsx 。这些数据记录和曲线可以看出温度变化，方便对测量环境的把握。 3.4报警
本设计通过LabVIEW中的条件结构，分别设计了高温和低温报警，高于设定上限时进行高温报警，低于设定下限时进行低温报警。这种报警方式将高低温分离，更为直观，当监测到的数值超过设定的报警门限值时，启动单片机系统报警。当系统处于报警状态时，指示灯闪烁同时发出报警声，用来提醒系统管理者注意，方便使用者对温度进行准确控制。
4 结束语
以MSP430单片机，DS18B20温度传感器，LCD液晶显示屏、SV610无线模块和LabVIEW 虚拟仪器为核心，设计了一种无线温度监测系统。通过DS18B20进行温度采集，SV610无线模块完成无线传输，同时，串口电路将数据传送给LabVIEW ，LabVIEW负责温度数据的显示、记录等，实现了对数据的接收、分离、报警、存储及显示功能。
本文设计的无线温度监测系统，能够准确地采集温度数据，并将其存储，且系统稳定性良好。该系统具有开发过程简洁、测量准确、运行稳定可靠，且性价比高的特点。系统设计的特色在于通过无线方式传输温度数据，可以远距离进行温度采集，比有线采集适用性更强，维护、扩展都更为方便，且采用LabVIEW作为上位机，能与主流的测试设备相兼容，自身更是具备了各种测量领域的工具包，通过简单地函数设置就能完成测量程序的设计，十分方便。该无线温度监测系统能有效地运用到各种温度环境监测中。更进一步，在本文设计的基础上，选择不同的传感器，将能实现不同的无线监測系统，为无线监测系统的设计提供一种性价比高、界面友好的解决方案。
参考文献
[1] 段文勇，李燕.基于LabVIEW的无线温度监测系统设计[J].科技视界，2017（04）
[2] 李夏青，张仁杰，陈雷亮，黎剑华.基于LabVIEW的无线信号采集与分析系统[J].电子科技，2016（12）
[3]林奕林，蔡文祥.基于LabVIEW的无线数据采集系统上位机[J].电子设计工程，2018年第15期
[4]顾亚雄，朱翠英，许方华.基于LabVIEW的单片机多路数据采集系统的设计[J].自动化技术与应用，2009年10期
[5] 龚军辉，郭清华，胡慧，田娟秀.基于LabVIEW和CC1101的无线温湿度监测系统设计[J].湖 南工程学院学报，2016年第1期
[关键词]LabVIEW、无线通信、单片机、温度检测
中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）09-0138-01
随着传感器技术的发展，温度的检测已经成为一种常见的技术。传统的数据传输方式均是通过有线电缆来实现的，有线通讯存在布线难、检测难等问题。而无线通讯技术的日渐成熟，困扰其发展的传输速率和抗干扰能力得到大大提升，无线温度检测成为必然的选择，其成本低、建网快捷、传输距离长等优点使其拥有广阔的发展前景。
LabVIEW是由美国国家仪器公司（National Instruments Co）推出的一款图形化编程语言（G 语言），该语言采样数据流和可视化编程方式编程，同时封装了基础功能。LabVIEW 把编程人员从繁重的代码编辑中解放出来，专注于编程方法和编程结构的设计。利用LABVIEW DAQmax测试人员不需要太多的学习，很快便能写出一个简易的采集软件用于简易测试。通过深入学习和理解LABVIEW编程思维，工程测试人员便能编辑出适用于工程测试的性能良好的采集软件。近些年，国内外有很多文献研究，都使用LABVIEW用于各种测试、控制和嵌入式等领域。
1 系统总体设计
设计选用DS18B20 传感器、LCD液晶显示屏及MSP430单片机组成的系统作为前端数据采集系统，进行数据采集，通过无线通信模式将数据传输至上位机，在 LabVIEW开发平台下，对数据进行处理和实时显示，从而实现了一种在LabVIEW 环境下的无线数据采集系统。
2 系统硬件设计
2.1 单片机
下位机装置采用低功耗设计模式，使用MSP430系列单片机作为主控芯片。MSP430系列单片机是具有16位总线的超低能耗单片机，工作电压一般在1.8～3.6V之间，通常供电使用3.3V。低功耗模式时耗电量为0.1μA，正常工作模式下耗电250 pA/MIPS。MSP430时钟系统一般有基础时钟系统和DCO数字振荡器时钟系统两种。MSP430单片机有一种正常工作状态和5种低功耗状态（LPM0～LPM4），可通过矢量的方法去触发系统中断，且单片机片内有10几个中断源可供选择，各中断相互搭配使用，通过中断触发发送请求命令唤醒CPU只需6ps。
2.2 传感器
DS18320有独特的單线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS1820的双向通讯；其测温范围-55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃；支持多点组网功能；多个DS1820可以并联在唯一的三线上，实现多点测温；工作电源为3～5V/DC；在使用中不需要任何外围元件。
2.3无线通信模块
系统采用SV610无线模块作为上、下位机的无线通信模块。SV610 是一款具有高集成的无线信号收发模块，空间结构小巧、灵敏度高、功耗低，输出功率达100mW以上，在业界处于领先地位。模块有多个频段、信道和网络ID可供选择，增加了信号传输性能，传输距离最远可达到几千米。可通过控制上位机软件或者在线的方式去重置端口和射频的相关参数。工作频段选为433MHz，工作电压为2.8～6.0V，由锂电池直接供电。
3 系统程序设计
下位机程序采用C语言编写，其主要完成定时数据采集及数据发送工作。上位机LabVIEW软件采用模块化设计，整体构架主要包括串口通讯、参数图形化显示、数据存储和信号分析与显示。
3.1串口通讯
首先，通过LabVIEW自带的VISA工具包来配置串口，LabVIEW 提供了完善的串口通讯模块，在上位机程序设计时只需要设置VISA的相关参数即可完成与下位机的通信，包括VISA参数配置、VISA读取、VI-SA写入、VISA关闭等。VISA的本质是I/O口软件库。采用该方式设计的优点是：每个函数开始接收一个端口号，结束后输出一个其复制的口号，这样在设计中就不会出现对于一个端口有遗忘或重复的操作。接着，利用条件结构对正负温度进行不同的转换处理。
串口通讯程序波特率为9600 bit·s-1，8个数据位，无奇偶校验位，1个停止位。下位机传送的数据格式是十六进制的ASCII形式，需要将其转换成十进制数字形式代能保存并显示。在LabVIEW 中，串口通信的步骤分别为串口初始化、读写串口、关闭串口。从VISA读取节点读取到的数据是字符串类型的，需要将字符串转换为字节数组。下位机传送的温度数据是高八位和低八位的形式，通过转换获得16位的二进制数值，再结合下位机程序对温度数据的编写处理对温度值处理，最终得到正确的数值。为了方便编程，这里将温度值的计算设计为一个独立的VI。除了完成温度从16进制转为10进制的过程，还利用布尔函数中的“与”函数，通过与F000相与判断温度的正负。
3.2参数图形化显示
上位机从无线接收模块接收到数据后，需要实现数据的分离、显示、报警、存储等功能。LabVIEW利用计算机强大的图形环境，采用可视化的图形编程语言和平台，在计算机上软件化和虚拟化地实现一些本需要硬件实现的技术，具有使用灵活、界面清晰、工作效率高的优点，能够满足本系统的设计要求。
3.3数据存储
在实际应用中，实时温度数据的意义更在于作为控制的参考量，单个数据并不能说明太多问题。因此，本模块不仅设计了温度的实时显示，还有温度数据表格和温度曲线。同时，利用LabVIEW右键函数编程菜单中的“文件I/O”选项，选择写入测量文件，将温度数据通过Access 数据库进行保存。当上位机运行时，会默认弹出选择保存路径的选项，文件格式为.xlsx 。这些数据记录和曲线可以看出温度变化，方便对测量环境的把握。 3.4报警
本设计通过LabVIEW中的条件结构，分别设计了高温和低温报警，高于设定上限时进行高温报警，低于设定下限时进行低温报警。这种报警方式将高低温分离，更为直观，当监测到的数值超过设定的报警门限值时，启动单片机系统报警。当系统处于报警状态时，指示灯闪烁同时发出报警声，用来提醒系统管理者注意，方便使用者对温度进行准确控制。
4 结束语
以MSP430单片机，DS18B20温度传感器，LCD液晶显示屏、SV610无线模块和LabVIEW 虚拟仪器为核心，设计了一种无线温度监测系统。通过DS18B20进行温度采集，SV610无线模块完成无线传输，同时，串口电路将数据传送给LabVIEW ，LabVIEW负责温度数据的显示、记录等，实现了对数据的接收、分离、报警、存储及显示功能。
本文设计的无线温度监测系统，能够准确地采集温度数据，并将其存储，且系统稳定性良好。该系统具有开发过程简洁、测量准确、运行稳定可靠，且性价比高的特点。系统设计的特色在于通过无线方式传输温度数据，可以远距离进行温度采集，比有线采集适用性更强，维护、扩展都更为方便，且采用LabVIEW作为上位机，能与主流的测试设备相兼容，自身更是具备了各种测量领域的工具包，通过简单地函数设置就能完成测量程序的设计，十分方便。该无线温度监测系统能有效地运用到各种温度环境监测中。更进一步，在本文设计的基础上，选择不同的传感器，将能实现不同的无线监測系统，为无线监测系统的设计提供一种性价比高、界面友好的解决方案。
参考文献
[1] 段文勇，李燕.基于LabVIEW的无线温度监测系统设计[J].科技视界，2017（04）
[2] 李夏青，张仁杰，陈雷亮，黎剑华.基于LabVIEW的无线信号采集与分析系统[J].电子科技，2016（12）
[3]林奕林，蔡文祥.基于LabVIEW的无线数据采集系统上位机[J].电子设计工程，2018年第15期
[4]顾亚雄，朱翠英，许方华.基于LabVIEW的单片机多路数据采集系统的设计[J].自动化技术与应用，2009年10期
[5] 龚军辉，郭清华，胡慧，田娟秀.基于LabVIEW和CC1101的无线温湿度监测系统设计[J].湖 南工程学院学报，2016年第1期