基于LabVIEW和嵌入式的溫濕度控制系統(tǒng)設計目錄摘要 I引言 11.1研究背景 11.2我國農業(yè)溫濕度控制發(fā)展的歷程 21.2.1農業(yè)溫濕度控制發(fā)展現(xiàn)狀 21.2.2現(xiàn)代農業(yè)溫濕度控制的發(fā)展 22系統(tǒng)總體設計方案 32.1系統(tǒng)的總體設計 32.2系統(tǒng)采集模塊設計 42.3系統(tǒng)控制模塊設計 43系統(tǒng)硬件設計方案 53.1微型控制器MSP430F149 53.1.1模數(shù)轉換模塊 63.1.2時鐘電路模塊 63.1.3硬件乘法器模塊 63.2多通道傳感器的選擇設計 73.2.1復合型溫濕度傳感器DHT11 73.2.2數(shù)字式溫度傳感器DS18B20 113.3通信串口模塊 133.4溫度調節(jié)控制模塊 144系統(tǒng)模塊軟件設計 154.1上位機模塊軟件設計 154.1.1LabVIEW軟件控件選板 154.1.2前面板控件設計 164.1.3后面板程序設計 174.2硬件模塊的軟件設計 194.2.1IARSystems開發(fā)環(huán)境(IDE) 194.2.2MSP430F149程序流程圖 194.2.3主程序流程圖 204.2.4傳感器采集子程序流程圖 215溫濕度控制系統(tǒng)的調試 235.1串口模塊的調試 235.2系統(tǒng)的整體調試 24結論 25參考文獻 26引言研究背景隨著社會的發(fā)展，科技的進步，以及溫濕度控制儀器在各個領域的應用，智能化已是現(xiàn)代溫濕度控制系統(tǒng)發(fā)展的主流方向。溫濕度控制系統(tǒng)，控制對象是溫濕度。溫濕度控制在日常生活及工農業(yè)領域應用相當廣泛，比如溫室大棚等場所的溫濕度控制。而以往大多數(shù)小規(guī)模大棚農業(yè)生產對溫濕度的監(jiān)測與控制都采取了人工進行管理和操作。目前，這種人工操作方式不能夠進行實時監(jiān)測，而且耗費大量的時間和精力，并不能夠完完全全對環(huán)境進行理想化的控制。針對此問題，系統(tǒng)設計的目的是實現(xiàn)一種可連續(xù)高精度調節(jié)溫濕度的溫濕度控制系統(tǒng)，它應用廣泛，功能強大、小巧美觀是一款既實用又廉價的控制系統(tǒng)。特別是近年來，溫濕度控制系統(tǒng)已應用到人們生活的各個方面，溫濕度控制的開發(fā)與人們工作生活息息相關。為了提高農作物生長過程中所需參數(shù)的準確性，最大限度地提高控制效果，本次設計采用基于MSP430和LabVIEW的溫濕度控制系統(tǒng)，來初步實現(xiàn)農業(yè)生產中的溫濕度數(shù)據(jù)采集、顯示、監(jiān)測和調節(jié)。該溫濕度控制系統(tǒng)所需硬件設計簡單、工作可靠、控制方便簡單快捷、靈敏度高、精度高，能夠通過多通道傳感器的數(shù)據(jù)采集進行數(shù)據(jù)對比，來提高采集模塊的精準度，使溫濕度控制系統(tǒng)能夠更有效的保證農作物生長環(huán)境的穩(wěn)定性，從而提高農作物產量，對農業(yè)發(fā)展提供了一定的實際價值。在測量儀器高度智能化發(fā)展的今天，虛擬儀器控制系統(tǒng)具有“軟件”的優(yōu)勢和特點。為此本設計立志于構建一個完整的溫濕度控制系統(tǒng)。設計出一個采用基于LabVIEW的嵌入式的控制系統(tǒng)進行的溫濕度控制。我國農業(yè)溫濕度控制發(fā)展的歷程1.2.1農業(yè)溫濕度控制發(fā)展現(xiàn)狀從古至今，我國一直是一個農業(yè)大國，農業(yè)生產仍然是我國的基礎產業(yè)之一，在傳統(tǒng)的農業(yè)生產中，大多數(shù)依靠氣候變化來決定農業(yè)是否能有好收成，就是俗稱“靠天吃飯”。從20實際60年代開始，中國農業(yè)一直處于小規(guī)模、水平低、發(fā)展緩慢等狀態(tài)。在70年代初期中國引進國外的地膜覆蓋技術，對保溫保濕起到了重要作用。70~80年代，中國相繼使用溫室大棚和日用溫室等技術。從90年代開始，中國農業(yè)逐步向規(guī)?；涂茖W化方向發(fā)展。技術水平大幅度提高。隨著近年國家啟動相關科研項目，中國的農業(yè)有了質的飛躍，農業(yè)規(guī)模與水平不斷提高。近年溫室的發(fā)展歷經了改良型日光溫室、大型玻璃溫室和現(xiàn)代化溫室三個階段。但因各地方生產環(huán)境、經濟情況和使用目的不同，至今不同階段類型的溫室依然存在。目前，大多數(shù)小規(guī)模溫室大棚等場所的溫濕度控制。都采取了人工進行管理和操作。這種人工操作方式不能夠進行實時監(jiān)測，而且耗費大量的時間和精力，并不能夠完完全全對環(huán)境進行理想化的控制。很容易造成經濟損失。這種方法無疑增加了生產成本和大量人工勞動力，也很難達到預期的理想效果。我國雖然已經有了部分農業(yè)生產自動化監(jiān)控系統(tǒng)，但這些系統(tǒng)僅適用與少數(shù)大規(guī)模的農場農業(yè)中，不適合我國的發(fā)展現(xiàn)狀。1.2.2現(xiàn)代農業(yè)溫濕度控制的發(fā)展隨著科技的快速普及和發(fā)展，越來越多的高性能設備橫空出世，隨之也帶動了農業(yè)現(xiàn)代化技術的發(fā)展。在現(xiàn)代的農業(yè)生產中，現(xiàn)代化的農業(yè)設備在人工種植大棚中發(fā)揮這重要作用，使生產過程中環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控有了很大的保障。使農業(yè)種植、生產更加優(yōu)質、高產、高效。本次設計的溫濕度控制系統(tǒng)是通過了解了我國目前的發(fā)展現(xiàn)狀，為初步實現(xiàn)對小規(guī)模農業(yè)大棚自動化管理而設計的。以MSP430F149單片機為控制核心的小規(guī)模農業(yè)大棚的溫濕度數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，能夠大程度實現(xiàn)高效的溫濕度監(jiān)測和控制。此控制系統(tǒng)能夠適用與人工農業(yè)生產大棚中，不僅解決了我國當前生產現(xiàn)狀，而且工作性能穩(wěn)定、可靠性強和精準度高等優(yōu)點，有著非?？捎^的應用領域和發(fā)展前景。2系統(tǒng)總體設計方案2.1系統(tǒng)的總體設計溫濕度超限報警模塊溫濕度傳感器DHT11MSP430F149單片機波形顯示模塊數(shù)據(jù)顯示模塊多通道采集模塊溫濕度傳感器DHT11溫度傳感器DS18B20溫度傳感器DS18B20上位機LabVIEW溫度調節(jié)模塊溫濕度超限報警模塊溫濕度傳感器DHT11MSP430F149單片機波形顯示模塊數(shù)據(jù)顯示模塊多通道采集模塊溫濕度傳感器DHT11溫度傳感器DS18B20溫度傳感器DS18B20上位機LabVIEW溫度調節(jié)模塊RS-232RS-232圖2.1系統(tǒng)總體設計框圖如圖2.1是本次設計系統(tǒng)的總體設計結構框圖，整體結構是由兩對傳感器組成多通道采集模塊，以MSP430F149單片機為主控器件，在通過LabVIEW上位機進行數(shù)據(jù)顯示，以及RS-232通信串口組成。本次設計的主要工作原理是由主控原件MSP430F149為中心樞紐，利用兩對傳感器進行多通道檢測溫濕度數(shù)據(jù)采集，通過一對復合式溫濕度傳感器DHT11和一對數(shù)字式溫度傳感器DS18B20能夠極大程度的提高溫濕度測量的精準度。將采集好數(shù)據(jù)通過單片機MSP430F149進行接收、處理和顯示、通過RS-232通信串口用16位數(shù)字信號傳送到上位機LabVIEW中，經過上位機LabVIEW圖形化編程模塊對數(shù)據(jù)進行處理和顯示，然后在溫濕度超限報警模塊設置溫濕度峰值，當溫濕度超過預設峰值時，報警模塊發(fā)出報警信號，通過調節(jié)風扇裝置降低數(shù)值，從而達到農業(yè)生產的預期標準。2.2系統(tǒng)采集模塊設計為了實現(xiàn)多通道溫濕度的采集，本次的系統(tǒng)采集模塊采用了兩種傳感器，一種是復合式溫濕度傳感器DHT11，他具有良好的靈敏感應特性、防水性、穩(wěn)定性、高精度、低飄移，高性價比,等優(yōu)點，可以替代日本神榮、北陸等進口產品。另一種是數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。他采用單總線的接口方式與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)微處理器與DS18B20傳感器的雙向通訊。單總線具有經濟性好，測量溫度范圍廣，測量精度高、抗干擾能力強，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量，使用方便等優(yōu)點，而且不需要模數(shù)轉化過程，可以直接采集溫度數(shù)據(jù)組以16位數(shù)據(jù)形式與微型控制器進行傳輸。使用戶可輕松地組建傳感器網絡，為測量系統(tǒng)的構建引入全新概念。而且通過兩種傳感器進行對比可以極大的增加測量精度。2.3系統(tǒng)控制模塊設計系統(tǒng)控制模塊設計我想選擇LabVIEW作為人機界面，因為LabVIEW具有入門快，控件精美，工具包多、工業(yè)控制適用性強等優(yōu)點。通過上位機LabVIEW開發(fā)虛擬環(huán)境，設計一種預警模塊，當多通道溫濕度模塊所采集的數(shù)值超過預計模塊峰值時，預警布爾控件發(fā)出指示，通過調節(jié)溫度調節(jié)風扇開始降溫，當數(shù)值回歸標準值時，溫度調節(jié)風扇停止工作，進入待機狀態(tài)，靜等下一次指令。3系統(tǒng)硬件設計方案3.1微型控制器MSP430F149本次設計的溫濕度控制系統(tǒng)是以單片機MSP430F149為中心樞紐。德州儀器公司的MSP430系列是一種特低功耗的混合信號微控制器（MixedSignalMicrocontrollers)家族，其中包括幾種器件，它們是由針對各種應用的不同的模塊組成的。這些微控制器被設計成可用電池工作且可應用很長時間的器件。具有16位RISC結構，CPU中的16位寄存器和常數(shù)產生器，使MSP430能具有最高的代碼效率。數(shù)字控制的振蕩器可使器件從低功耗方式迅速喚醒，在少于6us的時間內達到激活方式。內部配置有兩個16位定時器、一個高速12位AD轉換器、一或兩個通用串行同步/異步通信接口(USART)，有48個IO引腳的微控制器。圖3.1MSP430引腳圖MSP430F149單片機典型應用包括捕捉模擬信號的傳感系統(tǒng)，將模擬信號轉換成數(shù)字值，然后處理數(shù)據(jù)并將它們傳送給主系統(tǒng)。內部的定時器使得這些配置很適合于工業(yè)控制應用，例如紋波計數(shù)器、數(shù)字馬達控制、EE儀表、手持式儀表等。硬件乘法器更加強了器件性能并提供寬代碼和硬件兼容的系列。3.1.1模數(shù)轉換模塊MSP430F149單片機的ADC模塊是一個12位14路精度的A/D轉換模塊,其中8路是外部測量信號的模擬轉換，4路為內部基準電壓的檢測輸出轉換，1路為與溫度濕度傳感器連接的內部電壓源轉換控制。而且每一路都存在可控制的轉換存儲器。本型號的單片機具有高速度,通用性強等特點。他是將外部輸入的電壓信號轉化成可以處理和運算的數(shù)字量（模數(shù)），將數(shù)字量轉化成外部一定范圍的電壓對外輸出（數(shù)模），最終實現(xiàn)了現(xiàn)實世界中數(shù)據(jù)的采集和輸出一定范圍的信號對現(xiàn)實世界予以控制。3.1.2時鐘電路模塊圖3.2時鐘電路MSP430F149單片機中有3個時鐘電路模塊，分別是一個內部DCO時鐘與兩個外部時鐘。使用者可根據(jù)實際情況選擇相應的時鐘電路模塊。該模塊具有低系統(tǒng)開銷，功耗低、能夠產生3個系統(tǒng)時鐘信號ACLK、SMCLK、MCLK等特點。通過軟件調節(jié)能夠實現(xiàn)無外部原件，用一個外部電阻、一個或兩個外部晶體或者外部振蕩器運行，為MSP430F149單片機提供時間順序，使其穩(wěn)定運行。3.1.3硬件乘法器模塊MSP430F149單片機中的硬件乘法器模塊屬于外圍模塊沒有集成到CPU中，而是獨立于CPU運算中。硬件乘法器模塊不需要占用CPU使用率，通過硬件實現(xiàn)。其運算速度比用軟件進行的運算要快很多。硬件乘法器模塊寄存器的讀寫，與其他外圍寄存器一樣可以通過CPU指令進行讀寫。在計算過程中，只需將兩個操作數(shù)放入相應的位置，然后就可以直接從結果寄存器中獲取所需的數(shù)據(jù)結果。方便使用者在所需要的時候使用。3.2多通道傳感器的設計為了達到多通道獲取數(shù)據(jù)的目的，本文采用了兩種不同的傳感器，分別是DHT11復合式溫濕度傳感器和DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。本次設計的溫濕度控制系統(tǒng)準備利用兩對傳感器在人工種植大棚中測量。其中在大棚空氣和農作物種植的土壤中分別放置一個DHT11復合式溫濕度傳感器和DS18B20數(shù)字式溫度傳感器。通過兩對傳感器測量大棚空氣中和農作物生長土壤中的溫度和濕度。通過多通道傳感器溫濕度的采集，進行數(shù)據(jù)對照。實現(xiàn)人工溫室生產過程中溫濕度的精確檢測，達到更好的控制效果，而進行科學合理的調節(jié)。3.2.1復合型溫濕度傳感器DHT11DHT11溫濕度傳感器是一款低價的入門級溫濕度傳感器。常常在我們單片機設計案例中使用。它使用專用的數(shù)字模塊采集技術和溫濕度傳感技術。使其產品能夠極高的可靠性和穩(wěn)定性。DHT11溫濕度傳感器中分別采用電阻式感濕元件和NTC測溫元件。與高性能12為單片機相連。而且DHT11溫濕度傳感器的數(shù)字輸出信號在出廠時就已經通過了精確的溫濕度校準室進行校準。當處理內部檢測數(shù)據(jù)信號時，無需再次校準，可直接從OTP內存中調取相應的數(shù)據(jù)。使他具有使用簡單、體積小、能耗低、響應速度快、抗干擾能力強、性價比高、應用范圍廣等優(yōu)點。而且封裝形式可根據(jù)用戶的使用需求進行提供。DHT11溫濕度傳感器引腳的說明和連接方式表3.1DHT11傳感器引腳說明引腳序號引腳名稱屬性說明1VDD供電電壓(+3.0V~+5.5V)2DATA單總線串行數(shù)據(jù)3NC空腳，懸空4GND接地圖3.3DHT11傳感器引腳圖DHT11溫濕度傳感器的供電電壓為3.3V~5.5V，為了去除耦濾波可以通過在電源引腳(VDD、GEN)之間增加一個100nf電容實現(xiàn)，還可以通過在引腳DATA上并聯(lián)一個大于5k的上拉電阻來增強抗干擾能力。DHT11溫濕度傳感器通電后，要等帶1s到達穩(wěn)定狀態(tài)，此過程無需發(fā)送指令。當單片機MSP430F149上的LED燈常亮。說明傳感器進入正常工作狀態(tài)。DHT11溫濕度傳感器采用單總接口，可直接與MSP430F149的I/O口（P1.3、P1.4）相連接。使其連接簡單、控制方便。而且出現(xiàn)故障時維修也變得更加方便。圖3.4DHT11外部封裝實物圖DHT11溫濕度傳感器為4針單排引腳封裝，如圖3.4所示，采用單線制串行接口，只需要加上適當?shù)纳侠娮瑁盘柕膫鬏斁嚯x就可以達到20米以上，使其成為各類應用的最佳之選。（2）DHT11溫濕度傳感器的特性DHT11溫濕度傳感器應用十分廣泛，前景非常可觀。在本文設計的溫濕度控制系統(tǒng)運行中，溫濕度傳感器對所測量環(huán)境測出來一個數(shù)值，在進行模數(shù)轉換，最后通過數(shù)字信號傳送到單片機MSP430F149中，而且測量過程中無需使用任何元器件。使控制系統(tǒng)穩(wěn)定性大幅度提高。表3.2DHT11傳感器的特性產品屬性（參數(shù)特性）注釋及工作特性傳感器復合型溫濕度傳感器DHT11溫度測量范圍0℃~50℃溫度測量誤差±2℃相對濕度測量范圍20%~95%RH（在溫度0℃~50℃范圍內）相對濕度測量誤差±5%正常工作額定電壓3.3V~5.5V產品尺寸29.0mm*18.0mm溫度重復性±0.2℃相對濕度重復性±1%RH產品分辨率0.1%RH16Bit（3）DHT11溫濕度傳感器的數(shù)據(jù)采集分析圖3.5DHT11溫濕度傳感器數(shù)據(jù)采集時序圖圖3.6DHT11溫濕度傳感器傳送時序圖接通電源，連接通信串口，系統(tǒng)開始運行。首先兩個DHT11溫濕度傳感器分別進入初始狀態(tài)，上位機給主機MSP430F149進行指令傳輸，主機就會發(fā)送開始指令，同時傳感器從低功耗模式切換成高速狀態(tài)，開始發(fā)送響應信號，為了使傳感器能夠收到開始信號，主機把DATA引腳總線拉低大于18ms，當MSP430F149集成板上LED都亮，說明初始化成功，傳感器的總線由空閑狀態(tài)切入到高電平狀態(tài)。開始接收指令進行檢測。DHT11溫濕度傳感器一次性傳輸40位數(shù)據(jù)，前16位與濕度有關，中間16位與溫度有關，后8位用于校驗數(shù)據(jù)的，同時進行一次溫濕度數(shù)據(jù)信號采集。當主機每次接受讀取傳感器的數(shù)據(jù)時，都要一次性處理完40位的數(shù)據(jù)信號，處理后的數(shù)據(jù)只存儲前16位和中間16位相關數(shù)據(jù)，當校準結束后，所讀取的數(shù)據(jù)就是所需要測量的環(huán)境物理量了，主機MSP430F149就可以使用校驗完成后的數(shù)值了。當DHT11溫濕度傳感器數(shù)據(jù)傳輸結束后，溫濕度傳感器的總線會拉低50us，然后總線由主機拉高轉為空閑模式。傳感器從告訴運行切換為低速等待狀態(tài)。3.2.2數(shù)字式溫度傳感器DS18B20數(shù)字式溫度傳感器DS18B20是由美國Dallas半導體公司推出的，它是有史以來第一片采用"一線總線"接口的溫度傳感器。目前，最新一代的數(shù)字式溫度傳感器DS18B20體積更小、性價比高、更靈活。使其能夠發(fā)揮一線總線的特點。DS18B20溫濕度傳感器的引腳的說明和實物管腳排列圖3.7DS18B20實物管腳排列分布圖表3.3DHT11傳感器引腳說明引腳序號引腳名稱屬性說明1GND接地2DQ脈沖信號輸入或輸出端3VDD供電電壓（3.0V~5.5V）（2）DS18B20傳感器的工作原理和連接方式比較計數(shù)器斜率累加器預置比較計數(shù)器斜率累加器預置低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器1低溫度系數(shù)振蕩器減法計數(shù)器1預置預置增加溫度寄存器增加溫度寄存器減到0減到0停止停止減到0減法計數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器減到0減法計數(shù)器2高溫度系數(shù)振蕩器圖3.8DS18B20測溫原理電路圖如圖3.8所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，將其產生脈沖信號送給計數(shù)器1。高溫度系數(shù)晶振隨溫度變化其振蕩率明顯改變,將其產生脈沖信號送給計數(shù)器2，計數(shù)器1和溫度寄存器一起被預置在對應于-55℃的基準值。低溫度系數(shù)晶振所產生的脈沖信號會被計數(shù)器1進行減法計數(shù)，當計數(shù)器1的預置值減0時，溫度寄存器的值就會加1，計數(shù)器1的預置值會被重新被裝入，計數(shù)器1重新開始對低溫度系數(shù)晶振產生的脈沖信號進行計數(shù)，如此循環(huán)直到計數(shù)器2計數(shù)到0時，停止溫度寄存器值的累加，此時溫度寄存器中的數(shù)值即為所測溫度。測溫過程中的非線性可以通過斜率累加器進行補償和修正，其輸出用于修正計數(shù)器1的預置值。DS18B20傳感器測溫范圍為-55℃~+125℃。當在-10℃~+85℃范圍時。DS18B20傳感器的測溫精度能保持在±0.5℃。他是由4大部分組成，分別有溫度傳感器、配置寄存器、64位光刻ROM、非揮發(fā)的溫度報警觸發(fā)器TH和TL。同時還有斷電保護等功能。它可以直接將測量數(shù)值轉換為串行數(shù)字信號提供給主機進行處理。當兩個傳感器連接時，每一個傳感器都采用單總線，通過引腳DQ與單片機的I/O口（P1.5、P1.6）相連。通過指令進行溫度采集給單片機。在本次設計中可以即插即用十分方便。3.3通信串口模塊圖3.9通信串口連接使用通信串口模塊是為了使更多不同的設備可以簡單方便的實現(xiàn)共同鏈接，能都穩(wěn)定的互相通信。為此本文設計我選擇了RS-232轉換器。因為它具有應用范圍廣、使用簡單、異步傳輸標準和雙向等特點。是目前最常見的一種串行接口，但不足之處是傳輸速率比不上傳統(tǒng)的SUB接口，而且抗干擾能力差。但以滿足本文設計的要求，能夠把數(shù)字脈沖信號經過電平轉換傳輸給計算機終端。表3.4RS-232串口數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送引腳序號引腳名稱功能說明2RXD接收終端發(fā)來的數(shù)據(jù)3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)到終端3.4溫度調節(jié)控制模塊圖3.10風扇控制驅動電路圖溫度調節(jié)控制模塊是通過對兩路風扇進行調節(jié)使環(huán)境進一步降溫。在本文中的溫度控制模塊是根據(jù)溫度傳感器所測的數(shù)值進行調節(jié)，溫度預警參數(shù)可根據(jù)不同環(huán)境進行設置。在監(jiān)測過程中，當溫度到達上位機LabVIEW軟件所設定的溫度峰值時，超限預警布爾的紅色警示燈亮，通過利用高低電平的控制原理控制兩路風扇進行環(huán)境溫度調節(jié)，從而起到降溫作用。其中控制電路中的R2、R5起著限流作用，風扇電機可以通過NPN三極管根據(jù)上位機指令進行驅動。4系統(tǒng)模塊軟件設計4.1上位機模塊軟件設計LabVIEW是一種由美國國家儀器(NI)公司研制開發(fā)的程序開發(fā)環(huán)境。類似與C和BASIC。LabVIEW的編程系統(tǒng)功能十分強大，它有著能夠完成各種編程任務的函數(shù)庫，其中包括采集、串口控制、數(shù)據(jù)分析、顯示及數(shù)據(jù)存儲等等。LabVIEW

有很多類似示波器、萬用表等傳統(tǒng)儀器控件和外觀。方便使用者建立用戶界面，在LabVIEW

中常常把用戶界面成為前面板。通過圖標和連線，使用編程對前面板實施控制。俗稱G語言，也就是圖形化源代碼。它是由前面板模塊與后面板模塊組成，在內部集成了很多嵌入式工具，使用者可以根據(jù)所熟悉的圖標、術語和概念，進行系統(tǒng)開發(fā)和設計，構造出各種控制界面，是目前為止廣大開發(fā)者愛不釋手的上位機模塊軟件。本次設計主要通過LabVIEW上位機模塊完成數(shù)值轉換、數(shù)據(jù)分析、處理和保存等等，并對數(shù)據(jù)實時進行波形圖對比與顯示。4.1.1LabVIEW軟件控件選板圖4.1LabVIEW控件選板控件選板提供了前面板設計中各種儀器儀表上的開關、旋鈕、圖表、顯示屏、圖形等編程過程中所涉及到的操作部件，用來設置各種輸出控制和輸出顯示對象，在使用過程中，可以根據(jù)編寫程序選擇合適的控件放在前面板上合適的位置。表4.1系統(tǒng)應用控件功能說明控件圖標子模板名稱功能說明Numeric(數(shù)值量)數(shù)值的顯示和控制。包括指針式、數(shù)字式和各種輸入框。Boolean(布爾量)邏輯數(shù)值的顯示和控制。包含各種布爾開關、預警指示燈及按鈕等。I/O(輸入/輸出功能)輸入/輸出功能。Graph(圖形顯示)顯示數(shù)據(jù)結果的圖形。顯示溫度和濕度的波形圖。String&Path(字符串與路徑)字符串和路徑的顯示和控制。4.1.2前面板控件設計圖4.2前面板設計圖根據(jù)溫濕度控制系統(tǒng)的設計需求，預設了6個通道數(shù)值，將兩個DS18B20溫度傳感器數(shù)值集中顯示，將兩個DHT11溫濕度傳感器采集的兩路溫濕度數(shù)值分別整合放在一起顯示，通過數(shù)據(jù)曲線對比進行顯示，能夠直觀表達溫濕度變化幅度。通過控件選板在LabVIEW前面板放置三個波形圖像曲線控件，分別實時顯示一對DS18B20溫度傳感器和一對DHT11溫濕度傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)變化幅度。其中一個波形圖顯示DS18B20傳感器的數(shù)據(jù)，另兩個波形圖顯示DHT11的兩路溫濕度數(shù)據(jù)變化。再通過控件選板創(chuàng)建兩個溫度閾值設定旋鈕，用于設定調節(jié)具體溫度。當溫度超過預設峰值時，布爾控件指示燈亮，發(fā)出警報，然后通過控制模塊調節(jié)啟動風扇，使溫度下降。4.1.3后面板程序設計圖4.3后面板程序設計圖LabVIEW平臺中的后面板就是程序面板，利用函數(shù)選板通過G語言編寫所需要的程序，對前面板起著控制和顯示作用。根據(jù)溫濕度控制系統(tǒng)的要求，通過While循環(huán)結構來實現(xiàn)不斷的收集串口數(shù)據(jù)。同時采用條件、順序、選擇等結構模塊完成數(shù)據(jù)處理轉換，最后在前面板進行顯示。串口寫入模塊程序圖4.4串口寫入程序圖上位機LabVIEW通過VISA節(jié)點串行端口訪問MSP430，其中使用115200的特定波特率，然后通過Visa向MSP430發(fā)送指令，硬件設備相應地作出響應。同時，MSP430主機將接收到的數(shù)據(jù)反饋給到上位機，上位機對數(shù)據(jù)進行判斷和處理，并顯示相應的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集、顯示及控制模塊程序圖4.5數(shù)據(jù)采集程序后面板中的Visa用于讀取發(fā)送到上位機上相應的MSP430數(shù)據(jù)，利用數(shù)字轉換模塊將相應的數(shù)據(jù)轉換成十進制，兩對傳感器在前面板上同時顯示相應的實時數(shù)據(jù)，并將溫濕度數(shù)據(jù)分類整合在一起，實現(xiàn)數(shù)據(jù)對照比與整體化。通過一對DS18B20溫度傳感器所采集的溫度數(shù)據(jù)，調節(jié)風扇，使其溫度調節(jié)到合適位置。4.2硬件模塊的軟件設計4.2.1IARSystems開發(fā)環(huán)境(IDE)嵌入式IAR開發(fā)平臺是由IAR公司開發(fā)的一種集成了文件處理、項目管理、編譯、鏈接和調試等工具的集成開發(fā)環(huán)境。IAR開發(fā)平臺通常用來開發(fā)8位、16位以及32位處理器的嵌入系統(tǒng)，嵌入式開發(fā)環(huán)境有一個統(tǒng)一的界面，能夠使開發(fā)平臺簡單易學，使用時，要先創(chuàng)建一個IAR環(huán)境，新建一個工作區(qū)，然后將已有的文件添加到IARIAR空工程中，進行編譯和鏈接，可以使用C/C++特性的編輯器進行編程，方便設計者采用編輯器和源代碼控制系統(tǒng)，支持第三方軟件調試，提高設計者工作效率節(jié)約工作時間。4.2.2MSP430F149程序流程圖開始開始等待上位機發(fā)送指令等待上位機發(fā)送指令結束等待上位機發(fā)送指令根據(jù)上位機發(fā)送指令，進行溫濕度傳感器控制，讀取相應溫濕度數(shù)值判斷DS18B20和DHT11的初始化N串口初始化系統(tǒng)初始化結束等待上位機發(fā)送指令根據(jù)上位機發(fā)送指令，進行溫濕度傳感器控制，讀取相應溫濕度數(shù)值判斷DS18B20和DHT11的初始化N串口初始化系統(tǒng)初始化 圖4.6MSP430F149程序流程圖4.2.3主程序流程圖

開始開始系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化等待上位機LabVIEW通道選擇指令等待上位機LabVIEW通道選擇指令定時器開始驅動溫濕度傳感器DHT11和溫度傳感器DS18B20，然后進行溫濕度數(shù)據(jù)采集定時器開始驅動溫濕度傳感器DHT11和溫度傳感器DS18B20，然后進行溫濕度數(shù)據(jù)采集MSP430F149對溫度和濕度進行處理，輸出數(shù)字量MSP430F149對溫度和濕度進行處理，輸出數(shù)字量將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機LabVIEW將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機LabVIEWNNYYMSP430待機等待下次發(fā)送MSP430待機等待下次發(fā)送溫度和濕度是否超限N溫度和濕度是否超限NYY上位機LabVIEW報警上位機LabVIEW報警結束結束圖4.7主程序流程圖如圖4.7所示，接通電源，系統(tǒng)進入初始化狀態(tài)，初始化結束后上位機LabVIEW開始通道選擇指令，收到指令的兩對傳感器開始采集溫濕度數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)傳送給MSP430F149主機，由MSP430F149進行溫濕度數(shù)據(jù)接受、處理、傳輸，通過通信串口將數(shù)字量信號傳送給上位機LabVIEW中，LabVIEW上位機將收到的數(shù)據(jù)進行分析處理并顯示出結果。并對其進行實時監(jiān)測和存儲，當布爾控制模塊發(fā)出警示后，結束溫濕度采集。MSP430的狀態(tài)將進入低功耗狀態(tài)運行，繼續(xù)等待數(shù)據(jù)傳送。4.2.4傳感器采集子程序流程圖（1）DS18B20溫度傳感器程序流程圖開始開始復位復位復位復位延時延時復位？延時復位？延時NN復位？復位？YNYN匹配ROM匹配ROMYY讀暫存器跳過ROM匹配讀暫存器跳過ROM匹配發(fā)送溫度啟動溫度轉換發(fā)送溫度啟動溫度轉換結束結束圖4.8DS18B20程序流程圖DS18B20溫度傳感器初始化結束后，還需要等待18ms進行判斷復位是否成功。復位成功后才可以進行相應的溫度轉換命令。此次執(zhí)行需要跳過ROM后啟動溫度轉換。轉換結束后，進行下一步復位操作，復位后對ROM進行匹配，同時讀取暫存器的溫度數(shù)據(jù)，傳輸給單片機，結束采集后等待下一步指令。DHT11溫濕度傳感器程序流程圖開始開始總線80μs低電平是否結束總線80μs低電平是否結束NN輸出低電平輸出低電平YY總線80μs高電平是否結束延時18ms總線80μs高電平是否結束延時18msNN輸出高電平輸出高電平YYMSP430F149進行數(shù)據(jù)接收MSP430F149進行數(shù)據(jù)接收延時40ms延時40ms保持高電平判斷引腳是否為低電平保持高電平判斷引腳是否為低電平NN結束結束YY圖4.9DHT11程序流程圖DHT11溫濕度傳感器運行前，需要先進入初始化狀態(tài)，延時40ms后，通過讀取數(shù)據(jù)連接端口，判斷是否為低電平，是則執(zhí)行判斷總線80μs高低電平是否結束，不是將繼續(xù)返回讀取。當高低電平沒有結束則繼續(xù)判斷，如果結束傳感器就會開始溫濕度采集并將數(shù)據(jù)傳輸給MSP430中，采集結束后傳感器將保持高電平狀態(tài)，等待下一次的指令循環(huán)。5溫濕度控制系統(tǒng)的調試5.1串口模塊的調試圖5.1XCOMV2.0軟件的調試在進行串口調試的時候，我們采用了XCOMV2.0軟件進行調試工作。連接好整個系統(tǒng)硬件后，利用RS-232通信串口將單片機MSP430F149與計算機相連接。在接通電源后，打開XCOMV2.0軟件，將波特率數(shù)值設為115200，選擇十六進制數(shù)據(jù)發(fā)送和十六進制數(shù)據(jù)發(fā)送，最后打開串口進行調試。通過窗口發(fā)送數(shù)據(jù)01、01、01數(shù)值，當窗口有數(shù)值顯示時，通過程序計算機完成數(shù)據(jù)轉換，轉換結果顯示的監(jiān)測溫度值若正常，則說明串口傳輸正常。如果溫度值錯誤，則需要調整串口或者檢查傳感器工作是否正常。5.2系統(tǒng)的整體調試圖5.2基于LabVIEW和嵌入式的溫濕度控制系統(tǒng)的整體調試當虛擬串行模塊工作正常，則將下拉列表設置為不同的通道位，檢查波形是否顯示對應的窗口中。如果溫濕度數(shù)值達報警上限，警報燈亮。如果正常工作說明后面板的程序設計模塊工作正常。如果沒能按預期顯示可以依次檢查程序設計、硬件設施的連接來排除問題，恢復正常后重復以上步驟。顯示正常后，通過單片機MSP430F149把數(shù)據(jù)傳輸給上位機LabVIEW中，通過前面板來實時顯示、存儲和超限預警提示。經過觀察前面板的波形圖，進行溫濕度數(shù)值對照，通過調節(jié)相應的控制模塊，使環(huán)境到達預期標準。結論基于LabVIEW和嵌入式的溫濕度控制系統(tǒng)的設計，本次由于MSP430F149單片機、兩個DS18B20溫度傳感器、DHT1兩個溫濕度傳感器、RS-232通信串口和LabVIEW上位機組成。主要應用于農村生產大棚，解決了我國農村生產大棚的基本現(xiàn)狀，能夠初步實現(xiàn)對小型農業(yè)大棚的自動化運營。對我國農業(yè)發(fā)展有這有著重要的現(xiàn)實意義。結論如下：（1）本次設計的基于LabVIEW和嵌入式的溫濕度控制系統(tǒng)的設計達到了預期效果，能夠實現(xiàn)對所測環(huán)境的溫度和濕度進行實時監(jiān)測、儲存、顯示、預警、調節(jié)溫度等作用。不僅能夠解決我國農業(yè)現(xiàn)狀，并且可以應用到更多檢測等領域，前景十分可觀。（2）在系統(tǒng)工作時，能夠通過一對是復合式數(shù)字DHT11溫濕度傳感器和一對是數(shù)字式DS18B20溫度傳感器組成多通道采集模塊，分別對空氣和土壤中溫度和濕度采集，同時提高測量精準度。并由MSP430F149單片機對傳感器采集的數(shù)據(jù)進行傳輸、處理和上傳，通過RS-232通信串口上傳給上位機，并由LabVIEW上位機模塊進行顯示、監(jiān)測和調節(jié)。當溫度超過預設峰值時，布爾控件的警示燈亮，通過風機裝置使環(huán)境恢復到預期范圍。本次設計的控制系統(tǒng)具有操作簡單、工作可靠、抗干擾能力強、響應迅速、性價比高、測量精度高等優(yōu)點。實現(xiàn)了更好的控制生產大棚中的環(huán)境變化，從而能夠科學合理的進行調節(jié)。對于本次設計的基于LabVIEW和嵌入式的溫濕度控制系統(tǒng)，運用了IARSystems軟件開發(fā)環(huán)境，因為自己以前沒接觸過這種開發(fā)環(huán)境，遇到了很多五花八門的問題，經過老師的輔導和幫助，又查閱了很多的相關書記，終于順利的完成了本次