基于LabVIEW的温度实时显示与报警系统的设计优质毕业设计.doc

摘 要

作为农业大国，中国设施农业生产起步较晚。和国外比较成熟温室环境监控技术相比，中国温室环境监控系统存在着自动化水平相对较低，系统设计不完善，现代管理水平较低缺点。所以，为了实现温室农作物优质生长，我们有必需研究并开发一个温室大棚监测系统。
　　本文在传统系统设计基础上，研发了基于虚拟仪器温室大棚检测系统。经过传感器技术，检测温室大棚室内温度；传感器输出信号经过信号调理，经过通信技术，输送到嵌入计算机中数据采集卡中；最终将信号传输至计算机。本系统采取虚拟仪器设计思想，以LabVIEW为软件开发平台，采取可视化编程和数据库技术，向温室大棚工作人员提供一个优质人机交互界面和简易操作平台，实现了对温室参数采集、处理、显示、存放、查询和越限报警等功效。
　　经过对系统测试，结果显示该系统功效强大、操作简单易懂、可视化效果良好，能够实时正确地采集温室各个参数，基础上满足了对温室检测目标，达成了设计目标要求。
关键词：温室大棚；LabVIEW；检测；数据库；数据采集

Abstract

As a large agricultural country, China's faculty agriculture started late.Greenhouse environmental control technology abroad is relatively mature,but in China,there are many shortcomings of the greenhouse environment monitoring system such as low level of automation ,system design complexity and low level of modern management.Therefor, In order to achieve the optimal conditions for crop growth, we need to study and develop a kind of monitoring system for greenhouse.
　In this paper, the design of the greenhouse control system was proposed based on virtual instrument technology on the basis of the traditional greenhouse control. Firstly, the greenhouse parameters, such as indoor temperature is measured by a variety of high-precision sensors; Secondly, the data, which are detected by the sensors, after processed through signal conditioning circuits, then are delivered into the DAQ (data acquisition) board. By the fact that DAQ board is inserted into the computer system, thus the data are transported into the computer finally.The system used virtual instrument design,with LabVIEW for software development platform . By means of visual programming language and database technology, this system provides a clear display and simple platform for greenhouse workers, and it can realize greenhouse parameters of acquisition, processing, display , save, query and alarm functions.
　The system test results show that: the monitoring system is powerful, easy to understand and control, and its visual effect is good.It collected data in real time ,which is good to meet the needs of greenhouse environment monitoring, to achieve the design goals.
Key words: Greenhouse, LabVIEW, Monitoring, Database,Data acquisition

目 录

引言
1 系统综述
1.1 方案论证和选择
1.2 系统整体框图
2 硬件电路设计
2.1 51单片机主控电路
2.1.1 单片机主控电路设计
2.1.2 C51程序语言
2.2 TC1047温度采集电路
2.3 RC低通滤波电路
2.4 OP07放大电路
2.5 A/D转换电路
2.6 LCD1602显示电路
2.7 串口通信电路
2.8 电源稳压电路
3 下位机软件设计
3.1 主程序框架
3.2 ADC0832驱动程序
3.3 LCD1602显示驱动程序
3.4 串口通信程序
4 上位机软件设计
4.1 上位机人机交互界面设计
4.2 上位机程序框图设计
4.2.1 主程序框图设计
4.3.2 LABVIEW串口程序设计
4.3.3 串口数据帧解码
4.3.4 数据处理和显示
4.3.5 数据存放和读取
4.3.6 采集速率和温度报警
5 原理图电路仿真
6 组装调试及软件验证
6.1 制作步骤
6.2 硬件调试及软件验证
6.2.1 电源电路测试
6.2.2 LCD1602显示测试
6.2.3 放大电路测试
6.2.4 A/D转换测试
6.2.5 下位机串口通信测试
6.2.6 上位机串口通信测试
6.2.7 下位机和上位机整体功效测试
6.3 数据测量及误差分析
6.3.1 温度传感器标定
6.3.2 数据测量
6.3.3 误差计算及分析
6.4 软硬件调试综述
7 结论
7.1 系统功效
7.2 功效扩展
7.3 前景展望
谢 辞
参考文件
附录一 电路设计原理图
附录二 电路设计PCB图
附录三 上位机实时数据采集界面图
附录四 上位机历史数据读取界面图
附录五 主程序调试结果
附录六 串口程序调试结果
附录七 AD程序调试结果
附录八 1602程序调试结果

引言
伴随科学技术不停发展，对现代设备正确度要求不停增加，信息采集(即传感器技术)、信息传输(通信技术)和信息处理(计算机技术)为信息技术前沿尖端技术，其应用很广泛，已经渗透到社会每一个领域[1-3]。
数据采集是指将温度、压力、流量、位移等物理量转换成数字量后，再由计算机进行存放、处理、显示或打印过程。在生产过程中应用数据采集，可对生产现场工艺参数进行采集、监视和统计，为提升产品质量、降低成本提供信息和手段。
数控机床在加工过程中，热误差是因温度上升引发加工误差。据统计，在精密加工和超精密加工中，因为热变形引发加工误差占总加工误差50%～70%[4-5]。现在，有两类方法能够用来减小机床热误差。一是经过改善机床结构设计方法，直接减小热误差，不过会大大提升成本。二是经过建立热误差模型进行赔偿方法[15-16]。
LABVIEW软件是NI企业开发用于测控领域图形化开发环境，它在数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示方面有着显著优势而得到广泛应用[14]。它是一个方便人机界面软件，其编程方法相比于VC等比较复杂上位机编程软件来说愈加简单和有针对性。利用NILABVIEW软件和数据采集卡能够实现数据采集、存放、分析处理。或经过其它接口能够很轻易地将采集到数据发送到LABVIE编写上位机。
设计关键目标和任务是，在生产车间中对数控机床关键部件进行实时多点温度采集，采集硬件电路关键包含：温度传感器，放大滤波，A/D转换，下位机控制，串口通信等功效；采集通道数>=4，采集温度精度：0.5度，温度范围：0～40度。上位机对采集温度数据进行受热分析，并显示温度随时间改变趋势，并对加工热变形误差进行计算和赔偿。

1 系统综述
1.1 方案论证和选择
设计关键是实现数控机床机床4路温度采集，正确选择温度传感器和设计放大电路对整个设计起到事半功倍作用。下面简明分析设计硬件电路方案选择和上位机编写软件选择。
（1）温度传感器选择
设计中温度传感器能够选择数字温度传感和模拟温度传感器。设计中要求采集温度精度为0.5℃,数字温度传感器相对轻易实现对温度高精度测量，如数字温度传感器DS18B20，但进行多路温度采集时使用数字温度传感器成本高，在满足温度测量精度条件下，选择模拟温度传感器。模拟温度传感器又分为电压输出型温度传感器和电流输出型温度传感器两种。其中电流输出型温度传感器，输出电流通常全部很小，如AD590电流输出型温度传感器，需要将输出电流改变转化电压改变，才能进行电压放大和A/D转换等[11]。设计中选择电压输出型温度传感器TC1047温度传感，TC1047输出电压每改变10mV,表示温度改变1℃，正确设计放大电路和选择A/D转换芯片就能够满中温度测量精度为0.5℃要求。
（2）滤波电路设计
设计中温度传感器选择是电压输出型温度传感器，设计中要求将大于50Hz信号给滤除。设计中选择使用无源RC低通滤波电路即能够满足设计要求。
（3）电压放大电路设计
设计中能够选择使用仪用放大器或运算放大器组建电路进行电压放大。选择仪用放大器能够大大减小电路设计复杂度，如仪用放大器AD620和AD623只需要外接一个滑动变阻器就能够实现放大倍数正确调整。而使用运算放大器电路设计复杂，精度也没有仪用放大器高，但仪用放大器价格相对运算放大器来说价格很昂贵。设计中选择运算放大器OP07进行放大电路设计，也能够满足设计要求，而且设计成本大大降低。
（4）A/D转换芯片选择
设计中要合理选择A/D转换芯片分辨率。设计放大电路放大数5，只要A/D能分辨放大电路25mV输出电压改变，就能够实现测量温度精度为0.5℃要求。设计中选择8位分辨率A/D转换芯片ADC0832，在参考电压为5V时能够分辨最小20mV电压改变，满足设计要求。
（5）上位机编程软件选择
以上关键分析了硬件电路设计方案选择，上位机设计也是设计难点。设计选择使用LABVIEW作为上位机编写软件，LABVIEW是图形化编程语言，相对于其它文本编程语言来说，LABVIEW相对简单多，能够很轻易实现程序编写和显示界面美化设计[10]。
1.2 系统整体框图
设计关键任务分为上位机设计和下位机设计两个大模块。其中，下位机关键是硬件电路设计和C语言程序编写。用电压输出型温度传感器TC1047来实现四路温度实时监测，用液晶LCD1602显示采集到温度值。将温度传感器输出电压，经过RC滤波电路，将50HZ以上信号给滤除，再经过运算放大器OP07组建放大电路对滤波后电压信号进行放大，使用两片ADC0832将四路放大模拟信号转化为数字信号。主控芯片STC89C52将A/D转换数字量经过基于MAX232芯片串行通信方法，发送到用LABVIEW软件编写上位机，同时将数字量经数据处理转化为温度值在液晶LCD1602上显示。上位机将接收到数据进行处理和显示，显示温度随时间改变曲线和用颜色浅深来表示温度高低，上位机能够设定报警温度上限值和采集温度速率。上位机分为两个面板，一个为实时数据显示面板，另一个为历史数据读取显示面板，能够实现实时数据采集，同时也能够读取和分析历史数据。设计整体框图图1-1所表示。

图1-1 数控机床测温系统整体框图
2 硬件电路设计
2.1 51单片机主控电路
设计所选择单片机型号为STC89C52,其和市场大部分51系列单片机完全兼容，而且在性能方面和速度上更含有优势。
STC89C52是一个低功耗、高性能CMOS8位微控制器，在单芯片上，拥有灵巧8位CPU和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效处理方案。STC89系列单片机CPU关键功效是产生多种控制信号，控制输入/输出端口数据传输、数据算术运算、逻辑运算和位操作处理等。STC89系列单片机几乎包含了全部数据采集和控制中所需全部单元模块，可称得上是一个片上系统[6-10]。
2.1.1 单片机主控电路设计

图2-1 单片机主控电路
设计单片机最小系统原理图图2-1所表示。主控模块由复位电路，晶振时钟电路和IO电路3部分组成。复位电路设计为按键复位和上电复位，经过在单片机RST脚接10uf电容接电源，10K电阻接地方法，完成上电复位，RST引脚再经过一个200欧电阻和一个按键能够实现按键复位。测温电路设计要用到串口通信，为了得到较正确波特率，降低通信误码率，晶振电路使用是11.0592MHZ晶振，晶振两端分别接2个22pf电容接地，确保其时钟电路稳定性。单片机引脚为访问外部存放器控制信号，将其接高电平，访问内部ROM。IO电路其引脚功效具体以下：P0口为液晶LCD1602并行数据总线，为了增加对LCD1602驱动能力，外加了10K排阻；P1.0～P1.2为LCD控制口；P2.0～P2.4为ADC0832数据输入输出和控制口。P3.0和P3.1分别为串口通信数据接收和数据发送口。
2.1.2 C51程序语言
C51是为51系列单片机设计一个C语言，其特点：结构化语言，代码紧凑；靠近真实语言，程序可读性强；库函数丰富，编程工作量小；机器级控制能力，功效很强；和汇编指令无关，易于掌握；对于有复杂计算程序来说，更突显其优势，C51语言已成为51系列单片机程序开发主流软件方法。C51和标准C语言对比，其语法规则、程序结构、编程方法大致相同，而数据类型、存放模式及中止处理存在着差异[13]。
2.2 TC1047温度采集电路
设计采取4个温度传感器TC1047A来采集4路温度，将温度改变转化为电压改变。TC1047和TC1047A是线性电压输出温度传感器，能够正确地测量从-40℃到+125℃之间温度。10mV/℃输出电压斜率响应许可在温度范围内对估计温度进行测量。
TC1047传感器输出电压大小会随温度改变而改变，温度增大，输出电压会增大，温度减小，其输出电压也会减小[12]。TC1047温度传感器输出电压和温度改变成线性关系，关系表示式为：

其中:为传感器输出电压，单位为；测量温度值，单位为℃。TC1047温度传感器输出电压随温度改变关系曲线图2-2所表示。

图2-2 TC1047输出电压随温度改变关系曲线
图2-3所表示为TC1047温度传感器接口电路设计，其中3号管脚用于为该芯片供电，管脚1为电源地，管脚2为电压输出，只要给芯片供电就能够使温度传感器正常工作。

图2-3 TC1047接口原理图
2.3 RC低通滤波电路
设计采取一阶无源RC低通滤波电路滤除频率为50HZ以上干扰信号，使温度传感器输出电压较稳定。
常见滤波电路有没有源滤波和有源滤波两大类。若滤波电路元件仅由无源元件（电阻、电容、电感）组成，则称为无源滤波电路。无源滤波关键形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包含倒L型、LC滤波、LC∏型滤波和RC∏型滤波等)。若滤波电路不仅由无源元件，还由有源元件（双极型管、单极型管、集成运放）组成，则称为有源滤波电路。有源滤波关键形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。无源滤波电路结构简单，易于设计，但它通带放大倍数及其截止频率全部随负载而改变，所以不适适用于信号处理要求高场所。有源滤波电路负载不影响滤波特征，所以常见于信号处理要求高场所。滤波电路还能够分为高通、低通、带通和带阻滤波器，是一个能使有用频率信号经过，同时抑制无用频率成份电路。
设计需要采集由温度传感器将温度转化为电压信号，在实际中温度改变频率不可能是太高。为了使采集到电压信号愈加稳定可靠，设计需要将高于50HZ以上信号滤除掉，才能进行电压信号放大。在满足要求前提下，为了使设计愈加简单，采取RC无源低通滤波电路。RC低通滤波器截止频率计算公式为:

其中:为电阻阻值，单位为;为电容值，单位为。设计中选择电容为,电阻，所以能够计算出低通滤波器截止频率为:

所以满足截止频率小于50HZ要求，RC低通滤波电路原理图设计图2-4所表示。

图2-4 RC低通滤波电路
2.4 OP07放大电路
设计采取运算放大器OP07作为主芯片组建电压放大电路，放大经过RC低通滤波器电路后电压信号。OP07芯片是一个低噪声，非斩波稳零双极性运算放大器集成电路。因为OP07含有很低输入失调电压，所以OP07在很多应用场所全部不需要额外调零。OP07同时含有输入偏置电流低各和开环增益高特点。这种低失调电压、高开环增益特征使得OP07尤其适适用于高增益测量设备和放大传感器输出信号。
温度传感器TC1047在0℃到40℃电压输出范围为到，每改变一度，精度要求为0.5℃。而采取是8位A/D转换，最大能分辨20mV电压改变，放大器放大倍数为5即可满中要求。设计要求能实时快速地采集温度改变，对采集速度有较高要求，不能经过模拟开关来分时放大每一通道电压信号，而是每个通道全部有各自放大电路，这么就能够大大提升温度采集速度。单通道放大电路原理图图2-5所表示。

图2-5 单通道电压放大电路
如上图2-5所表示为三运放组成差分放大电路，其中和全部是组成电压跟随器，用于增大输入阻抗减小输出阻抗。管脚3输入温度传感器输出电压，用于将电压进行差分放大。需要依据要求计算各电阻参数值。
输出电压为：
……………………………………（2-1）
依据运算放大器虚短虚断特征可得：
………………………………（2-2）
其中:,,………………………………………（2-3）
由公式（2-1）、（2-2）和（2-3）可计算出以下表示式：
……………………………（2-4）
其中表示式（2-4）中为电阻阻值，单位为;分别为输入输出电压，单位为。设表示式（2-4）中,即为电压放大倍数，为了方便计算，取，,将和所选择电阻阻值代入（2-4）可得：

解得：,电阻用一个滑动变阻器替换，便于放大倍数调整。
2.5 A/D转换电路
设计采取两片分辨率为8位A/D转换芯片ADC0832将已放大模拟电压信号转换为单片机能够处理数字信号。ADC00832为8位分辨率逐次迫近型双通道A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，能够适应通常模拟量转换要求。其内部电源输入和参考电压复用，使得芯片模拟电压输入在0～5V之间。芯片转换时间仅为32us，含有双数据输出可作为数据校验，以减小误差，转换速度快且性能稳定性强。独立芯片使能输入，使多器件挂接和处理器控制变得愈加方便。
设计要求采集4通道模拟量，而单片ADC0832只有双通道，所以选择使用2片ADC0832。之所以选择两片ADC0832作为A/D转换电路，而不是选择集成有多通道A/D转换芯片，如ADC0834或ADC0838，而这两个芯片在操作时更复杂，编写软件时会降低模拟量采集速度，若选择常见转换芯片ADC0809,在频率为500KHZ时，转换速度才128us，速度也达不到。在设计时将两片芯片引脚CLK、DI和DO分别对应并联在一起连接到单片片机三个I/O口上，而两芯片片选信号CS则连接到不一样I/O口上，能够经过片选端来选择要操作A/D芯片。两片ADC0832组成A/D转换电路原理图图2-6所表示。

图2-6 A/D转换电路
2.6 LCD1602显示电路
设计LCD1602关键用于显示采集到4路温度值。LCD1602是常见液晶显示器，它显示内容为16×2，即能够显示两行，每行16个字符，现在绝大多数字符液晶基于HD44780液晶芯片，控制原理是完全相同，所以基于HD44780写控制程序能够很方便地应用于市面上大部分字符型液晶。LCD1602工作电压为3.3V或5V，内含复位电路，提供多种控制命令如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多个功效。有80字节显示数据存放器DDRAM，内建有192个5X7点阵字型字符发生器CGROM和8个可由用户自定义5X7字符发生器CGRAM。

图2-7 LCD1602显示电路
LCD1602关键由控制引脚和数据引脚2个部分组成。参考图2-7其中RS和RW两个引脚用于控制LCD1602写操作类型，当RS和RW均为0时，即全部为低电平时，则此次单片机发送8位数为对LCD1602控制命令，经过命令类型判定实施对应LCD配置。而当RS为1即高电平时，则发送8位数为需要显示内容，LCD对其进行显示。每次写命令，需要将LE控制引脚置为高电平，使能此次写，平时状态则置为低电平。引脚1和2分别为LCD电源和接地端，引脚15和16分别为LCD背光调整正极和负极，分别接上电源和地。LCD3引脚用于调整字符显示对比度，此部分经过外加一个10K电位器，接电源和地之间来实现手动调整，通常当对比度不够高时，字符不会显示，而增加太多时会出现重影，所以适宜对比度对于显示效果比较关键。
2.7 串口通信电路
设计采取MAX232芯片进行单片和PC之间电平转换，实现单片机和PC机之间通信。MAX232芯片是美信（MAXIM）企业专为RS-232标准串口设计单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。因为电脑串口RS232电平是-10V，+10V，而通常单片机应用系统信号电压是TTL电平0 V和+5V,MAAX232就是用来进行电平转换,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

图2-8 串口通信电路
串口通信电路原理图设计图2-8所表示。此次设计串口通信电路关键使用MAX232芯片来实现电平转换。其中T1IN和R1OUT分别接单片机发送引脚TXD和接收引脚RXD，MAX232外接5个1uf电容为经典电路接法，关键实现振荡式升压将单片机电平变成符累计算机电平类型。和计算机接口电路使用RS232 DB9接头，因为不需要奇偶校验等，所以只需接其中3根线，即发送、接收和地线。
2.8 电源稳压电路
设计要求运算放大器OP07需要在正负电源下工作，而且A/D参考电压值也需要较稳定。为了使电路正常而且稳定工作，选择L78××/ L79××稳压芯片设计稳压电源。L78××系列是三端正电源稳压芯片，它有一系列固定固定正电压输出，应用十分广泛。芯片内部有电流限制、过热保护和安全工作区保护，使它基础不会损坏。假如能够提供足够散热片，就能够提供大于1.5A输出电流。即使芯片是根据固定输出电压来设计，不过接入合适外部器件后，就能取得多种不一样输出电压和输出电流。
图2-9 稳压电源电路
电源电路原理图图2-9所表示。选择L7812和L7912稳压芯片分别得到稳定正12V和负12V电压。而A/D转换芯片、温度传感器和单片机等全部需要正5V工作电压，选择L7805稳压芯片得到稳定正5V电压输出。其中P5用于接220V交流转12V交流变压器，对12V交流经过整流后输出直流正电压和直流负电压。将整流后直流电压经过一个2200uF和一个0.33uF电容后能够得到较稳定直流电压。然后经过稳压芯片L7812和L7912就能够得到稳定正负12V电压，把稳压管输出正12V作为L7805输入，L7805就能够输出稳定正5V电压。
3 下位机软件设计
下位机程序设计使用KEIL C编译环境，并使用C语言进行程序编写，然后经过编译后生成.hex文件。此次设计因为要用到串口通信，所以选择使用串口下载，将代码下载到对应STC89C52单片机中去。
3.1 主程序框架
下位机程序设计采取模块化设计思想，关键包含下面几部分：
（1）编写LCD1602驱动程序，实现对LCD16028字节写命令操作函数、写数据操作函数，调用写命令函数初始化液晶屏和经过写命令和写数据这两个函数来编写在指定位置显示单个字符、在指定位置开始显示字符串等扩展函数，便于在主程序中调用。经过在主程序中调用对应LCD显示函数，最终完成4路温度值显示。
（2）编写ADC0832驱动程序，实现对4通道模拟电压采集。程序中包含对应通道选择和对A/D转换结果1个字节读取。为了能方便在主函数中选择转换通道和读取对应通道A/D转换结果。将程序设计成有两个参数变量和带返回值函数，其中一参数变量用来选择对那片芯片操作，另一个参数变量用来选择转换通道，最终返回值则为A/D转换结果。
（3）编写串口通信程序，实现将A/D转换8位数字量经过串口发送到上位机。串口通信程序包含串口初始化配置函数，串口1个字节发送函数。其中串口初始化配置要尤其注意波特率设置，应该和上位机波特率设置成一样大小，确保串口通信更正确；而串口发送则采取查询法。在主程序中经过调用发送子函数即能够将数据发送到上位机。
（4）编写主程序，实现在主程序中调用已编写好子程序，立即整个下位机功效在主程序中实现。在主函数中，首先对LCD1602、ADC082和串口进行初始化，然后在一个大循环中不停地采集A/D转换数据，并经过处理经过串口发送到上位，同时再经过合适处理，在LCD上显示出温度值。为了使接收到数据更正确，在取A/D转换结果时，连续读取10次，再求取平均值，而LCD温度显示函数则在定时器中止调用，设置成每隔一段时间对温度值进行刷新一次。下位机主程序步骤图图3-1所表示。

图3-1 下位机主程序步骤图
3.2 ADC0832驱动程序
ADC0832未工作时其CS输入端应为高电平，此时芯片严禁读写，CLK、DO和DI电平值可任意。当要进行A/D转换时，必需将CS使能端置低电平而且保持低电平直到转换完全结束。使能CS以后，单片机向芯片时钟输入端CLK输入时钟脉冲，数据输入端DI用于输入数据进行A/D转换通道选择，数据输出端DO用于输出A/D转换结果。在第一个时钟脉冲下降沿之前DI必需保持高电平，表示开启信号，在第二和第三个下降沿之前DI输入数据用于选择A／Ｄ转换通道。ADC0832操作时序图3-2所表示。

图3-2 ADC0832时序图
在进行A/D转换时，要用到两片ADC0832,在进行A/D转换时，先选择其中一片芯片进行A/D转换，读取两个通道值，以后再选择另外一个芯片进行A/D转换，再读取两个通道值。再选择芯片时只能使能其中一个芯片，而另外一个芯片使能端必需严禁。ADC0832驱动程序步骤图图3-3所表示。

开始
选择一片ADC0832
选择通道1
选择通道2
保留转换结果
保留转换结果
选择另一片ADC0832
选择通道3
选择通道4
保留转换结果
保留转换结果
结束

图3-3 A/D转换程序步骤图
ADC0832在读取转换结果时，是在时钟脉冲下串行输出，而且是最高位先输出。读取A/D转换部分代码以下：
for(i=0;i<8;i++) //循环8次读取1个字节数据
{
val=val<<1; //val用于暂存转换结果,经过8次左移后即为转换结果
CLK=1;
CLK=0; //数据输出在下降沿后有效
if(DO)
{
val=val|0x01; //若输出为1则和0x01相或
}
}
3.3 LCD1602显示驱动程序
LCD显示驱动程序在进行数据显示时，先要对LCD写入初始化控制命令字，初始化成功以后，写入数据地址控制命令，再写入数据才能把数据显示出来。程序关键包含写命令、写数据、数据地址指针设定、显示单个字符、显示字符串等。LCD1602写操作时序图3-4所表示。

图3-4 LCD1602写操作时序
依据LCD1602写操作时序图可知，当RS为低电平，RW为高电平时为写命令操作，控制命令关键是用设置LCD显示模式、光标设置等，单片机将8位数据送到LCD并行数据总线上，单片机给E数据端一个正脉冲信号，就能够将控制命令字写入LCD。当RS为高电平，RW为高电平时为写数据操作，LCD就会将接收到数据在液晶屏上显示出来。在进行数据显示前需要先设置数据地址指针，这么才能在想要位置显示出数据。LCD1602显示驱动程序步骤图图3-5所表示。

图3-5 LCD1602显示驱动程序步骤图
依据以上LCD写操作时序和LCD显示驱动程序步骤图编写出对应驱动函数，部分显示函数以下：
void Display_LCD_1602_dan_zi(uchar X,uchar Y,uchar Value) //在指定位置
{ // 写入一个字符，X为行，Y为列,Value为写入数据
LocationXY( X, Y); //确定字符显示位置函数
Write_com_or_dat(Value,1); //写入数据函数
}
void Display_LCD_1602_duo_zi(uchar X,uchar Y,uchar *P) //显示字符串函
{ //数,P指向字符串首地址
LocationXY( X, Y); //设定初始地址
while(*P){ Write_com_or_dat(*P,1);P++;}
}

3.4 串口通信程序
串口通信程序关键包含串口初始化、串口数据发送，其中串口初始化关键是用于设置波特率。在通信中采取串口通信波特率为9600，在程序设计中采取查询法发送数据，串口通信程序步骤图图3-6所表示。

图3-6 串口通信程序步骤图
在进行串口通信程序编写时，编写单字节发送函数和字符串发送函数，其中部分程序代码以下：
void Sent_Byte(uchar dat) //发送单字节函数
{
SBUF=dat; //将数据送到缓冲器
while(!TI); //判定是否发送完
TI=0; //发送完清标志位
}
void Sent_Date(uchar *dat) //发送一个字符串函数
{
while((*dat)!= '\0') //假如字符串未结束，指针++指向下一个字符
{
Sent_Byte(*dat); //发送单字节函数
dat++; //指针++
}
}
4 上位机软件设计
4.1 上位机人机交互界面设计
此次设计上位机人机交互界面关键分为两个窗口，即实时数据窗口和历史数据窗口，能够在使用过程中进行切换。实时数据窗口关键是用于实现4路温度数据实时显示、实时温度改变曲线显示及实时温度强度图显示。而且能够在本界面设定串口相关配置，如波特率、数据位、奇偶校验位等；另外能够设定设定温度采集速率、报警温度上限值、选择数据数据存放路径等；同时能够开始和停止温度采集。除此之外，还显示出模拟数控机床热变形误差，当采集温度值超出设计温度上限时，报警指示灯就会闪烁并发出报警声。因为实时窗口显示数据是变动，鉴于此历史数据窗口关键是用于历史数据读取方便数据分析。在进行数据显示时，除了显示温度值外，还显示出采集到温度所对应时间。

图4-1 实时数据显示界面
人机交互界面实时数据显示窗口设计图4-1所表示。实时数据显示窗口不仅能够显示温度随时改变曲线，和用强度图表中用颜色浅深来表示温度大小。除了用数值来显示温度值外，还用4个类似于温度计柱体来直观显示温度大小。图中开始按钮能够用来控制数据采集和暂停。
4.2 上位机程序框图设计
4.2.1 主程序框图设计
主程序经过串口接收下位机发送4路A/D转换采集到8位数字量，经过数据处理，计算出温度值、热变形误差，同时能在前面板显示出来。另外还要实现报警、数据存放和相关数据采集参数设定等功效。上位机整体程序设计步骤图图4-2所表示。

图4-2 上位主程序步骤图
4.3.2 LABVIEW串口程序设计
在LABVIEW程序串程序设计中，关键用到VISA配置串口、属性节点、VISA读取和简单错误处理等几部分组成，下面分别简单介绍这多个节点使用。

图4-3 VISA配置串口
图4-3所表示为VISA配置串口节点，经过该节点能够很方便对串口参数进行配置，如波特率、奇偶校验、停止位等，经过配置好相关参数，即对串口进行初始化，上位机才能和下位机经过串口通信。

图4-4 VISA串口数据读取
图4-4所表示为串口缓冲区读取节点，经过该节点能够读取下位机发送到串口数据缓冲区里数据。其中有一个比较关键设置，就是VISA READ“字节总数”这个输入，因为在串口通信中，假如指定读取100个串口缓冲区字节数，假如目前缓冲区数据量不足100个时，程序会一直停在VISA READ这个节点上，假如在超时时间（默认是10秒）内还没有凑足100个数据话，程序就会报“Time out”错误，假如超时时间设置得太长，有可能造成程序很长时间停止在VISA READ这个节点上。处理措施是使用“Bytes at Port”这个串口属性节点，这个属性节点读取目前串口缓冲区有字节数，然后将它输出连接到VISA READ“读取字节数”这个输入端上即可，这么目前缓冲区中有多少个字节就读回多少个，不会有任何等候，该属性节点图4-5所表示。

图4-5 Bytes at Port属性节点
将以上多个节点正确连接起来，再结合while结构和判定结构就能够实现对下位机发送来数据进行不停读取。其部分程序设计图4-6所表示。

图4-6 串口数据读取部分程序
4.3.3 串口数据帧解码
下位机发送来采集到4路数据，在读取串口数据以后并不知道接收到数据是属于那一路，需要将各路数据区分开