基于Labview和mbed平台的多点数据采集系统的设计
摘要：在我们日常的工作中，之前我们通常会记录我们所需要的数据以便于之后的发展、研究等。我们在日常生活当中借助数据采集系统可以对需要测量的物理量进行一个数据的整合，类似于记录数据、保存数据、预防报警等功能。使用在工程师的研究当中，使用数据采集系统可以获取种类繁多的信息，是研究物理量变化规律的重要工具之一，也是我们探寻、发展科研项目的核心手段之一。总而言之，多点数据采集系统的广泛应用，使得我们获取了大量的研究信息与丰厚的经济效益。
本文的主要内容是在了解LabVIEW的虚拟仪器，进一步的推测出多点数据采集的可行方法。第一步，需要我们了解本次论文的基础理论知识，万丈高楼始于垒土。第二步，则是设计可行的方案、结构的示意图之类。最后该系统是用LabVIEW平台做上位机开发，mbed平台做底层开发。温度的读取，我们有专门的传感器部分来实现读取记录下来数据，PC机对读取的数据进行一次处理达到统一的形式，经过串口发送，LabVIEW负责接受信息，之后才是记录得之不易的数据信息。
关键词： 数据采集；虚拟仪器；LabVIEW平台；mbed平台；串口通信
Multi-point data acquisition system based on LabVIEW and mbed platform
Abstract: In our daily work, before we usually record the data we need in order to facilitate future development and research. In the daily life, we can use the data acquisition system to integrate data on the physical quantities that need to be measured, similar to the functions of recording data, saving data, and preventing alarms. Using the data acquisition system to obtain a wide variety of information in the use of engineers' research is one of the most important tools for studying the laws of changing physical quantities, and it is also one of the core means for us to explore and develop scientific research projects. All in all, the widespread use of multi-point data acquisition systems has enabled us to obtain a wealth of research information and substantial economic benefits.
The main content of this article is to understand the virtual instrument of LabVIEW and further speculate the feasible method of multi-point data acquisition. The first step requires us to understand the basic theoretical knowledge of this dissertation. The second step is to design feasible plans, schematic diagrams of structures, and the like. Finally, the system uses the LabVIEW platform to develop the upper computer, and the mbed platform does the lower layer development. To read the temperature, we have a dedicated sensor part to read and record the data. The PC will process the read data once to achieve a unified form. After sending through the serial port, LabVIEW will accept the information. After that, it will be difficult to record. Data information.
Keywords: data collection; Virtual instrument; LabVIEW platform; Mbed platform; Serial communication
目录
第一章 绪论 1
1.1 课题研究的背景及意义 1
第二章 基础知识简介 1
2.1 什么是数据采集系统 1
2.2 虚拟仪器的结构与特点 2
2.3虚拟仪器技术的现状及前景展望 3
2.4传感器简介 4
2.5 mbed嵌入式系统 6
2.6 本文的主要工作 7
第三章 硬件系统设计 7
3.1系统总体设计方案 7
3.2 mbed嵌入式开发板 8
3.2.1电源电路 13
3.2.2 复位电路 13
3.2.3 液晶显示电路 13
3.3串口接口设计 15
3.4温度传感器电路设计 16
3.5湿度传感器电路设计 17
第四章 软件系统方案 18
4.1 LabVIEW图形化编程语言 18
4.2上位机总体设计方案 20
4.3单总线设计方案 21
4.4串口通信设计方案 23
第五章 上位机LabVIEW程序设计 23
5.1 LabVIEW的开发环境 23
5.1.1 LabVIEW程序的执行顺序 23
5.1.2 LabVIEW中的数据类型 24
5.2 程序界面 24
5.2.1 登陆界面 25
5.2.2 登录程序流程 26
5.3 程序的主体框架 26
5.4 程序的调试 27
结论与展望 28
参考文献 29
致谢 30
附录1 源代码清单 32
第一章 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
LabVIEW作为多数工程师选择的研究工具，并不是因为它好才使用，最大的原因是它适合绝大多数的人群，才会如此的成功，成为一款经久不衰的开发设计软件。LabVIEW开发中，工程师、科学家高效率的使用它，帮助设计师们解决问题，提高效率并且不断的创新。当前，LabVIEW软件被广泛应用于测量、监测、预警和工农业等范畴之中。
多点数据收集技术在环境的勘测在家庭、农作业诸多生产领域中，有着林林总总的广泛应用。但在目前的数据采集系统之中，并没有能够高效、准确的多点数据收集技术系统。大多数的就单一的数据采集，在人们涉及的领域之中并不能满足我们大大小小的任务。在基于LabVIEW的数据采集系统中通常使用专门的数据采集卡，或使用串口通信。但是呢，专门的数据采集卡价格普遍昂贵，也不能满足多种的数据采集，而串口通信数据传输速率不能实现高速的数据传输。
本文设计的系统其意义在于多点数据的测量在工业、农业当中都有着非常重要的地位。虽然目前的多点数据采集不是很完善，但是本系统可以做出很多的扩展，就比方说单一的温度监控，同时也可以测量湿度，二氧化氮的浓度种种之类的。所以说，尽管多点数据采集系统技术趋于成熟，但也十分具有研究、深究的价值。并且也方便大家学习。
本文的多点数据收集经过在mbed平台的数据采集与监测并在上位机用LabVIEW上表现，也能达成预警、警示的功用。可以广泛的应用于众多领域当中。例如温室大棚温湿度的监测、液体压力的监测和机场风速的监测等等。
第二章 基础知识简介
2.1 什么是数据采集系统
数据采集，是一个使用硬件设备从系统外收集数据并将信息输入系统的过程。数据采集系统广泛应用在各个领域。在当今的数字化信息发展当中，数据采集的功能显得十分重要，比如温室大棚的数据采集，它就是需要我们每时每刻的通过数据采集系统来分析它采集出来的结果，再从而对大棚里的温度进行相应的调控。说了这么多感觉它十分的繁琐，其实并不然。数据的采集、分析和处理可以同时做，既不用担心数据的不准确和没有时效性。只要我们在通过计算机的软件编程，设计一个程序来控制监测、预警，以达到智能化的一个处理。
数据的采集是通过传感器的反馈各种物理量的变化，如温度、压力、转速、位移等。传感器把这些物理量变化量转化为电信号，数据采集系统则是扫描这些电信号数字量，根据传感器的特性来对这些进行一个换算，使得我们的计算机能够接收到，并且再将这些数据都保存记录下来。这么一个完整的过程就是我们数据采集的工作量。它相当于外部世界物理量和计算机世界一条至关重要的纽带。
数据采集一般来说当计算机工作繁忙的时间里，不能够实现数据的采集，它的工作量也十分的重，所以需要我们根据被采集的事物设定一个相应的时间点，一个相应的采集周期表，之后再来实现物理量的采集。以方便定期的数据采集来发现物理量变化的规律，才能更加深入的研究。在信息时代迅猛发展的社会下，数据采集系统应景而生，它们多适用于各种各样的领域当中，更加先进的智能化数据采集体统也取得了长远的发展空间，各式各样的数据采集仪器的诞生，也将数据采集系统带入了一个全新的时代当中。
2.2 虚拟仪器的结构与特点
虚拟仪器顾名思义没有硬件设备，有的仅仅只是与PC机连接的接口组织。它们相比较经典的测量仪器具有以下3个特征：
（1）传统的仪器需要实物仪器去测量，而虚拟仪器只需要通过软件上的功能来实现用户所需的相关物理量的测量与检测。虚拟仪器的数据采集、数据分析、数据记录这三个基础的功能是传统仪器不具备的，这充分展现了虚拟仪器通过计算机强大的计算能力来分析、处理数据信息的功能。在虚拟仪器的软硬件的支持下，它能完成数据的采集，数据的分析和处理，对数据的监测以及预警等功能。
（2）互联网数据库里的资源是可以互相借鉴的，虚拟仪器的软件部分也是一样，最具有代表性的特征是PC机和虚拟仪器的硬件组织部分、DPS技术相结合形成统一的个体，达成了系统里的数据信息共享。虚拟仪器的出现冲破了以往实物数据采集仪器的市场的“壁垒”，从而是我们广大用户有了自己自定义的模式，更加便利、有效的提高了处理数据采集、处理、记录的能力。通过我们不同的需要编写了不同的测量模式，为我们提供了符合自身需求的仪器，既方便，功能也强大。
（3）虚拟仪器具有可视化的图形平台，是传统仪器所不具备的。一个良好的图形可视化平台可以更加清晰明了的让我们通过使用鼠标、键盘来操作实现数据的采集。相比较我们的虚拟仪器上也有类似于传统仪器的按键、旋钮、指示灯以及其它的一些功能键位，不过虚拟仪器的键位越发的详细，在图形的可视化界面上功能也愈发强大。在操作时，用户只需要用鼠标键盘设定一下采集什么样的物理量就可以了，十分的简单。
参考文献
[1] 黄水松，计算机操作系统、应用与实验[M]，武汉大学出版社.2003.
[2] 王丽娟、荣政、胡建伟、邵晓鹏、胡钢伟，C程序设计[M]，西安电子科技大学出版社.2006.
[3] 尹建华、张惠群，微型计算机原理与接口技术[M]，北京高等教育出版社.2003.
[4] 谭浩强、张基温、唐永炎，C语言程序设计教程[M]，北京高等教育出版社.1992.
[5] 薛青 新型温度测量显示系统的设计与实现 [期刊论文] 《计算机光盘软件与应用》，2010.
[6] 朱清慧、张凤蕊、翟天嵩、王志奎，Proteus教程——电子线路设计、制作与仿真[M]，清华大学出版社.2008.
[7] Chen A、Huang Y，Research on Medical Wireless Frequency Hopping Communication by nRF24L01[M]，Springer Berlin Heidelberg.2012.
[8] Gang、Jin，Design of Multi-point Wireless Temperature and Humidity Sensor Network Based on NRF24101[J]，Information Technology Journal.2013.12.
[9] Bjarne Stroustrup，C++程序设计[M]，机械工业出版社.2010.
[10] 陈锡辉 张银鸿，LabVIEW入门与实战开发100例[M]，电子工业出版社.2011.
[11] Jeffrey Travis，LabVIEW大学实用教程[M]，电子工业出版社.2008.
