基于LabVIEW的温湿度监测系统设计与实现*
林园胜， 许 钢， 江娟娟， 吴益红， 毕运锋
【摘 要】目前，温湿度监测系统的应用领域越来越广泛，为解决传统温湿度监测系统中存在的问题以及减少系统开发成本，提出了一种基于LabVIEW的温湿度监测系统的设计与实现；系统硬件电路部分由单片机和SHT11组成、应用LabVIEW完成系统数据处理及人机交互软件设计，进而完成温湿度的测量和数据分析；实验结果表明，系统实现了温湿度自动测量、温湿度趋势图绘制、数据显示及存储和超限报警等功能；系统硬件电路简单，人机交互界面友好，设计过程快速、高效，开发成本低。
【期刊名称】重庆工商大学学报（自然科学版） 【年(卷),期】2014(031)006 【总页数】5
【关键词】温湿度；监测系统；LabVIEW；单片机；SHT11
温度是用来度量物体冷热程度的物理量，湿度是用来表示空气干燥程度的物理量，温湿度与人类的生活和工作密切相关，温湿度监测系统也广泛应用于农业、食品、博物馆文物、档案管理和药品储存等众多领域，与温湿度相关的行业对自身所采用监测系统的精度和操作简易程度的要求越来越高。现有的温湿度监测系统多为基于单片机为核心处理单元，单片机除了负责操控温湿度传感器，还要进行数据分析处理及显示，通常存在着硬件设计不易、软件编程复杂、系统扩展应用不够理想等问题。随着计算机技术和虚拟仪器技术的飞速发展，使得采用虚拟仪器技术和单片机技术相结合进行温湿度监测系统的设计成为可能，这样可以节约资源，也便于计算机控制。
目前，基于虚拟仪器的监控与数据采集系统的设计主要依赖于数据采集卡；但是，常见数据采集卡价格昂贵，这不利于系统开发和应用[1-3]。本文介绍一种基于美国国家仪器公司(National Instruments，简称NI公司)研制的实验室虚拟仪器工程平台(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，简称LabVIEW)[3，4]和单片机研发的温湿度监测系统，单片机所采集的温湿度数据通过串口通信方式发送至PC机，PC机应用LabVIEW进行数据的处理和分析，系统可以实现温湿度的测量、趋势图绘制、超限报警和数据存储等基本监测功能。这样进行的系统设计更有效、更快速，且极大程度地减少了开发成本。
1 系统结构设计
系统由硬件电路和软件编程两部分组成，其中，硬件电路包括温湿度传感器SHT11、单片机STC89C52RC和PC机；软件编程主要是应用LabVIEW 2011进行用户操作界面和数据显示界面的设计。系统结构框图如图1所示。单片机控制温湿度传感器进行温湿度的采集，单片机采集到的温湿度数据由串口通信方式发送到PC机，安装有LabVIEW 2011的PC机通过编写好的程序实现对采集温湿度的实时显示、趋势图绘制、数据存储和超限报警等基本操作，构成一个基于LabVIEW 2011和单片机的温湿度监测系统。
2 系统硬件设计
系统硬件设计主要是温湿度传感器、单片机和PC机的功能应用设计。其中，温湿度传感器和单片机构成系统前向通道，进行温湿度数据的采集；PC机应安装有LabVIEW 2011软件，用于数据的处理和分析程序的编写。 2.1 硬件选型
系统硬件选型主要是进行前向通道的芯片选型。其中，温湿度传感器采用瑞士Sensirion公司生产的SHT11，SHT11是一款高度集成的温湿度一体传感器芯片。SHT11温度测量范围为-40 ℃～+123.8 ℃，分辨率为0.01 ℃，测量精度为±0.4 ℃；相对湿度测量范围为0～100%RH，分辨率为0.03%RH，最高精度为±3%RH。此外，SHT11还具有体积小、低功耗、响应时间短、抗干扰能力强、适配各种单片机等优点，是一款性价比极高的温湿度传感器[5]。 单片机选用宏晶科技公司推出的STC89C52RC，STC89系列单片机，它具有功耗超低、加密性强、抗干扰能力强等特点。其系统可编程，指令代码完全兼容传统8051单片机[6]。 2.2 硬件电路设计
系统前向通道由温湿度传感器和单片机最小系统构成，进行温湿度数据的采集和传送，是系统硬件设计的核心电路。SHT11与单片机的连接电路如图2所示。为减少开发成本，应用串行总线实现计算机和单片机之间的数据通信，从而取代昂贵的数据采集卡。目前，带有串口的计算机越来越少，如部分一体机、笔记本电脑都很少带有这种老式接口。但是，每台计算机都有USB接口，系统硬件设计采用一种USB转串口电路，进行PC机的USB接口和通用串口之间的转换，实现计算机和单片机之间的通信[7]，USB转串口电路图如图3所示。
3 系统软件设计
系统软件设计包括前向通道硬件的C语言程序的编写和用于数据分析处理的LabVIEW程序设计，软件设计是整个系统开发的核心内容。 3.1 前向通道程序设计
前向通道C语言程序设计主要是进行单片机烧录程序的编写，即应用单片机控
基于LabVIEW的温湿度监测系统设计与实现
