霍海波

（三門峽職業(yè)技術(shù)學院，河南 三門峽 472000）

LabVIEW 是一種程序開發(fā)環(huán)境，主要用于虛擬儀器軟件開發(fā)，試用的領域為計算機方面，它的所屬公司為美國國家儀器（NI）公司，它的開發(fā)環(huán)境類似于C 和BASIC，它運用的計算機語言為圖形化編輯語言G，編寫的程序以框圖形式展現(xiàn)，與大部分運用文本語言編寫出的代碼有很大不同。在運用LabVIEW 進行多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)設計時，通常會使用數(shù)據(jù)采集板卡，可是由于開發(fā)周期較長，為了節(jié)約成本，所以可以采用成本更為低廉的單片機，并且單片機相對于數(shù)據(jù)采集板卡采集和傳輸數(shù)據(jù)更快，具體設計內(nèi)容如下。

1 系統(tǒng)硬件設計

多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包含兩部分內(nèi)容，上位機和下位機，上位機運用LabVIEW，下位機處放置單片機，無論是上位機還是下位機都需要硬件設計，但是上位機對硬件要求較低，使用普通PC 就可以，下位機需要具體進行設計，設計時主要包含信息收集模塊、微型控制器、RS232 串行通訊模塊三個板塊的內(nèi)容，多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體系統(tǒng)原理如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)原理圖

1.1 信息收集模塊

信息收集模塊包含多部分的內(nèi)容，主要為信號傳輸和數(shù)據(jù)預處理，在行業(yè)上一般會選擇信息收集電路利用單獨電子元件，進行搭建或者采用系統(tǒng)內(nèi)部控制器的A/D 功能進行設計。本次設計主要是基于系統(tǒng)內(nèi)部控制器的A/D 功能進行設計，即通過多路模擬信號傳感器，計算放大器電流，將加強后的信號通過A/D 轉(zhuǎn)換進行電壓的供應。

1.2 微型控制器

通過具體的設計以及對微型控制器性能的需求，可以選擇STC12C5A60S2 單片機構(gòu)建下位機的硬件部分，這個型號的單片機主要是功能比較多，不僅具有機械周期/單時鐘功能，而且具備計算器、定時等功能，可以滿足本次設計的需要。

1.3 RS232 串行通訊模塊

RS232 串行通信模塊的作用是連接上位機與下位機之間的紐帶，使上位機與下位機能夠信息互通。輸入或者輸出數(shù)據(jù)時，需要確認邏輯1 和邏輯0 以及電平的數(shù)值。在串行接口協(xié)議下，RS232 信號強弱之間的差距會比較大，所以電壓范圍也會比較大，邏輯1 為-15 ～-5V 之間，我們可以設置為-10V，邏輯0 為+5 ～+15V 范圍內(nèi)，我們可以選擇為+10V，因此TL 電平也需轉(zhuǎn)換為RS232 電平，添加MAX232E芯片即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)變。

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 RS232 通信協(xié)議約定

如果要確保上位機和下位機之間的通信切實有保障，那么需要自制RS232 通信協(xié)議，約定好其中對通信有影響的要素，如波特率、停止位、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)標識等。本文設計的RS232 通信協(xié)議主要內(nèi)容如下。

（1）基本通信數(shù)據(jù)格式。首先設計基本數(shù)據(jù)項，波特率為115200，數(shù)據(jù)位共8 位，數(shù)字1 是停止位，通過N 進行奇偶校驗。上位機要將完整的通信命令按照正確的格式傳到下位機，保證參數(shù)設置的準確性，然后進行數(shù)據(jù)采集，0X55+OXA5 為數(shù)據(jù)開始進行收集，下位機的參數(shù)由7 個字節(jié)構(gòu)成，整個字節(jié)部分可以體現(xiàn)整個數(shù)據(jù)塊的大小，0XCC 為數(shù)據(jù)采集結(jié)束，此命令由上位機發(fā)給下位機進行執(zhí)行。

（2）采集數(shù)據(jù)格式。下位機主要進行數(shù)據(jù)采集的工作，每次收集到數(shù)據(jù)都需要將其傳輸給上位機，傳輸時對格式具有一定的要求，需要按照高字節(jié)+低字節(jié)的形式進行，我們可以先按照20S 的時間間隔進行設計，如果有在實際使用中，不合適，可以按照實際的需要進行調(diào)整，從而保證、提高數(shù)據(jù)采集的效率。

2.2 下位機單片機軟件設計

下位機單片機軟件設計主要包含三方面的內(nèi)容，具體為：（1）數(shù)據(jù)采集功能模塊設計，主要應用STC 單片機的A/D轉(zhuǎn)換功能進行實現(xiàn)，它可以采集到外部多路模擬量的數(shù)據(jù)。（2）RS232 數(shù)據(jù)通信功能模塊設計，下位機接收上位機的通信命令，下位機通過查詢功能將上位機需要的數(shù)據(jù)傳輸回去，此功能實現(xiàn)的基礎是RS232 通信協(xié)議約定。（3）系統(tǒng)主程序功能模塊，標志Recflag 由串行中斷接收，查詢并處理標志Recflag 為此模塊主要功能。

2.3 上位機LabVIEW 軟件設計

上位機將數(shù)據(jù)采集命令傳輸給下位機，下位機按照指令進行執(zhí)行，將指定的數(shù)據(jù)傳回給上位機，這整個過程都離不開LabVIEW 軟件的支持，在上位機 LabVIEW 前面板程序中，它的主要功能結(jié)構(gòu)有：（1）串口通信參數(shù)設置模塊，是上位機和下位機進行通信的關鍵，RS232 通信參數(shù)設置也在此處。（2）下位機參數(shù)設置，該模塊主要用于在下達數(shù)據(jù)采集指定前進行的相關參數(shù)設置，如果數(shù)據(jù)采集模擬量為4 路，則通道數(shù)需要擴展時，可以將4 路作為基礎，一旦超過限定值就會出現(xiàn)警報，則可以根據(jù)警示進行處理問題即可。（3）運行控制選項，主要是下位機的數(shù)據(jù)采集工作的控制，比如開始或終止、數(shù)據(jù)存儲等。（4）實時數(shù)據(jù)顯示，將采集通道處的數(shù)據(jù)進行實時的展現(xiàn)，以便了解采集情況。（5）實時曲線顯示，將采集通道的數(shù)據(jù)以曲線方式展現(xiàn)出來。

2.3.1 串行通信功能模塊

串行通信需求的集成模塊位于InstrumentI/O＞serial目錄當中，此目錄在LabVIEW 功能面板中，串行通信功能模塊可以用于測控系統(tǒng)的設計，而且非常方便。本系統(tǒng)設計過程中，需使用的串行通信模塊包含以下幾種：（1）初 始 化 采 用VISAonfigUreSerialPort 口 令；（2）向VISAresourcename 指定的串行接口處填寫writebuffer字符時采用VISAwrite；（3） 規(guī)定字節(jié)數(shù)的數(shù)據(jù)在VISAresourcename 指定的串行接口讀取時采用VISARead；（4）VISAresourcename 指定的串行接口關閉時采用VISAClose。

2.3.2 實時數(shù)據(jù)處理及顯示功能模塊

下位機開始采集到數(shù)據(jù)后，就需要對數(shù)據(jù)進行處理，并將處理的結(jié)果進行實時展現(xiàn)，通過波形圖和數(shù)值的形式進行多方位的展示。

2.3.3 下位機參數(shù)設置功能模塊

進行參數(shù)設置可以通過兩種方法，一種是直接進行固定值的輸入，一種是將預先設置參數(shù)值，至于選擇什么方法，沒有特定的要求，用戶根據(jù)自己的需要進行選擇即可。但是，預先設定參數(shù)值法更加便捷，本次設計就是使用的這種方法，進行參數(shù)值預先設定，并非輸入的是具體數(shù)值，而是相應的參數(shù)序號，下位機可以識別參與序號，通過參數(shù)序號然后進行具體數(shù)值的查詢匹配，這種方法可以減少通訊數(shù)據(jù)的整體長度和大小，使程序更加簡單，減少了運行數(shù)據(jù)，提升了數(shù)據(jù)查詢的效率，這是因為如果設定值大于255 時，上位機需要通過兩個字節(jié)來進行數(shù)據(jù)上傳完成參數(shù)設置，依據(jù)HEX 格式，通過索引數(shù)組，然后利用VISAWrite 函數(shù)，向下位機發(fā)送參數(shù)。

2.3.4 運行控制選項功能模塊

該模塊通過事件驅(qū)動來實現(xiàn)運行控制，運用VI 程序進行編寫制作。

3 結(jié)語

近幾年來，信息網(wǎng)絡、計算機技術(shù)發(fā)展迅速，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了很大的改變，人們越來越多地關注各類數(shù)據(jù)的分析和應用，信息的收集和處理分析越來越重要，因次，各類數(shù)據(jù)收集處理軟件應運而生。

通過文章設計可知，使用單片機和LabVIEW 進行多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計，能夠完美地實現(xiàn)上位機和下位機之間的通信，可以大大地提高軟件開發(fā)的速度，并且節(jié)約了一定的成本，同時經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)準確、完整，并且顯示界面清晰、美觀，控制能力較強，應用前景廣闊，值得在電子計算機工業(yè)設計中推廣。