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        基于單片機和LabVIEW 的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計構(gòu)想

        2019-10-11 07:29:28霍海波
        中國設備工程 2019年18期
        關鍵詞:功能模塊單片機功能

        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。

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