基于單片機和LabVIEW 的多路數據采集系統設計構想

霍海波

（三門峽職業技術學院，河南 三門峽 472000）

LabVIEW 是一種程序開發環境，主要用于虛擬儀器軟件開發，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，它的開發環境類似于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，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 進行多路數據采集系統開發設計時，通常會使用數據采集板卡，可是由于開發周期較長，為了節約成本，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據采集板卡采集和傳輸數據更快，具體設計內容如下。

1 系統硬件設計

多路數據采集系統主要包含兩部分內容，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容，多路數據采集系統的具體系統原理如圖1 所示。

圖1 系統原理圖

1.1 信息收集模塊

信息收集模塊包含多部分的內容，主要為信號傳輸和數據預處理，在行業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內部控制器的A/D 功能進行設計。本次設計主要是基于系統內部控制器的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。輸入或者輸出數據時，需要確認邏輯1 和邏輯0 以及電平的數值。在串行接口協議下，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，我們可以選擇為+10V，因此TL 電平也需轉換為RS232 電平，添加MAX232E芯片即可實現轉變。

2 系統軟件設計

2.1 RS232 通信協議約定

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 通信協議，約定好其中對通信有影響的要素，如波特率、停止位、數據類型、數據標識等。本文設計的RS232 通信協議主要內容如下。

（1）基本通信數據格式。首先設計基本數據項，波特率為115200，數據位共8 位，數字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，保證參數設置的準確性，然后進行數據采集，0X55+OXA5 為數據開始進行收集，下位機的參數由7 個字節構成，整個字節部分可以體現整個數據塊的大小，0XCC 為數據采集結束，此命令由上位機發給下位機進行執行。

（2）采集數據格式。下位機主要進行數據采集的工作，每次收集到數據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+低字節的形式進行，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整，從而保證、提高數據采集的效率。

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容，具體為：（1）數據采集功能模塊設計，主要應用STC 單片機的A/D轉換功能進行實現，它可以采集到外部多路模擬量的數據。（2）RS232 數據通信功能模塊設計，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據傳輸回去，此功能實現的基礎是RS232 通信協議約定。（3）系統主程序功能模塊，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

上位機將數據采集命令傳輸給下位機，下位機按照指令進行執行，將指定的數據傳回給上位機，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，它的主要功能結構有：（1）串口通信參數設置模塊，是上位機和下位機進行通信的關鍵，RS232 通信參數設置也在此處。（2）下位機參數設置，該模塊主要用于在下達數據采集指定前進行的相關參數設置，如果數據采集模擬量為4 路，則通道數需要擴展時，可以將4 路作為基礎，一旦超過限定值就會出現警報，則可以根據警示進行處理問題即可。（3）運行控制選項，主要是下位機的數據采集工作的控制，比如開始或終止、數據存儲等。（4）實時數據顯示，將采集通道處的數據進行實時的展現，以便了解采集情況。（5）實時曲線顯示，將采集通道的數據以曲線方式展現出來。

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的設計，而且非常方便。本系統設計過程中，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） 規定字節數的數據在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 實時數據處理及顯示功能模塊

下位機開始采集到數據后，就需要對數據進行處理，并將處理的結果進行實時展現，通過波形圖和數值的形式進行多方位的展示。

2.3.3 下位機參數設置功能模塊

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

2.3.4 運行控制選項功能模塊

該模塊通過事件驅動來實現運行控制，運用VI 程序進行編寫制作。

3 結語

近幾年來，信息網絡、計算機技術發展迅速，給人們的生產和生活帶來了很大的改變，人們越來越多地關注各類數據的分析和應用，信息的收集和處理分析越來越重要，因次，各類數據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 進行多路數據采集系統設計，能夠完美地實現上位機和下位機之間的通信，可以大大地提高軟件開發的速度，并且節約了一定的成本，同時經過處理的數據準確、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設計中推廣。