基于LabVIEW軟件的多種場景環境信息實時監測系統研究

李馨諾

摘 要：隨著科技的發展，監測系統的應用范圍愈發廣泛，監測作用也比較大。文章將研究一種多種場景環境信息實時檢測系統。LabVIEW軟件屬于一種開發效率較高的圖形化語言，且具有性能較好、功能強度、靈活性高、簡單易懂等優勢，能夠實現采集數據、分析數據、結果輸出等功能，于是將其應用到檢測系統設計中將會具有不錯的效果。文章首先對LabVIEW軟件進行了簡要介紹，然后再對系統的硬件和軟件進行分析和設計，最后將監測系統對溫度和光照度進行監測，研究發現具有較好的準確度和靈敏性。

關鍵詞：LabVIEW軟件;環境信息;監測系統

中圖分類號：X831.7 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ?文章編號：1001-5922（2020）10-0087-04

Abstract： Nowadays， the application scope of the monitoring system is more and more extensive， and the monitoring function is also relatively large. So the paper will study a real-time detection system of multiple scene environment information. LabVIEW software belongs to a graphical language with high development efficiency， and has the advantages of better performance， functional strength， high flexibility， simple and easy to understand， and can realize the functions of collecting data， analyzing data， outputting results， etc. It will have a good effect in the design of the detection system. So the paper first briefly introduces the LabVIEW software， then analyzes and designs the system hardware and software， and finally monitors the temperature and light intensity of the monitoring system， and finds that it has good accuracy and sensitivity.

Key words：LabVIEW software; environmental information; monitoring system

0 引言

實時監測系統的種類比較多，應用范圍也非常廣泛，能夠達到不錯的準確度，對人類的發展和進步也起到一定的作用[1]。但是有些實時檢測系統只能在一個場景下進行應用，比如我們常常使用的監控設備。當然也存在某些監控系統能夠在不同場景中進行使用，然后其應用效果存在一定的缺陷，比如精確度比較低、系統操作比較困難等。于是文章將設計一種基于LabVIEW軟件的多種場景環境信息實時監測系統，該系統能夠在多種場景中進行使用，比如對各種農植物的監測、某些機械設備相關參數的監測、大氣環境的檢測。

1 LabVIEW軟件的介紹

LabVIEW是實驗室虛擬儀器集成環境的縮寫，該軟件的開發具有革命性意義[2]。傳統的開發工具非常復雜，而LabVIEW開發軟件具有簡單性、實用性、靈活性等優勢，能夠實現信號采集、數據顯示和測量分析等功能，其作重要的功能在于測控，該功能十分強大，能夠無縫集成一套完整應用方案[3]。該軟件已經有30多年的發展，在不斷更新、優化和應用過程中，已經得到了較大的發展，應用范圍也相當廣泛，該軟件已經成為人們開發自動測控與儀器應用的首選工具，于是文章在研究環境信息實時監測系統設計時也通過使用LabVIEW軟件進行系統開發。

LabVIEW軟件在編程方式比較直觀簡單，具有豐富的分析和表達功能，而且還有豐富的源碼級設備驅動程序，所以使得LabVIEW軟件的功能強大，能夠符合很多用戶的不同需求[4]。LabVIEW軟件的主要特點如下所示：

1）VB或者VC這類的軟件是以文本作為基礎的編程語言而LabVIEW軟件與其不同，它是一種圖形化編程語言，也被稱為G編程語言，該軟件使用圖進行設計程序，將會顯得更加的簡明直觀，而且這種編程方式比較易懂易學。

2）LabVIEW軟件雖然以一種虛擬方式模擬真實儀表，但是其功能卻可以真實實現，相當于真實的儀器，可以發揮真實儀器的作用。

3）LabVIEW軟件所引用的流程模式為數據流，所以能夠在同一時間段內執行幾個LabVIEW子程序。

4）LabVIEW軟件中含有VI，其中含有層次化結構和模塊化結構，于是單獨執行每一個VI，或者其他程序會將VI作為子VI進行調用。

5） LabVIEW軟件有利于用戶快速組件應用系統，因為其中存在一個虛擬儀器集成函數庫，還有專用程序，且函數庫和專用程序非常豐富、功能強大。

6）LabVIEW軟件支持多種操作系統平臺。

7）LabVIEW軟件具有運行速度快的優勢，因為其是使用編譯方法運行32為應用程序。

8）LabVIEW軟件提供CIN節點、DLL接口，屬于一個開放開發平臺。

由于LabVIEW軟件的功能強度、操作簡單、易懂易學、速度較快等優勢，在設計環境信息實時監測系統時首選LabVIEW軟件進行開發，將有助于系統開發質量和效率。

2 基于LabVIEW軟件的環境信息實時監測系統

環境信息實時監測系統主要功能是對溫度、光照度等環境信息的進行實時數據采集，并且對數據進行分析和處理，最后能夠將分析結果顯示出來反饋給用戶。該系統的設計屬于一般典型數據采集系統，其結構如圖1所示。

將單片機作為系統的控制核心[5]。監測系統主要包含傳感器、通信電路和A/D轉換器等構成。傳感器的主要作用在于檢測環境信息，檢測到的各種信息數據需要使用到A/D轉換器進行轉換，首先轉換為數據信號，然后將這些信號使用數據線進行傳輸，接收方為單片機，單片機會將這些數據進行存儲，然后相應的軟件程序對對這些數據信號進行處理，通過利用LabVIEW軟件，能夠按照其指令使用通信接口被解讀到PC中，最后就會將結果顯示在計算機屏幕上，其顯示的內容會以圖形或者數值形式進行表述，具有準確、直觀的效果。系統的總體結構如圖2所示。

2.1 系統的硬件設計

2.1.1數據采集

數據采集屬于系統的基礎部分，同時也是最重要的環節，數據采集的工作自然是通過傳感器進行工作，然后需要對收集到的數據信息進行轉換，系統使用的轉換器為ADC0809模數轉換器，因為該轉換器功能較為強大，比較適合應用于系統的設計，其存在8路多路開關和微處理機兼容的控制邏輯的CMOS組件，該器件在電壓、采用頻率規定上都比較滿足于數據采集的要求。

環境信息實時監測系統使用的單片機為AT89S52單片機，單片機的相關連接過程為：引腳和轉換器的ADD_A～ADD_C進行相互連接;P2.1引腳和轉換器的EOC相互連接;P0口和轉換器的數據輸出接口相互連接;P2.2引腳和轉換器的OE相互連接，該連接的主要作用在于控制引腳上輸出轉換后的數字量;P2.0需要和轉換器的ST和ALE進行相互連接，該連接的主要目的在于控制轉換器的啟動和地質信息的鎖存。圖3即為相應的接口電路情況。

2.1.2 串口通信接口

由于系統所使用的核心模塊處理器和PC串口的電平存在差異，于是就會影響到兩者的結合使用，為了能夠使得兩者共同作用，需要將加入一個電平轉換電路，目的在于將所有電平變為一致。于是文章將選擇MAX232組成電平轉換電路，它屬于一種雙驅動器/接收機，其主要作用就是將核心模塊處理器即單片機的電平轉換為與PC串口相同的電平，于是可以解決電平不匹配的問題。由于LabVIEW軟件中存在一個強大的函數庫，能夠提供串口通信函數，于是可以通過其函數對PC和單片機進行設計串口通信[6-7]。串口電路的連接方式如圖4所示。

2.2 系統的軟件設計

環境信息實時監測系統中軟件設計主要包含的程序有PC軟件程序、數據采集程序、串行口通信程序和數據轉換等，其中PC軟件程序的作用最大，另外單片機軟件程序也屬于重要內容，于是文章將主要對這兩個程序進行總體設計流程圖分析，其中PC為上位機，單片機為下位機。

2.2.1 通信協議

PC和單片機之間需要進行通信才能完成實時監測作用，為了保證其通信效果的可靠度，需要制定相應的通信協議，所謂通信協議即上位機和下位機需要共同遵守的約定。一般情況下制定的通訊協議需要有數據傳送格式的確實、校驗格式的制定和波特率的制定等。文章所設計的系統采用的通訊方式為RS232異步通信方式[8]。于是將通信協議中的數據傳送格式設置為11B，波特率設置為2400B/s。

2.2.2 下位機程序設計

圖5所示即為系統程序的設計流程圖。單片機在會以循環的方式對數據進行不斷采集，所采集到的數據會進行保存，保存形式是以一維數組的方式，然后將其存在數據存儲器中。存儲完成后需要將其傳送到PC中，其中需要使用到RS232串口通訊，且傳送到PC中的數據來源不止一種，另外，在不斷進行數據采集和存儲過程中，下一次循環采集數據時會把前一次數據進程更新處理。

2.2.3 上位機LabVIEW程序

1）串口數據采集。文章所涉及的系統一共包含4路數據采集，文章只對其中兩種進行分析。環境信息實時監控系統的運作原理比較簡單，就是單片機不斷給上位機進行發送數據，然后上位機不斷接受信息的過程。而其中上位機程序主要會應用到LabVIEW中的3個串口操作節點，即讀串口節點、串口配置節點和關閉串口節點，其中串口配置節點的主要作用在于能夠設置波特率、數據位數、校驗方式和停止位數等參數[9]。讀串口節點的主要作用在于對下位機發送的消息進行讀取，其中讀取的字節數也有規定，文章所設計的字節數為11，即每次都會從串口緩沖區中讀取11個字節的數據，其中有兩個字節表示停止位和起始位，另外的8個字節是傳感器采集的信號，還有一個字節的作用就是對數據類型進行劃分和區別[10]。下位機傳送的數據同樣為11個字節，當程序完成運行之后，就會使用關閉串口釋放掉占用的串口資源。圖6所示即為LabVIEW串口數據采集程序。

2）數據驗證處理分析和顯示。數據驗證的方式就是一步步對串口中讀取到的數據進行判斷，首先判斷數據是否為空，然后再驗證數據是否滿足起始位和停止位要求，如果在驗證過程中發現數據存在問題，則將此次傳送的數據以丟棄的方式進行處理。驗證之后如果數據是正確的，則將第2～10個字節進行數據分析處理，然后再通過轉換器將這些數據實現ASCII碼向十進制數的轉換，完成轉換之后還需要將結果顯示在LabVIEW的圖形界面上。圖7所示即為程序界面，圖中左邊顯示的是溫度變化情況，首先所測量的溫度為室內溫度，然后再對傳感器進行加熱處理，溫度自然就會開始上升，圖中所顯示的結果就是溫度曲線處于上升階段，然后再停止對傳感器進行加熱處理，于是溫度曲線開始呈現下降趨勢，最后保持在室內溫度上。圖中右側即為光照度值，首先顯示的是室內光照度，然后將部分光速進遮擋，于是光照度曲線立馬變下，不遮擋陽光之后，光照度立馬回復到正常光照值。通過這種實驗方式對環境信息進行監測，發現系統的誤差比較小，且具有較好的靈敏度，能夠在日常的環境信息監測中進行使用。該系統能夠在多種場景環境中進行使用，比如應用于種植項目中，能夠監測到植物的的生長環境;應用在空氣監測中，能夠判斷出空氣質量;應用于各種儀器設備的監測中，同樣能夠發揮一定的監測作用。

3 結語

文章基于LabVIEW軟件設計了一種環境信息實時監測系統，該系統的結構比較簡單，同樣操作也比較簡單，能夠應用到多種場景環境信息實時監測中。通過將系統應用到對溫度和光照的在線監測，得到的結果比較準確，且反應靈敏，具有較好的應用效果。由于在不同場景環境中所需要監測的對象不一樣，然而文章所設計的系統能夠在不同場景中進行使用，所以將會具有更好的應用范圍。

參考文獻

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