基于虛擬儀器設備的數據通信研究

趙維衛

摘 要：傳統的DSP通信設備設計里，中央處理芯片數據運算性能存在先天不足，且這類上位機軟件較為復雜，設計開發周期較長，存在軟件調試與日常維護較為困難的問題，本文基于虛擬儀器設備設計了一個通訊與數據處理解決方案。該方案整合了數據通訊硬件接口和下位機串行通訊軟件，采用工控機作為上位機，基于LABVIEW開發環境，編寫了上位機通訊程序軟件，并進行了實際試驗與測試。通過試驗可知，本文編寫的上位機軟件運行可靠，通訊誤差小，可擴展性強，成本低，便于維護。

關鍵詞：LABVIEW;串行通訊;VISA;

1.緒論

隨著中國制造2025的逐步到來，工業生產中試驗數據傳輸與分析愈加龐大，傳統處理器電路很難同時滿足快速數據傳輸和復雜統計工作，數字信號處理器（DSP）由此而生，廣泛應用于工業各個領域[1]。但是在一個自動化集成系統里，只有主控電路遠不能滿足使用要求，這時就需要一個上位機通訊軟件來實現數據的傳輸、處理、顯示和運算。因此，上位機與下位機之間的數據通訊就至關重要。作為經常使用的數據通訊方式，串行通信因其特有的優勢，被經常使用到，使用串行通信的硬件電路更加簡單，造價低廉，能夠實現遠距離數據通訊，在工業化進程中應用甚廣。在傳統的上位機數據通訊軟件中，經常用到VC、VB、Delphi等高級語言來編程，這些軟件在上位機程序編寫中設計比較復雜，研發周期較長，調試與維護都存在較大困難。[2]LABVIEW是NI公司研發的，基于圖形化編程的VI開發平臺，上位機軟件同時能夠跨平臺運行，軟件使用上手容易，便于編程者與操作者理解，平臺內部自帶集成多種函數庫，能夠快速完成用戶的編寫需要，能夠以高效的方式開發相對復雜的控制通訊系統。

鑒于上述理由，本文提出一種基于LABVIEW的串行通訊解決方案。

2.基于LABVIEW的通訊軟件設計

LABVIEW軟件平臺內部集成了串行通訊VISA函數，VISA是一個I/O接口軟件庫和相關規范的集合。[3]LABVIEW的軟件編寫前面板中，數據通訊VI位于Instrument I/O的Serial中，經常使用的VI節點包括：

（1）VISA Configure Serial Port：初始化VISA

（2）VISA resource name設置通訊參數;

（3）VISA Write：把緩沖區的數據發送到VISA resource name設置的端口;

（4）VISA Read：將VISA resource name設置的端口接收緩沖區中的數據讀取設置字節數的數據;

（5）VISA Bytes at Serial Port：反饋VISA resource name設置的端口在讀取緩沖區的數據字節數;

（6）VISA Close：關閉VISA會話;

（7）VISA Set I/O Buffer Size：設置VISA的I/O緩沖區大小;

（8）VISA Flush I/0 Buffer：清空VISA的I/O緩沖區。

3.LABVIEW串行通訊設計流程

LABVIEW軟件平臺的基于VISA數據庫通訊的流程框圖如圖1所示。

根據上圖所示，軟件先需要調用VISA Configure Serial Port來設置端口參數，參數簇中包括端口號分配、數據波特率、波特率、數據位、停止位、校驗位和數據流控制等。當串口初始化完成時，就可以使用該端口進行數據通訊了如果初始化沒有問題，就可以使用這個串口進行數據傳輸。VISA Write，VISA Read函數的作用是發送數據。在接收數據幀之前需要用VISA Bytes at Serial Port檢查該端口接收緩沖區的字節數，如果VISA Read需要讀取的字節數大于當前緩沖區中的數據字節數，VISA Read將一直等待當前操作，直到等待時間超時，或者緩沖區中的數據字節數滿足需要讀取的字節數。若需要讀取的數據有較大容量的需要，可以設置串口接收/發送緩沖區的數據容量，使用VISA Set I/O Buffer Size函數進行緩沖區容量設置;使用VISA Flush I/O Buffer可以清空接收與發送緩沖區。在串口通訊試驗結束后，使用VISA Close關閉與VISA resource name規定的端口的會話[4]。

4.LABVIEW串行通訊設計實例

編寫完成的上位機通訊程序框圖如圖2所示。在圖2中，在主循環中放置一個while循環結構，然后在其中添加一個事件結構，這樣就可以根據是否滿足讀取數據的需要進行數據解算工作，這些功能需要在事件結構中添加不同的觸發事件，來觸發數據發送或接收部分。在程序執行的最初階段，需要對端口進行初始化操作，在這個程序狂徒中，將波特率設置為115200、數據位為8，無奇偶校驗。在數據發送觸發事件里，使用前文所述LABVIEW中的VISA串口通訊流程步驟，首先清空初始化VISA I/O緩沖區，然后將設置好的數據包轉換成一個完整的十六制字符串通訊指令，通過VISA Write函數將通訊命令傳輸到下位機的緩沖區，延時20ms后，再調用VISA Read函數，將下位機反饋的數據幀在前面板進行顯示，通訊完畢后使用VISA close函數，釋放先前占用的串口資源。

該設計方案使用while循環+事件結構的優勢是增強了系統的實時控制，減少系統的資源占用。除此之外，串口傳輸數據需要一定時間，在執行讀寫操作時要進行延時處理，避免函數之間競爭系統資源或導致時序混亂，這樣能確保下位機反饋的信息能夠被正確識別到。

5.結論

本文基于LABVIEW虛擬儀器軟件研究了一種上位機通訊程序，并進行了數據傳輸試驗與分析。結果表明，該上位機軟件成熟可靠、接口簡單、便于使用，軟件維護方便，能夠滿足串行通訊的工程應用，具用一定工程應用前景。

6.參考文獻

[1]徐華中，黃麗萍.基于LabVIEW和DSP串口的多通道電機參數采集系統[J].電子測量技術，2011，34（4）：66-69.

[2]吳振奎，張自雷，魏毅立，等.基于LabVIEW平臺DSP與PC的Modbus協議串口通信實現[J].內蒙古科技大學學報，2014，33（1）：58-62.

[3]易牧，胡延霖，李保林.基于LABVIEW和DSP的數據采集系統[J].四川兵工學報，2009，30（10）：138-140.

[4]商秋芳，吳學杰，梅紅偉，等.基于LabVIEW和TMS320F2812的液壓伺服控制系統的設計[J].現代電子技術，2007，21（260）