基于LabVIEW的RS422通信技術虛擬檢測儀器設計

許飛勇，許飛燕，羅歡，李瑩，蘆煒

（中國人民解放軍第7451工廠，湖南郴州，423000）

0 引言

RS422接口標準全稱是“平衡電壓數字接口電路的電氣特性”，是一種采用4線制，全雙工，差分傳輸，一個主設備，其余從設備，主設備和從設備之間能雙向全雙工通信，從設備之間不能通信，所以支持點對多的雙向通信，最多可接10個節點。由于收發獨立，通信時不必控制數據方向，最大傳輸距離可達1200米，最大傳輸速率可達10Mb/s，抗干擾能力強，廣泛應用于電信通訊、計算機網絡、汽車制造、儀器儀表、機床設備、智能家居和軍事科工等諸多領域。本文介紹了LabVIEW在激光測距及預警RS422通信技術檢測方面的應用。

1 原理簡介與系統設計

1.1 激光發射器工作原理

激光發射器內含配電板、解算板、接收組件、儲能電容和底板組成，其工作原理框圖如圖1所示：上電后配電板向儲能電容充電， RS422通信口接收到外界下達的激光發射指令后，觸發氙燈放電并發射激光，激光被目標反射回來經放大整形后被接收組件接收，由解算板內CPU根據光速及激光往返間隔時間計算目標距離，目標距離數據經RS422通信口上傳。

圖1 激光發射器工作原理框圖

1.2 激光接收器工作原理

激光接收器含CPU單元和天線，其工作原理框圖如圖2所示：上電后CPU單元能進行自檢，并通過 RS422通信口上傳自檢信息。如有外部激光照射時，天線將感應到激光

圖2 激光接收器工作原理框圖

信號轉化為電信號并傳送至CPU單元，解算后由RS422通信口上傳激光信息參數數據信息。

1.3 激光測距及預警RS422通信檢測原理

根據激光發射器和激光接收器的工作原理，設計其RS422通信檢測原理如圖3所示，研制一款具有兩路RS422通信接口的計算機作為上位機，計算機作為RS422通信主站，單獨檢測激光發射器時在主站上位機上運用LabVIEW軟件編寫設計的VI(虛擬儀器)，調用VISA資源，通過上位計算機的RS422通信接口COM1向激光發射器下達激光發射命令，同時上位計算機的COM1通信口也接收激光發射器上傳的距離信息，通過程序解析后在LabVIEW組態的前面板上形象地

圖3 激光測距及預警RS422通信檢測原理框圖

將檢測結果顯示出來。單獨檢測激光接收器時使用簡易手持激光器對準激光接收器發射激光，上位計算機通過RS422通信接口COM2接收激光接收器上傳的激光源方位信息，通過程序解析，結果也在LabVIEW組態的前面板上形象地顯示出來。聯合檢測時，將激光發射器發射的激光對準激光接收器，上位計算機利用軟件編程通過RS422通信接口COM1和COM2分別與激光發射器和激光接收器進行通信，下達激光發射命令和接收上傳的激光信息數據，通過程序解析，將檢測結果在LabVIEW組態的前面板上形象地顯示出來。

1.4 控制流程設計

檢測控制流程如圖4所示，上位機運行Labview編寫檢測程序后，首先通過RS422接口接收被測部件自檢數據，判斷激光發射/接收器是否上電自檢正常，如正常則繼續接收被測部件發送過來的RS422通信數據；激光發射模式設計了手動和自動兩個模式，手動模式下需要人工按下觸發按鈕才能下達激光發射指令進行激光發射，每按一下發射一次激光，測距次數加一，自動模式下上位機根據設計的程序可選5Hz和10Hz兩種頻率下發激光發射指令發射激光，每次到達設定的定時間隔時間發射一次激光，測距次數加一；任何時候按下清零按鈕，所有數據清零復位。

圖4 控制流程圖

1.5 硬件及外圍電路設計

上位機采用定制便攜計算機，配置雙串口主板，酷睿7代i7處理器，512G固態硬盤，16G內存，內置快充電池，RS422接口2個，分別與激光發射器和激光接收器通信，外形為DB9孔連接器。RS422全雙工接線原則TX+(發+)接對方RX+(收+)，TX-(發-)接對方RX-(收-)，RX+(收+)接對方TX+(發+)，RX-(收-)接對方TX-(發-)，接線圖如圖5所示。傳輸介質為屏蔽雙絞線。

圖5 檢測接線圖

1.6 虛擬儀器設計

根據被測激光發射器和激光接收器的檢驗技術要求，設計虛擬儀器必須滿足以下要求：⑴激光發射器和激光接收器能分別進行單獨檢測；⑵激光發射器和激光接收器能一起進行整體聯合檢測；⑶硬件共用一臺計算機設備完成所有檢測項目。

1.6.1 虛擬儀器前面板設計

運用LabVIEW軟件，編寫檢測程序，根據通信協議將收到的通信數據（十六進制數據）進行直觀形象圖案組態，在前面板上用布爾控件下達控制指令如觸發、自動手動選擇等用戶指令；用布爾指示器亮滅表示故障、工況、方位、激光源和通信類型等信息，用數值指示器直接顯示角度、距離、測距次數和批次等數值，使用人員在檢測過程中可以一目了然的知道故障現象。虛擬檢測儀前面板設計如圖6和圖7所示。

圖6 激光發射器檢測儀前面板

1.6.2 虛擬儀器程序框圖設計

虛擬儀器程序框圖設計是圖形化源代碼編寫的過程，是虛擬儀器設計的核心，本例需要對計算機的RS422通信口進行寫入和讀取，需要用到虛擬儀器標準體系結構（Virtual Instrument Standard Architecture）簡稱VISA。通過VISA資源名稱端子選擇計算機的通信端口（如COM1或COM2）,再調用VISA配置串口函數節點對所選的通信口進行配置，這里我們將計算機COM1通信口配置為：波特率19200，8位數據位，奇校驗，1位停止位，如圖8所示；COM2通信口配置為：波特率38400，8位數據位，無校驗，1位停止位。

圖8 通信端口COM1設置

通過通信口的字節屬性節點獲得其字節數信息，當通信端口字節數不為零時，通過調用VISA讀取函數節點讀取獲得通信口接收到的數據。

從通信口讀取的數據為字符型數據，通過字符串至字節數組轉換函數將字符串數據轉換為無符號字節數組，索引數組里特定的某個元素，將該元素的值與通信協議規定的值進行比較判斷，并將比較結果用布爾指示器進行指示；如果是數值數據則直接換算將結果送數組指示器進行顯示，使使用者能直觀判斷被測部件好壞，如圖9所示。

圖9 通信數據解析

自動模式下，激光發射指令的裝載由定時器控制，到達指定的間隔時間，調用VISA寫入函數節點將發射指令B302C4寫入指定的RS422通信口并發送出去；手動狀態下，激光發射指令的裝載由觸發布爾控件控制，按下觸發控件，調用VISA寫入函數節點將發射指令B302C4寫入指定的RS422通信口并發送出去，如圖10所示。

圖10 通信端口寫入

2 性能驗證

檢測儀設計制作完畢后，對大量被測產品進行檢測，在功能性能方面檢測準確率達100%，角度參數檢測誤差為0，距離參數檢測3000米以內誤差為0，3000-6000米檢測誤差范圍為5米以內，達到被測部件檢測技術條件要求。

3 結束語

本文介紹了一款基于LabVIEW的RS422通信技術虛擬檢測儀器研究、設計與制作過程，通過LabVIEW軟件編寫檢測程序將計算機虛擬成一臺檢測設備，設備投入使用后能完成對激光發射器和接收器的單獨和聯合檢測，確保了被測產品使用前的完好性。基于LabVIEW的虛擬儀器開發技術，開發設計靈活多變，多個虛擬設備可共用相同的硬件，能極大的降低開發成本，具有很高的市場價值和應用前景。