基于藍牙無線傳輸的LabVIEW數據采集和寫入

◆黃惠玲

基于藍牙無線傳輸的LabVIEW數據采集和寫入

◆黃惠玲

（東莞市信息技術學校 廣東 523000）

電子技術課程是電類專業的基礎性課程，是物聯網、智能家居、網絡安防等學科的底層硬件電路支持，電子技術具有很強的專業延伸能力。目前，中職階段的電子技術實訓教學封閉性強，表現為理論抽象，技能要求高，傳統的實訓內容和實訓手段局限性大，不能滿足電子技術作為電類專業基礎性課程的要求，不能有效發揮電子技術的專業延伸作用。在電子技術實訓教學中，采用LabVIEW可視化界面設計及程序框圖編寫，在計算機界面采集、寫入電路控制信號，更新了電子技術實訓手段；在數據傳輸方面，采用HC-05藍牙串口模塊，實現計算機用戶界面與硬件電路端無線控制，擴大電子實訓的內容范圍，有效引導學生往物聯網、智能家居、網絡安防等專業發展，有效地發揮電子技術作為電類專業基礎性課程的作用。

LabVIEW控制；無線傳輸；專業延伸

電子技術是一門關于電子元器件的識別與檢測、電路分析與應用、電路系統設計與實現的電類基礎性課程，包含模擬電路、數字電路、電路分析等內容。電子技術是電類專業的基礎性課程，是物聯網、智能家居、網絡安防等學科的底層硬件電路支持，具有很強的專業延伸能力。但是，目前中職階段的電子技術教學封閉性強，主要原因是電子技術飛速發展，電子技術實訓在教學手段和實訓內容滯后，跟不上行業發展，不能有效發揮電子技術作為電類專業基礎性課程的作用。電子技術教學沒有高屋建瓴的引導，學生沒有形成專業發展觀，如同盲人摸象，限制了專業的發展。本論文研究在電子技術實訓教學引入LabVIEW可視化界面設計及程序框圖編寫，更新電子技術實訓手段；采用HC-05藍牙串口模塊無線傳輸數據，實現計算機用戶界面與硬件電路端無線控制，擴大電子技術實訓內容，指引學生向物聯網、智能家居、網絡安防等專業方向延伸，加強電子技術與行業接軌，提升學生電子技術學習興趣，發揮電子技術專業延伸的能力。

以“步進電機控制電路”為案例，研究基于LabVIEW數據采集與寫入、HC-05藍牙串口模塊無線傳輸的無線控制系統的設計與實現及其在電子技術實訓教學上的意義。

1 步進電機控制電路工作原理

步進電機控制電路主要由按鍵輸入模塊、信號處理模塊、執行模塊三部分組成，如圖1所示。

圖1 步進電機控制電路模塊組成

輸入模塊：由SW1、SW2、SW3、SW4、SW5五個按鍵組成。當按鍵按下，分別向單片機模塊對應引腳發送正轉、反轉、加速、減速、啟動/停止控制信號。

處理模塊：由單片機及其外圍電路組成。單片機內部程序正確識別控制信號，并正確響應，向控制執行電路輸出控制信號，完成步進電機正轉、反轉、加速、減速、啟動/停止等功能。

執行模塊：由數碼管顯示電路、LED顯示電路、步進電機驅動電路組成。數碼管顯示當前步進電機的轉速；流水燈LED2-LED5通過閃爍快慢直觀顯示步進電機轉速快慢，LED6、LED7是步進電機正轉、反轉指示燈；步進電機驅動電路控制步進電機運行狀態。

電路功能：SW5按下，步進電機啟動；按下SW1，步進電機正轉，正轉指示燈LED7亮；按下SW2，步進電機反轉，反轉指示燈LED6亮；每按下SW3，步進電機轉速加快，數碼顯示管顯示當前轉速，流水燈LED2-LED5閃爍與電機轉速同步；每按下SW4，步進電機轉速減慢，數碼顯示管顯示當前轉速，流水燈LED2-LED5閃爍與電機轉速同步；再按下SW5，步進電機停止。

2 LabVIEW界面設計與程序編寫

LabVIEW數據采集與寫入手段有采集卡和串口，本論文討論基于串口的數據采集及寫入。

2.1 LabVIEW界面設計

打開LabVIEW軟件，在前面板設計步進電機控制界面，界面由串口選擇、檔位選擇、正反轉選擇、啟動/停止、操作反饋組成，如圖2所示。其中控制步進電機轉速，共有9檔；當步進電機控制硬件電路能正常接收到來自LabVIEW操作界面發出的控制信號時，控制界面能正確反饋該操作成功。

圖2 步進電機主控制界面

2.2 LabVIEW程序設計

根據步進電機控制界面，編寫程序需實現以下功能：串口選擇、控制步進電機啟/停止、控制步進電機正/反轉、控制步進電機轉速共9檔、藍牙調試、電機正常運行的反饋提示。程序采用事件結構，添加5個事件分支，分別實現以上功能，如圖3所示，展示了控制步進電機正反轉分支程序。

圖3 步進電機正反轉分支程序

LabVIEW界面設計與程序編寫在本案例中的應用，是為了讀取串口信號，從而讀取硬件電路當前狀態，通過用戶操作界面，向串口發送數據，控制硬件電路運行。數據從步進電機主控制界面到硬件電路，傳輸的方式分為有線傳輸和無線傳輸，目前物聯網、智能家居、網絡安防等主要采用無線數據傳輸方式，為了更好貼近生活，與行業接軌，引導學生專業發展，本案例研究基于藍牙串口模塊的無線傳輸模式。

3 HC-05藍牙串口模塊的調試與運行

3.1 HC-05藍牙串口模塊工作原理

HC-05 藍牙串口通信模塊，是基于 Bluetooth Specification V2.0 帶 EDR藍牙協議的數傳模塊。HC-05 模塊用于代替全雙工通信時的物理連線，如圖4所示。左邊的設備向模塊發送串口數據，模塊的 RXD 端口收到串口數據后，自動將數據以無線電波的方式發送到空中。右邊的模塊能自動接收到，并從 TXD 還原最初左邊設備所發的串口數據。從右到左也是一樣的。

3.2 HC-05藍牙串口模塊調試

（1）進入AT模式

兩個藍牙模塊的PIO11接VCC，上電后即進入AT指令模式，都用USB轉TTL模塊連接到電腦的USB接口。

（2）串口調試助手設置藍牙模塊

①開啟2個串口調試窗口，一個打開藍牙A的COM口，一個打開藍牙B的COM口。串口調試助手A將藍牙A恢復默認設置；串口調試助手B將藍牙B恢復默認設置。

②串口調試助手A設置藍牙A配對碼，串口調試助手B設置藍牙B配對碼，藍牙A與藍牙B的配對碼相同，才能成功配對。

③串口調試助手A將藍牙A配置為主機模式，串口調試助手B將藍牙B配置為從機模式。

④串口調試助手B查詢藍牙B地址，串口調試助手A將藍牙A綁定藍牙B地址。

2個藍牙模塊的PIO11引腳都接地，重新上電后進入常規工作模式，自動完成配對。之后，串口調試助手A和串口調試助手B就能互傳數據了。

圖4 藍牙工作原理

4 基于LabVIEW數據采集和寫入、HC-05藍牙串口模塊無線傳輸的步進電機控制電路的運行與調試

以上三步驟分別完成了步進電機控制電路系統硬件電路的設計與調試、LabVIEW用戶界面設計與程序編寫、HC-05藍牙串口模塊的配置后，接下來調試計算機端，用戶操作界面無線控制步進電機硬件電路的運用與反饋。

圖5 步進電機轉速設置調試

藍牙A、藍牙B分別裝配USB接口，用串口調試助手配置藍牙A、藍牙B，配對成功后，藍牙A接入計算機USB端口，藍牙B裝配USB接口，接入硬件電路USB端口。

電路上電，運行LabVIEW程序，在前面板控制界面選擇合適的串口（本案例通信串口是COM4），點擊“Close Serial Port”打開串口端口，串口配置就緒，等待數據讀取或寫入；此時，點擊“Start”啟動電機，LabVIEW向串口寫入一個啟動命令（本案例啟動命令是55 AA 01 00），通過藍牙A無線發送給藍牙B，藍牙B接收到命令后，把命令傳輸到硬件電路的單片機進行識別及處理；命令被有效識別后，單片機又給藍牙B發送一個反饋代碼，由藍牙B發送回藍牙A，藍牙A接收到反饋代碼后，LabVIEW串口讀取該代碼，并通過字符串的形式在用戶界面顯示“電機啟動成功”。其他操作同理。

經過運行調試，LabVIEW能正確地無線控制步進電機硬件電路啟動、停止、正反轉切換、轉速設置，并在用戶操作界面正確反饋步進電機當前狀態。經過測試，LabVIEW通過藍牙HC-05串口模塊無線傳輸控制步進電機硬件電路的有效距離約為9.68米左右，符合藍牙無線傳輸距離。

5 基于LabVIEW數據采集和寫入、HC-05藍牙串口模塊無線傳輸在電子技術實訓教學應用的意義

5.1 LabVIEW在電子技術實訓教學應用的意義

LabVIEW在電子技術實訓教學中的使用，更新了電子實訓手段，拓展了實訓內容，較之傳統電子實訓教學，有以下優勢：

（1）由于傳統電子技術實訓手段、實訓內容的局限性，造成電子技術實訓教學具有很強的封閉性，大部分實訓教學停留在驗證型實驗，很少達到設計型或綜合型實訓，增加LabVIEW實訓手段，實訓內容更豐富。

（2）LabVIEW人機交互式界面，實訓教學顯得更“智能化”，打破電子技術實訓教學陳舊現象，更能吸引學生，提高學習興趣。

5.2 基于LabVIEW數據采集和寫入、藍牙無線傳輸在電子技術實訓教學應用的意義

基于LabVIEW數據采集和寫入、藍牙無線傳輸技術在電子技術實訓教學上的應用，其實訓系統原理框圖如圖6所示：

圖6 基于LabVIEW數據采集和寫入、藍牙無線傳輸的系統原理圖

其中，硬件電路對應了物聯網技術的感知層，藍牙無線傳輸對應了物聯網技術的網絡層，信號采集與寫入和可視化控制界面對應了物聯網技術的應用層，與物聯網技術不同的是，基于LabVIEW數據采集和寫入、藍牙無線傳輸技術在電子技術實訓教學沒有采用網絡層把數據從硬件電路端傳送到計算機終端，而是采用藍牙無線傳輸。

綜上所述，基于LabVIEW數據采集和寫入、藍牙無線傳輸在電子技術實訓教學的應用，更新了電子技術實訓手段，拓寬了實訓范圍，電子技術專業輕松延伸到物聯網、智能家居、網絡安防等專業，更好地發揮了電子技術作為電類專業基礎性課程的作用，開發學生專業拓展能力，符合電子技能型人才培養需求。

[1]黃惠玲. LabVIEW在電子技術實訓教學中的應用及意義[J]. 科技創新導報，2020（14）：231-232.

[2]朱真杰. 電子技術基礎教學反思[J]. 2019年“互聯網環境下的基礎教育改革與創新”研討會，2019：437-438.

[3]方躍春. 高職物聯網應用技術專業電子技術課程教學項目設計[J].探索與觀察，2019（23）：45-46.