基于单片机和LabVIEW 的多路数据采集系统设计构想

霍海波

（三门峡职业技术学院，河南 三门峡 472000）

LabVIEW 是一种程序开发环境，主要用于虚拟仪器软件开发，试用的领域为计算机方面，它的所属公司为美国国家仪器（NI）公司，它的开发环境类似于C 和BASIC，它运用的计算机语言为图形化编辑语言G，编写的程序以框图形式展现，与大部分运用文本语言编写出的代码有很大不同。在运用LabVIEW 进行多路数据采集系统开发设计时，通常会使用数据采集板卡，可是由于开发周期较长，为了节约成本，所以可以采用成本更为低廉的单片机，并且单片机相对于数据采集板卡采集和传输数据更快，具体设计内容如下。

1 系统硬件设计

多路数据采集系统主要包含两部分内容，上位机和下位机，上位机运用LabVIEW，下位机处放置单片机，无论是上位机还是下位机都需要硬件设计，但是上位机对硬件要求较低，使用普通PC 就可以，下位机需要具体进行设计，设计时主要包含信息收集模块、微型控制器、RS232 串行通讯模块三个板块的内容，多路数据采集系统的具体系统原理如图1 所示。

图1 系统原理图

1.1 信息收集模块

信息收集模块包含多部分的内容，主要为信号传输和数据预处理，在行业上一般会选择信息收集电路利用单独电子元件，进行搭建或者采用系统内部控制器的A/D 功能进行设计。本次设计主要是基于系统内部控制器的A/D 功能进行设计，即通过多路模拟信号传感器，计算放大器电流，将加强后的信号通过A/D 转换进行电压的供应。

1.2 微型控制器

通过具体的设计以及对微型控制器性能的需求，可以选择STC12C5A60S2 单片机构建下位机的硬件部分，这个型号的单片机主要是功能比较多，不仅具有机械周期/单时钟功能，而且具备计算器、定时等功能，可以满足本次设计的需要。

1.3 RS232 串行通讯模块

RS232 串行通信模块的作用是连接上位机与下位机之间的纽带，使上位机与下位机能够信息互通。输入或者输出数据时，需要确认逻辑1 和逻辑0 以及电平的数值。在串行接口协议下，RS232 信号强弱之间的差距会比较大，所以电压范围也会比较大，逻辑1 为-15 ～-5V 之间，我们可以设置为-10V，逻辑0 为+5 ～+15V 范围内，我们可以选择为+10V，因此TL 电平也需转换为RS232 电平，添加MAX232E芯片即可实现转变。

2 系统软件设计

2.1 RS232 通信协议约定

如果要确保上位机和下位机之间的通信切实有保障，那么需要自制RS232 通信协议，约定好其中对通信有影响的要素，如波特率、停止位、数据类型、数据标识等。本文设计的RS232 通信协议主要内容如下。

（1）基本通信数据格式。首先设计基本数据项，波特率为115200，数据位共8 位，数字1 是停止位，通过N 进行奇偶校验。上位机要将完整的通信命令按照正确的格式传到下位机，保证参数设置的准确性，然后进行数据采集，0X55+OXA5 为数据开始进行收集，下位机的参数由7 个字节构成，整个字节部分可以体现整个数据块的大小，0XCC 为数据采集结束，此命令由上位机发给下位机进行执行。

（2）采集数据格式。下位机主要进行数据采集的工作，每次收集到数据都需要将其传输给上位机，传输时对格式具有一定的要求，需要按照高字节+低字节的形式进行，我们可以先按照20S 的时间间隔进行设计，如果有在实际使用中，不合适，可以按照实际的需要进行调整，从而保证、提高数据采集的效率。

2.2 下位机单片机软件设计

下位机单片机软件设计主要包含三方面的内容，具体为：（1）数据采集功能模块设计，主要应用STC 单片机的A/D转换功能进行实现，它可以采集到外部多路模拟量的数据。（2）RS232 数据通信功能模块设计，下位机接收上位机的通信命令，下位机通过查询功能将上位机需要的数据传输回去，此功能实现的基础是RS232 通信协议约定。（3）系统主程序功能模块，标志Recflag 由串行中断接收，查询并处理标志Recflag 为此模块主要功能。

2.3 上位机LabVIEW 软件设计

上位机将数据采集命令传输给下位机，下位机按照指令进行执行，将指定的数据传回给上位机，这整个过程都离不开LabVIEW 软件的支持，在上位机 LabVIEW 前面板程序中，它的主要功能结构有：（1）串口通信参数设置模块，是上位机和下位机进行通信的关键，RS232 通信参数设置也在此处。（2）下位机参数设置，该模块主要用于在下达数据采集指定前进行的相关参数设置，如果数据采集模拟量为4 路，则通道数需要扩展时，可以将4 路作为基础，一旦超过限定值就会出现警报，则可以根据警示进行处理问题即可。（3）运行控制选项，主要是下位机的数据采集工作的控制，比如开始或终止、数据存储等。（4）实时数据显示，将采集通道处的数据进行实时的展现，以便了解采集情况。（5）实时曲线显示，将采集通道的数据以曲线方式展现出来。

2.3.1 串行通信功能模块

串行通信需求的集成模块位于InstrumentI/O＞serial目录当中，此目录在LabVIEW 功能面板中，串行通信功能模块可以用于测控系统的设计，而且非常方便。本系统设计过程中，需使用的串行通信模块包含以下几种：（1）初 始 化 采 用VISAonfigUreSerialPort 口 令；（2）向VISAresourcename 指定的串行接口处填写writebuffer字符时采用VISAwrite；（3） 规定字节数的数据在VISAresourcename 指定的串行接口读取时采用VISARead；（4）VISAresourcename 指定的串行接口关闭时采用VISAClose。

2.3.2 实时数据处理及显示功能模块

下位机开始采集到数据后，就需要对数据进行处理，并将处理的结果进行实时展现，通过波形图和数值的形式进行多方位的展示。

2.3.3 下位机参数设置功能模块

进行参数设置可以通过两种方法，一种是直接进行固定值的输入，一种是将预先设置参数值，至于选择什么方法，没有特定的要求，用户根据自己的需要进行选择即可。但是，预先设定参数值法更加便捷，本次设计就是使用的这种方法，进行参数值预先设定，并非输入的是具体数值，而是相应的参数序号，下位机可以识别参与序号，通过参数序号然后进行具体数值的查询匹配，这种方法可以减少通讯数据的整体长度和大小，使程序更加简单，减少了运行数据，提升了数据查询的效率，这是因为如果设定值大于255 时，上位机需要通过两个字节来进行数据上传完成参数设置，依据HEX 格式，通过索引数组，然后利用VISAWrite 函数，向下位机发送参数。

2.3.4 运行控制选项功能模块

该模块通过事件驱动来实现运行控制，运用VI 程序进行编写制作。

3 结语

近几年来，信息网络、计算机技术发展迅速，给人们的生产和生活带来了很大的改变，人们越来越多地关注各类数据的分析和应用，信息的收集和处理分析越来越重要，因次，各类数据收集处理软件应运而生。

通过文章设计可知，使用单片机和LabVIEW 进行多路数据采集系统设计，能够完美地实现上位机和下位机之间的通信，可以大大地提高软件开发的速度，并且节约了一定的成本，同时经过处理的数据准确、完整，并且显示界面清晰、美观，控制能力较强，应用前景广阔，值得在电子计算机工业设计中推广。