基于虚拟仪器设备的数据通信研究

赵维卫

摘 要：传统的DSP通信设备设计里，中央处理芯片数据运算性能存在先天不足，且这类上位机软件较为复杂，设计开发周期较长，存在软件调试与日常维护较为困难的问题，本文基于虚拟仪器设备设计了一个通讯与数据处理解决方案。该方案整合了数据通讯硬件接口和下位机串行通讯软件，采用工控机作为上位机，基于LABVIEW开发环境，编写了上位机通讯程序软件，并进行了实际试验与测试。通过试验可知，本文编写的上位机软件运行可靠，通讯误差小，可扩展性强，成本低，便于维护。

关键词：LABVIEW;串行通讯;VISA;

1.绪论

随着中国制造2025的逐步到来，工业生产中试验数据传输与分析愈加庞大，传统处理器电路很难同时满足快速数据传输和复杂统计工作，数字信号处理器（DSP）由此而生，广泛应用于工业各个领域[1]。但是在一个自动化集成系统里，只有主控电路远不能满足使用要求，这时就需要一个上位机通讯软件来实现数据的传输、处理、显示和运算。因此，上位机与下位机之间的数据通讯就至关重要。作为经常使用的数据通讯方式，串行通信因其特有的优势，被经常使用到，使用串行通信的硬件电路更加简单，造价低廉，能够实现远距离数据通讯，在工业化进程中应用甚广。在传统的上位机数据通讯软件中，经常用到VC、VB、Delphi等高级语言来编程，这些软件在上位机程序编写中设计比较复杂，研发周期较长，调试与维护都存在较大困难。[2]LABVIEW是NI公司研发的，基于图形化编程的VI开发平台，上位机软件同时能够跨平台运行，软件使用上手容易，便于编程者与操作者理解，平台内部自带集成多种函数库，能够快速完成用户的编写需要，能够以高效的方式开发相对复杂的控制通讯系统。

鉴于上述理由，本文提出一种基于LABVIEW的串行通讯解决方案。

2.基于LABVIEW的通讯软件设计

LABVIEW软件平台内部集成了串行通讯VISA函数，VISA是一个I/O接口软件库和相关规范的集合。[3]LABVIEW的软件编写前面板中，数据通讯VI位于Instrument I/O的Serial中，经常使用的VI节点包括：

（1）VISA Configure Serial Port：初始化VISA

（2）VISA resource name设置通讯参数;

（3）VISA Write：把缓冲区的数据发送到VISA resource name设置的端口;

（4）VISA Read：将VISA resource name设置的端口接收缓冲区中的数据读取设置字节数的数据;

（5）VISA Bytes at Serial Port：反馈VISA resource name设置的端口在读取缓冲区的数据字节数;

（6）VISA Close：关闭VISA会话;

（7）VISA Set I/O Buffer Size：设置VISA的I/O缓冲区大小;

（8）VISA Flush I/0 Buffer：清空VISA的I/O缓冲区。

3.LABVIEW串行通讯设计流程

LABVIEW软件平台的基于VISA数据库通讯的流程框图如图1所示。

根据上图所示，软件先需要调用VISA Configure Serial Port来设置端口参数，参数簇中包括端口号分配、数据波特率、波特率、数据位、停止位、校验位和数据流控制等。当串口初始化完成时，就可以使用该端口进行数据通讯了如果初始化没有问题，就可以使用这个串口进行数据传输。VISA Write，VISA Read函数的作用是发送数据。在接收数据帧之前需要用VISA Bytes at Serial Port检查该端口接收缓冲区的字节数，如果VISA Read需要读取的字节数大于当前缓冲区中的数据字节数，VISA Read将一直等待当前操作，直到等待时间超时，或者缓冲区中的数据字节数满足需要读取的字节数。若需要读取的数据有较大容量的需要，可以设置串口接收/发送缓冲区的数据容量，使用VISA Set I/O Buffer Size函数进行缓冲区容量设置;使用VISA Flush I/O Buffer可以清空接收与发送缓冲区。在串口通讯试验结束后，使用VISA Close关闭与VISA resource name规定的端口的会话[4]。

4.LABVIEW串行通讯设计实例

编写完成的上位机通讯程序框图如图2所示。在图2中，在主循环中放置一个while循环结构，然后在其中添加一个事件结构，这样就可以根据是否满足读取数据的需要进行数据解算工作，这些功能需要在事件结构中添加不同的触发事件，来触发数据发送或接收部分。在程序执行的最初阶段，需要对端口进行初始化操作，在这个程序狂徒中，将波特率设置为115200、数据位为8，无奇偶校验。在数据发送触发事件里，使用前文所述LABVIEW中的VISA串口通讯流程步骤，首先清空初始化VISA I/O缓冲区，然后将设置好的数据包转换成一个完整的十六制字符串通讯指令，通过VISA Write函数将通讯命令传输到下位机的缓冲区，延时20ms后，再调用VISA Read函数，将下位机反馈的数据帧在前面板进行显示，通讯完毕后使用VISA close函数，释放先前占用的串口资源。

该设计方案使用while循环+事件结构的优势是增强了系统的实时控制，减少系统的资源占用。除此之外，串口傳输数据需要一定时间，在执行读写操作时要进行延时处理，避免函数之间竞争系统资源或导致时序混乱，这样能确保下位机反馈的信息能够被正确识别到。

5.结论

本文基于LABVIEW虚拟仪器软件研究了一种上位机通讯程序，并进行了数据传输试验与分析。结果表明，该上位机软件成熟可靠、接口简单、便于使用，软件维护方便，能够满足串行通讯的工程应用，具用一定工程应用前景。

6.参考文献

[1]徐华中，黄丽萍.基于LabVIEW和DSP串口的多通道电机参数采集系统[J].电子测量技术，2011，34（4）：66-69.

[2]吴振奎，张自雷，魏毅立，等.基于LabVIEW平台DSP与PC的Modbus协议串口通信实现[J].内蒙古科技大学学报，2014，33（1）：58-62.

[3]易牧，胡延霖，李保林.基于LABVIEW和DSP的数据采集系统[J].四川兵工学报，2009，30（10）：138-140.

[4]商秋芳，吴学杰，梅红伟，等.基于LabVIEW和TMS320F2812的液压伺服控制系统的设计[J].现代电子技术，2007，21（260）