虚拟仪器技术课程设计报告书

虚拟仪器技术课程设计

题目：基于LabVIEW的自动化控制和编程设计

院（系、部）： _____ 电控学院

班级：测控06-2班___________

姓名：________ 徐宁_______________

学号：0605070218 ____________

指导教师： ___________ 宏志_______________

工程技术大学课程设计成绩评定表

指导教师：宏志教研室主任：宏志时间：2009年6月15日

摘要随着人类社会的进步与科学技术的发展, 计算机技术在民用和工业控制领域的作用愈显示出其魅力。特别是串行通信技术, 已成为实现生产

自动化, 提高生产力, 减轻劳动强度的有效手段。串口通信是一种在计算机与计算机之间或计算机与外围设备之间传送数据的常用方法。串行通信使用计算机建的串口, 用户无需再购买任何特殊硬件, 只要一根串口线就可以达到发送或接收数据的目的, 而且不失测试的准确性。但传统的串口调试采用高级语言, 程序代码冗长, 不便，进行功能拓展。如果对串口数据进行分析, 则需推翻原有程序结构，重新编制代码。图形化编程语言LabVIEW的出现为串口调试与数据分析带来了极大方便。本文开发了基于LabVIEW的串口调试软件，并给出了在该软件基础上扩展串口数据分析模块。

系统以ATM5係列单片机为核心,主要由CCD摄像头、信号调理电路(包括低通滤波电路和电荷放大电路、RS-232通信电路等几部分组成。在本系统中，利用单片机部的ADC把经过放大调理后模拟量转换为数字量, 利用串口传送到上位机。在上位机可以方便的对采样数据进行分析记录。上位机采用软件LABVIEW图形化的语言编写,具有友好的人机界面。

利用Labview 软件进行双机串行通信系统可分为以下 3 个模块:

(1) 端口配置模块: 负责串口的开关、端口的选择、波特率、数据位、停止位、校验位的选择等。

(2) 数据发送模块: 负责实现发送数据的处理与数据的多种发送方式, 具有选择手动发送或自动发送、选择发送数据的类型、设置自动发送时间间隔、读取要发送的文本、清空发送区域等功能。

(3) 接收显示模块: 负责实现接收数据的处理与数据的多种显示方式, 具有自动接收和结束接收的功能, 能够保存接收的数据和清空显示区域。

串口通信方式简单、可靠、稳定, 具有很好的可移植性、实时性, 且具有使用线路少、成本低,特别在远程传输时,能够避免多条线路特性的不一致而被广泛采用。LabVIEW作为一个具有良好开放性的虚拟仪器开发平台, 为面向仪器的编程提供了强有力的支持, 在LabVIEW环境下能够开发出各种功能强大、开放性好的虚拟仪器软件，构造出实用的计算机辅助测试、分析与控制系统。事实表明,与传统方法相比,基于LABVIEW的串口调试与数据分析效率高、功能全、操作简单、功能强大, 具有良好的可移植性和可扩展性, 能够很好地满足

用户要求。

关键字：串口通信单片机CCD摄像头

文献综述

在基于PC 机的测控领域中, 虚拟仪器技术的应用越来越广泛,由于大多数PC 机都有1〜2个RS2232串行通信接口,因此，串行通信非常流行。串行通信是一种古老但目前仍常用的数据传输方法,它用于PC机与其他仪器(例如MCS251单片机、变频器等可编程仪器)或者与另外一台计算机之间的通信。通信最终目的是将发送端发送的数据正确无误地传到接收端, 由于种种因素的影响, 接收端可能会收到错误的数据, 甚至数据根本就没有收到。在进行异步通信时, 为了避免这种差错, 目前大多采用检错重发的方法加以改正。随着高性能处理器的出现, 在实际应用中已越来越多地运用软件方式对传输的数据进行检错。其中较常用的方法有异或

和、校验和、循环冗余码校验(CRC)等方法。对于一般的测控系统采

用较多是前两种方法，本文着重讨论基于LabVIEW的串口通信数据校验和的实现方法。在弹体硬目标侵彻试验中, 对高冲击信号的提取最常用的是压电加速度传感器, 由于压电加速度传感器产生的电荷量很小,为了记录弹体高速侵彻硬目标过程中的加速度—时间曲线很重要的一步就是实时采集数据并对其进行显示、存储和总结测试结果。在传统的测试系统中, 通常只能对静态参数或极缓慢变化的参量进行测量, 对动态参量, 特别是快速过程或

单次猝发过程只能借助于图形记录分析仪。与传统仪器相比, 虚拟仪器提高了仪器资源的可再用性、系统可靠性、测量精度和测量可重复性。

LabVIEW是美国国家仪器公司(Nationailnstrument) 开发的一种虚拟仪器平台,它提

供了丰富的数据采集、分析和存储库函数以及包括DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS-

232/485 在

的各种仪器通信总线标准的所有功能函数。本文正是利用基于LabVIEW 的虚拟仪器技术对传

感器的信号进行采集。过程较为复杂, 编程工作量较大, 周期长, 效率低。如果将单片机为核心的小系统作为前端的数据。

LabVIEW 程序由三部分构成, 即前面板、程序框图和接口板。前面板实现的是程序的输入输出功能, 它包括旋钮、按钮、图形和其他控制元件与显示元件以完成用鼠标、键盘向程序输入数据或从计算机显示器上观测数据, 图4 是条码扫描器控制的主程序界面。程序框图是图形化编程,是VI 图形化的源代码,对前面板上的各种控件对象进行控制,是VI 测试功能软件的图形化表示。接口板为函数模板, 它包括编程所涉及到的VI 程序和函数,VI 程序使用接口板来替代文本编程的函数参数表, 每个输入和输出的参数都有自己的连接端口。

LabVIEW串口子VI是通过RS-232串口总线与PC实现数据通信。LabVIEW串口子VI

共有 6 个串行通信节点, 主要完成对串口的设置和读写操作等功能。

(1) 串口参数设置节点(VISAConfigureSerialPort.vi): 用于对串口进行参数设置, 包括串口号、波特率、数据位、停止位、奇偶校验、数据流量控制等。

(2) 串口写节点(VISAWrite): 向发送缓冲器写入数据或命令。

(3) 串口读节点(VISARead): 从串口缓存中读出所传送的数据。

(4) 读串口缓存节点(VISABytesatSerialPort): 读串口所有排队等待的数据。

(5) 串口中断节点(VISABreak.vi): 向串口延时发送数据, 延时时间可以设置。

(6) 串口关闭(VISAClose): 将打开的串口关闭。

在LabVIEW中,进行串口通讯的基本步骤分为3步：

第一:串口初始化,利用VISAConfigureSerialPort.vi 节点设定串口的端口号、波特

率、停止位、校验位、数据位，需要注意的是在LabVIEW中串口号是从0开始编号的。

第二：读写串口,利用VISARead节点和VISAWrite节点对串口进行读写。

第三：关闭串口, 停止所有读写操作。

本系统以单片机和CCD摄像头传感器为主的前端采集系统来代替数据采集卡，单片机具有体积小、功耗低、性价比高等特点。但开发据采集系统,将采集到的数据利用串口传送到PC 主系统,在LabVIEW环境下对数据进行显示、处理与分析,既充分利用了LabVIEW 的强大功能,又降低了系统的开发成本,提高了效率。摄像头的主要工作原理具体而言，摄像头连续地扫描图像上的一行，则输出就是一段连续的电压视频信号，该电压信号的高低起伏正反映了该行图像的灰度变化情况。当扫描完一行，视频信号端就输出低于最低视频信号电压的电平(如0.3V)，并保持一段时间。这样相当于，紧接着每行图像对应的电压信号之后会有一个电压“凹槽”，此“凹槽”叫做行同步脉冲，它是扫描换行的标志。然后，跳过一行后(因为摄像头是隔行扫描的方式)，开始扫描新的一行，如此下去，直到扫描完该场的视频信号，接着就会出现一段场消隐区。此区中有若干个复合消隐脉冲，其中有个脉冲远宽于(即持续时间长于)其他的消隐脉冲，该消隐脉冲又称为场同步脉冲，它是扫描换场的标志。场同步脉冲标志着新的一场的到来，不过，场消隐区恰好跨在上一场的结尾部分和下一场的开始部分，得等场消隐区过去，下一场的视频信号才真正到来。摄像头每秒扫描25 幅图像，每幅又分奇、偶两场，先奇场后偶场，故每秒扫描50 场图像。奇场时只扫描图像中的奇数行，偶场时则只扫描偶数行。