基于labview的计算机与单片机的通信系统设计

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应用技术
0 引言
在计算机分布测控系统中，数据的收集和分析分别是由
下位机和上位机实现。

由于单片机成本较低且功能强大，被广泛的运用到分布测控系统中，因此，一般情况下单片机都被作为分布测控系统的下位机，同时，由于计算机具有很好的人机交互功能和数据处理功能，所以被作为分布测控系统的上位机。

而上位机与下位机，即：计算机和单片机，两者
之间的数据传输通常是采用串口通信的模式，虽然其传输速度慢，但因其成本低、运行可靠等特点，仍然是数据通信的主流模式。

目前，针对串行通信程序的开发，主要采用的是VC++、VB、VF 等语言进行编写，但这些以文本语言编写为主的串口通信程序较为复杂、花费时间较长。

同时，在实现串口通信的过程中，存在一个问题，就是在发送方与接收方信息传输的过程中如何保持一致性。

虽然串口能够将所收到的数据信息进行缓存，但受到缓存容量的限制，当缓存装满后，收到的数据就会溢出，导致数据丢失。

LabVIEW 是一款以数据流为基础的图形化编程软件，有软件与硬件两种握手协议，通过握手，信息发送方与接收方就能在缓存即将存满时，进行相互通报，这样发送方就能及时的停止数据的传送，直到接收方清空缓存并做好接收新数据的准备后，再次发送消息，这样能够有效解决上下位机之间通信时序冲突问题，且在人机交互过程中具有一定的优势。

因此，利用 LabVIEW 开发计算机与单片机的通信系统不失为一种有效方案。

1 基于LabVIEW 的计算机与单片机的通信系统硬件设计
计算机与外部仪器设备连接比较常见的接口主要有三
种：串口、并口及USB 接口，其中，USB 接口目前成为计算机的标准接口。

因此，在本论文的设计中，采用USB 接口转串口的方式来实现计算机与单片机之间的数据通信，即：将单片机的串口经过USB 转芯片后，变成USB 接口。

基于此，
本论文设计的计算机与单片机的线路结构如图1
所示。

图1 计算机与单片机通信系统的线路结构图
由图可知，通信系统硬件主要由四个部分组成：计算机
（上位机，实现发送通信数据和人机交互功能）、单片机（下位机，实现串口数据接口功能）、USB 接口、CH340转换芯片（USB 转接芯片，实现USB 转串口功能）。

上位机与下位机之间通过USB 通信的线路连接。

计算机与单片机首
次通过USB 接口连接时，需要利用CH340转换芯片进行驱动，这样计算机才会映射出一个连接串口。

因此，在本论文中设计中是按照串口通信方式进行设计的，串口通信显示系
统硬件电路如图2所示。

图2 串口通信显示系统硬件电路图
2 基于LabVIEW 的计算机与单片机的通信系统软件设计
在计算机与单片机的通信系统中，计算机为主控机，
单片机为从机。

主控机的主要作用是向从机发送数据存储和处理，并控制从机操作，主控机的串口通信程序是在LabVIEW 的环境下进行编写。

从机的主要作用实现对监控对象的控制与检测，从机的串口通信程序是在Keil C51环
基于LabVIEW 的计算机与单片机的通信系统设计
顾德峰
（江苏省沭阳中等专业学校，江苏沭阳，223600）
摘要：串行数据通信方式是计算机分布式测控领域中的主流，具有成本低、操作简单、通信线路少等优点。

在串行通信程序开发中，单片机与上位机之间的数据通信是整个系统的基础。

基于 LabVIEW的计算机与单片机的通信系统，利用计算机强大的数据处理功能和串口通信协议，既能实现通信数据的主观展现，有效解决串口通信时序冲突问题，使得复杂的工作简易化，被广泛的应用到通信、控制、测试等领域中。

关键词：LabVIEW ；电子信息；单片机；计算机；通信系统
80 | 电子制作 2019年11月
接收的数据信息进行处理与展现。

图3 单片机主函数流程图 图4 单片机串口中断函数流程图
■2.2 LabVIEW 部分的设计
LabVIEW 部分具有五个串行的通信节点，具体如下：
(1)
初始化节点。

该节点主要用于计算机对串口仪器设
备控制过程中实现奇偶校验、数据位等参数配置，确保系统能正常通信。

图5 串行通信流程图
(2)串口写节点。

该节点主要用于将需要发送的数据发
如图6所示，根据本文计算机与单片机通信系统设计
要求，在前面板的设计过程中，首先利用LabVIEW 的添加控件功能，设置控件的输入、按钮及开关，通过调整起始与截止频率、扫描步进、扫描周期，实现对通信双方数据的控制。

接着，添加I/0资源名称，选择与
VISA 函数通信的串口通信设备。

图6 开发前面板
(2)开发框图程序
在LabVIEW 框图程序设计过程中，首先需要在框图的窗口面板中，选择符合
我们设计需求的功能的节点图标，并将其与框图中的端
子连接起来。

然后，需要利用单片机给时间寄存器、频率寄存器、步进寄存器、AD 芯片控制寄存器等发送相应的控制指令。

值得注意的是，在此过程中需要将前面板输入的十进制数值转换为十六进制的数值，才能进行数据的存储、接口
及设备的写入，最终发送给单片机进行信号处理。

(3)主机通信软件的实现
在现代串口通信系统的设计与程序编程过程中，大部分程序员会选择VB、VC 等高级编程语言进行编写。

在计算机与单片机串口通信程序开发的过程中，利用
LabVIEW 的图形化编程功能，既能将高级语言函数封装成
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图形化的功能模块，只需要通过编程窗口中简单的图标连接，就能实现各个功能模块之间信号的传输，而且相比于VB/VC等高级编程语言，编程更为简单，且花费成本低、时间短，更有利于提高通信系统设计与开发周期，提高通信效率。

因此，在LabVIEW编程环境下，首先需要调用VISA，对仪器进行串口参数设置，包括数据位数、数据流量、比特率、串口号、奇偶校验等，然后对仪器缓存进行读操作。

在经过初始化后，如果流程没有问题，就可以使用该串口进行数据的发送与接收，在串口结束后，调用VISA结束，关闭仪器资源。

(4)调试运行
本论文设计中采用RS232串行通信接口标准，单片机串口通信波特率设置为9600，利用定时器设定采样时间间隔和波特率。

根据计算机与单片机软件与硬件系统及结构的设计，在LabVIEW平台中，通过计算机实现数据123的发送，单片机在接收到上位机传输的数据信息后，到计算机进行返回，并在液晶屏幕上进行数据信息的显示，这样就完成了计算机与单片机一次简单的数据通信过程。

4 结束语
LabVIEW具有的图形化编程界面为开发人员程序的开发提供了便利，同时，其所具有的强大网络功能，使得基于网络的系统开发、设计与测试更为便捷。

本文利用LabVIEW编程程序实现了计算机与单片机接口之间的通信，通过调试，结果显示，所设计的通信系统能够有效实现信号的的实时传输与通信，确保了两机信号之间的准确、无误的通信。

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过程中应合理选择备自投类型、实现逻辑等。

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（上接第74页）
（上接第8页）
后取缓冲区的前8位数据为二氧化碳数据，后8位数据为TVOC数据。

传感器节点程序流程图如图6所示。

■3.3 上位机监控软件及手机端软件设计
本文上位机监控软件使用Labview2017图形化编程软件设计，上位机通过IPv6网络与6LoWPAN边界路由器实现数据通信，数据传输路线经由PC机→6LoWPAN边界路由器→6LoWPAN传感器节点，同时在上位机中的Ubuntu 环境下配置基于Mosquitto 的MQTT服务器，与手机端共同连接阿里云服务器，手机端软件使用Android Studio开发，实现PC机与手机的远程通信。

4 系统测试
本系统在120平方米的房间中测试，室内布置了3个6LoWPAN模块、4个环境监测传感器共同组成6LoWPAN 网络，将6LoWPAN边缘路由器放置在距离2个6LoWPAN 传感器节点5米的位置，然后建立IPv6网络与6LoWPAN 传感网相互通信，经测试系统可以实现在IPv6网络6LoWPAN网络之间的信息互传，最终实现室内加湿器及空调的智能控制。

系统上位机APP能够持续显示室内环境的数据状态，运行稳定，能够满足智能家居环境监控的需求，实现无线传感网与IP网络的连接融合。

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