基于LABVIEW的串口调试与数据分析.pdf

第 4期 2 0 0 5年 8月 工矿 自 动化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o m a t i o n NO ． 4 Au g．2 0 0 5 文章编号 1 6 7 1 2 5 l X 2 0 0 5 0 4 0 0 7 4 0 3 基于L A B V I E W 的串口调试与数据分析 马草原 ， 郭双强 ， 李 国欣 中国矿业大学 信电学 院 ， 江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要 文章介绍了图形化编程语言 L A B VI E W 的特点， 阐述 了基于 L A B VI E W 的多功能 串口调试软件 的设计 思路及 主要 功 能 ， 给 出 了在 该软件基础上 扩展 的 串口数 据 分析模 块 。实践证 明 ， 该软件 使 用方便 ， 功 能强 大， 具有 良好 的可移植性和 可扩展 性 。 关键词 虚拟仪 器 ； 串口； 调试 ； 分析 ； L AB VI EW 中图分类号 T N 9 1 5； TP 3 9 3 文献标识码 B S e r i a l P o r t De b u g g i n g a n d I t s Da t a An a l y s i s Ba s e d o n LABVI EW M A Ca o y u a n． GUo S hu a n g q i a n g。LI Gu o x i n Co l l e g e o f I nf o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g o f CU M T．，Xu z h o u 2 2 1 0 0 8，Chi n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，t h e g r a p h i c a l p r o g r a mmi n g l a n g u a g e LABVI EW wa s i n t r o d u c e d ． Th e ma i n f u n c t i o n s a n d d e s i g n i d e a s o f t h e mu l t i f u n c t i on s e r i a l p o r t d e b u g g i n g s o f t wa r e b a s e d o n L ABVI EW we r e p r e s e n t e d ． Fu r t h e r mo r e ， mo d ul e o f d a t a a n a l y s i s o f t h e s e r i a l p o r t e x t e n d e d f r o m t h e s o f t wa r e wa s i n t r o d u c e d ． Th r o u g h a p p l y i n g，i t h a s p r o v e d t h a t t h e s o f t wa r e o f s e r i a l p o r t d e b u g g i n g a n d d a t a a n a l y s i s b a s e d o n L ABVI EW h a s s e v e r a l g o o d c h a r a c t e r s s uc h a s p o we r f u l f u n c t i o n s ，e a s y f o r u s e ，g o o d t r a n s p l a n t a b i l i t y a n d g o o d e x t e n s i b i l i t y ． Ke y wo r d s v i r t u a l i n s t r u me n t ，s e r i a l p o r t ，d e b u g g i n g，a n a l y s i s ，LABVI EW 0 引言 串 口通信是 一种在计算 机与计算机 之间或者 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 内建 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 。采 用 RS 4 8 5接 口标 准可以实 现更 远 的传输 距 离 、 更 强 的抗 干扰 能 力 和更快 的传输 速 率 。所 以 ， 串 口通 信现 在仍 广 泛 应用于数据采集、 监测监控以及仪表控制等场合。 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 。而图形化 编程 语言 L AB VI EW 的 出现 为 串 口调 试 与数 据 分 析带来 了极 大 方 便 。笔 者 开 发 了基 于 L AB VI E W 收 稿 日期 2 0 0 5 0 1 0 6 作者简介 马草原 1 9 7 8 -- ， 男 ， 助教 ， 在读硕士 ， 2 0 0 1年毕业于 中国矿业大学， 现任教于中国矿业大学信电学院。 的串 口调试软件 ， 并 给 出 了在该 软件 基 础上 扩 展的 串 口数据分析模块 。 1 L AB VI E W 简 介 LABVI EWLa b o r a t o r y Vi r t u a l I n s t r u me n t E n g i n e e r i n g 是一 种基 于 图形 开 发 、 调试 和 运 行程 序 的 集 成 化 环 境 ，实 现 了 虚 拟 仪 器 的 概 念 。 L AB VI E W 程 序称 为 虚 拟仪 器程 序 ， 简称 VI s 。其 开发环境包括前 面板和流程 图两部分 。前 面板主要 用 于数据 的输入设 置和输 出观察 ， 由许 多控件组成 。 而 流程 图是 图形 化 的 源 代码 ， 是 VI 测 试 功 能软 件 的 图形化表 述 。 L AB VI EW 支持多种硬 件接 口， 如 GP I B、 VXI 、 RS 2 3 2和 RS 4 8 5等 协 议 的 硬件 及 数据 采 集 卡 。它 还 内置 了便 于应 用 TCP ／ I P、 Ac t i v e X等 软件标 准的 库 函数 。利用它 可 以方 便 地 实现 数据 的采 集 、 监 控 和分析 ， 可 以很 容易地实现仪 器控制 。因此 ， 在一 定 程度上软件 就是仪器 。 L AB VI EW 采用 图形 化的 程序语 言 G语 言 。 维普资讯 2 0 0 5年第 4 期 马草原等 基于 L A B VI E W 的串口调试与数据分析 7 5 这种语 言不必写程 序 代码 ， 看到 的是 直 观 明了的 流 程 图语言 ， 所 以编程 非 常方 便 。该 语 言提 供 了大量 的常用 控件 ， 如旋 钮 、 开关 、 按 钮 、 图形 显示 等 ， 可直 接使用， 不象 D e l p h i 等高级语言实现一个旋钮需要 几十行代 码 ， 因 此 ， L ABVI E W 大 大 地 缩 短 了软 件 的研 发 周 期 。L AB VI E W 能 与 多 种 语 言 通 用 ， 如 Ma t l a b 、C 等 ，例 如 将Ma t l a b 脚 本 嵌 入 到 L AB VI E W 程序 ， 保证 了一些 L AB VI E W 所 不具 备 的功 能得 以实 现 ， 如小 波 分析 、 神经 网络等 。此 外 ， 通过加亮执行 、 单 步 、 断点和探针 帮助用 户跟踪经过 VI 的数 据流 ， 使 L AB VI E W 的调试直 观方便 。 2 串 口调试软件 的设计思路 2 ． 1 VI S A 概 述 考虑 到 软 件 的 实 用 性 和 开 放 性 ， 采 用 VI S A Vi r t u a l I n s t r u me n t S o f t wa r e Ar c h i t e c t u r e 接 口模 块来 进行编程 。 VI S A 是应用 于仪 器编程的标 准 I ／ 0应 用程 序 接 口， 是工业界通用 的仪 器驱 动器标准 AP I 应用程 序接 口 ， 采用 面向对象 编程 ， 具有 很好 的兼容性 、 扩 展 性 和 独 立 性 。用 户 可 以用 一 个 AP I控 制 包 括 VXI 、 GP I B及 串 口仪器在 内的不 同种类 的仪 器 。它 还 支持多平 台工作 、 多接 口控制 ， 是一个多类 型的 函 数库 ， 例如 笔者 编写 的 VI S A接 口程 序 ， 当外部设 备 变更 时 ， 只需要更换 几 个程 序模块 即可 ， 很方便 而且 开发效率 高 。 总之 ， 使用 VI S A 方便 用户在不 同的平 台 ， 对不 同 类 型 的 设 备 进 行 开 发 、 移 植 及 升 级 测 控 系 统 。 L AB VI E W 的 功 能 模 板 I n s t r u me n t I ／ O／ VI S A 中 包 含串行通信 常用 功能 的模 块 。 2 ． 2 软 件 流 程 软件 主要包 括参 数 配置模 块 、 读 模块 和写模 块 等 3大部 分 ， 流程 图如 图 1所示 。 3 串口调试软件 的特点 通过 软件前 面板 ， 用户 可 以很 方 便地完 成 串 口 的设置 ， 如波 特率 、 奇 偶位 、 停止位和数据 位的设置 。 发送数据 分为手动发 送和文件发送 两种 。选择手 动 发送 ， 用户可 以将 写 串 口窗 口中的字 符或 数字 通过 串 口发送 ； 通 过 文 件 发 送 ， 用 户 可 以 发 送 *、 x l s 或 * ． t x t 文件 。除了单 次 发送 ， 用 户 还 可 以通 过设 定 周期 进行周期发送 。本软 件的数 据接收 功能也很强 大 ， 接 收 到 的数 据 可 以被存 储 为． x l s或． t x t文件 。 特别是 自动存储功能实现了数据的动态存储 ， 并且 文件名以 日期时间命名， 可方便用户对数据的查看 、 分 析和处 理 。 N I 塑J { 串口初始化 Y 口圃 l 墼 堡 宣 旦 I H a n dwr i t e S ● Y l发送I 图 1 串口调试软件流程图 实践证明， 本软件具有 以下特点 1 操作简单 ， 界面友好 ， 使用者完成参数设置 后 ， 即可进行 串 口调试 。 2 功 能 全 面 。软 件 可 以读 串 口数 据 ， 动 态 存 储 串口数据 ； 可 以发送文件数 据 、 周期 发送或者 只发 送 一次数据 。此外 ， 软件还有完 善的显示方式 ， 包括 二进 制 、 十六 进制 和 AS C I I 码 等 。 3 可扩展性 强 。L AB VI E W 具有 强大 的分析 功能 ， 如 曲线 拟合 可 以从 数 据集 合 中提 取 曲线参 数 或系数 集 合 以获得 数据 集合 的函数 表达 式 ， 实现 用连续模 型来表示 离 散的 数据 ； 数字 信号 处 理可 以 把数字或符 号表示 的序 列进 行 处理 ， 得 到更符 合 用 户要求的信 号形式 ， 如滤波 、 增强 、 压缩等 ； 信号生 成 可 以产生人们 需要 的各 种 函数 并通 过 串 口输 出 ， 比 如可发送方波 、 正 弦波等 。 4 可移植 性强 。VI S A 的 可移 植性 决 定 了该 软件 的可 扩 展 性 ， 当 接 口变 为 GP I B或 者 VXI等 时 ， 只需要 更改 Re s o u r c e Na me参数 设置 和几 个 程 序模块 即可 。 5 数 据 存 储 。在 工 业 生 产 和科 学 实 验 过程 中 ， 人们往往 通过对 历史 数据分 析 、 比较 才挖 掘到有 用信息 ， 并利用 这些 信息进 一步地设 计方案或实验 。 所 以 ， 串 口调试 软件 的数据 的存储显得格 外有意义 ， 尤其采 用 时 间命 名 文 件 如 2 0 0 4 - 1 0 - 1 2 ． 1 0 - 3 1 - 2 5 ． t x t ， 保存 为 *． x l s 或 *． t x t 格式 ， 这 一点就 显 得尤 为突出 。 维普资讯 第 4期 2 0 0 5年 8月 工矿 自 动 化 I n d u s t r y a n d M i n e Au t o ma t i o n NO ． 4 Au g ． 2 00 5 文章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 0 5 0 4 0 0 7 6 0 2 采用正弦激励的磁性物含量测量 邱 立存 ， 孟 如 ， 刘 海 英 河北 理工大学信 息学院 ， 河北 唐 山0 6 3 0 0 9 摘 要 介 绍一种采用正 弦激励 电感式磁 含量测量原 理 ， 此 原理 消除 了三 角 波激励测 量 的缺 点 ， 使 测量 结 果更加理 想。 同时还介 绍 了利用 Hi l b e r t变换 测量正 弦信 号相 量 的方法。 关键词 磁性物 ； 磁含 量计 ； 测量 ； 正弦激励 中图分类 号 T D 6 7 9 ／ 9 4 8 文献标 识码 B 0 引言 磁 含量计为重介选煤 工艺 中所使用 的一种重 要 的测量 仪器 。重介选煤加 重质为磁铁粉 和煤泥 的混 合物 。当密度一定时 ， 磁 性 物 磁 铁粉 增 加煤 泥减 少 ， 磁性 物减少煤泥增 加 ， 调 节磁性物 的多 少就可 以 控制悬浮液达 到适宜 的 浓度 ， 所 以要 监 测磁 性 物在 液体中 的含量 。同时 ， 测 量 磁性 物含 量也 可 间接 测 量煤 泥量 。 l 探 头 电感 式磁性物含量 计用于在线 检测 重介选 煤介 质 的变化 。某种含磁性 物质悬 浮液通过 变送器线 圈 收 稿 日期 2 0 0 5 0 1 3 1 作 者简 介 邱 立存 1 9 6 5 ， 男 ， 河北 玉 田人 ， 河 北理 工 大学信 息 学 院副 教授 ， 硕 士 。 时 ， 由于磁性 物 含 量 变 化会 造 成 线 电感 量 的变 化 。 由几种物质组成 的悬 浮液 ， 只有磁 性 物 对线 圈 电感 起作用 。通过测 量线 圈 电感就 可 测 出磁性 物 含量 。 传感探头部分为一个不锈钢管上密绕多匝漆包线形 成 。 2 测量原理 由于探 头电感量较 大 ， 且有分 布 电容存在 ， 测量 电感量时， 信号频率不能很高， 一般取2 0 0 Hz 以内。 如 果所施加信号 频率 较低 时 ， 对 于所 使 用探 头 可等 效 为电感和 电阻 串联电路 。笔 者采用正 弦信 号作为 激励 ， 基本 测量原理 如图 1所示 。 正 弦 测 量 电 压 信 号 源 施 加 到 AD6 9 4的 4 串 口数据 分析举例 将 L AB VI E W 强 大 的 分 析功 能 引 入 串 口调试 软件， 便可以对串口数据进行分析。利用该软件进 行功能扩展 ， 实现 串 口数 据 分 析和所 采 集数 据 的 图 形 显示及平 滑 处 理 ， 在 实 际数 据 处 理 中很 有 意 义。 从平 滑前 后 的时域 波形 可 以看 出， 平 滑前 后 信号 的 基本变化趋 势一致 ， 但 平 滑后 的信 号 在波 形 的过 渡 处或突变处更 圆滑 。时域 的平滑处理实 质是一种低 通滤波 ， 将信 号中的高频部分 滤掉 。 5 结语 事实 表 明 ， 与 传 统 方 法 相 比 ， 基 于 L AB vI E w 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 。 参 考 文献 [ 1 ] 李字华．虚拟仪器开放平台 L AB VI E W 介绍f- J ] ．计算 机 自动测量与控制 ， 1 9 9 6 ， 3 E 2 3 畅国忠． 基于 VI S A的事件处理方法 与实现f- J ] ． 测 控 技 术 ， 2 0 0 0 ， 9 ． [ 3 ] 周舒梅．动态信号分析及仪器r - M] ．北京 机械工业 出 版 社 ， 1 9 9 0 ． [ 4 ] 杨乐平 ， 李海涛， 肖相少 ， 等． L AB VI E W 程序设计 与应 用r - M] ． 北京 电子工业出版社 ， 2 0 0 1 ． E 5 3 李 刚， 林凌． L AB VI E W 易学易用 的计算机图形化 编程语言r - M] ． 北京 北京航空航天大学 出版社 ， 2 0 0 1 ． 维普资讯