LabVIEW串口通信程序設(shè)計(jì)

LabVIEW頭云臺、數(shù)控機(jī)床、單片機(jī)及智能設(shè)備等作為下位機(jī)廣泛應(yīng)用于測控領(lǐng)域。本章舉幾個典型實(shí)例，詳細(xì)介紹利用LabVIEW實(shí)現(xiàn)PC與各種下位機(jī)設(shè)備串口通信的程序設(shè)計(jì)方法。當(dāng)兩臺串口設(shè)備通信距離較近時(shí)，可以直接連接，最簡單的情況，在通信中只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。本設(shè)計(jì)通過兩臺PC串口三線連接，介紹了串口通信的基本編程方法。當(dāng)兩臺RS-232串口設(shè)備通信距離較近時(shí)（<15m可以用電纜線直接將兩臺設(shè)備的大多數(shù)的應(yīng)用中并沒有用上。在許多應(yīng)用中，例如Modem，只用了9個信號（兩條數(shù)據(jù)線、6條控制線、一條地線在其他一些應(yīng)用中，可能只需要5個信號（兩條數(shù)據(jù)線、兩條握手因?yàn)樵诳刂祁I(lǐng)域，在近距離通信時(shí)常采用RS-232，所以這里只對近距離通信的線路連接進(jìn)行討論。數(shù)幾根信號線。最簡單的情況，在通信中根本不需要RS-232C的控制聯(lián)絡(luò)信號，只需三根線（發(fā)送線、接收線、信號地線）便可實(shí)現(xiàn)全雙工異步串行通信。在實(shí)際使用中常使用串口通信線將兩個串口設(shè)備連接起來。串口線的制作方法非常簡單：準(zhǔn)備兩個9針的串口接線端子（因?yàn)橛?jì)算機(jī)上的串口為公頭，因此連接線為母頭準(zhǔn)備3根導(dǎo)線（最好采用3芯屏蔽線按圖13-1所示將導(dǎo)線焊接到接線端子上。54321554321連接串口線時(shí)，計(jì)算機(jī)嚴(yán)禁通電，否則極易燒毀串口。任務(wù)要求如下。兩臺計(jì)算機(jī)互發(fā)字符并自動接收，如一臺計(jì)算機(jī)輸入字符串“收到信息請回字符單擊“發(fā)送字符”命令，信息返回到第一組的計(jì)算機(jī)。實(shí)際上就是編寫一個簡單的雙機(jī)聊天程序。2．程序前面板設(shè)計(jì)詳細(xì)步驟介紹如下。發(fā)送按鈕；接收數(shù)據(jù)時(shí)，需要判斷串口接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)個數(shù)是否不為0。6．單PC雙串口互通信程序程序。兩臺計(jì)算機(jī)同時(shí)運(yùn)行本程序。在一臺計(jì)算機(jī)程序窗體中發(fā)送字符區(qū)輸入要發(fā)送的字符，比如“收到信息請回字符通信正常該字符串將顯示在接收區(qū)中。如果只有一臺計(jì)算機(jī)且具有兩個串口，那么可以通過串口線將兩個串口直接連接起來，LabVIEW串口通信程序設(shè)計(jì)）圖13-9單PC雙串口互通信程序的前面板為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫的支持，這種應(yīng)用的核心是數(shù)據(jù)通信，它包括單片機(jī)和上位機(jī)之間之間以及客戶端和客戶端之間的通信，而單片機(jī)和上位機(jī)之間的硬件連接實(shí)現(xiàn)的。其他信號線，如握手信號線均不用，采用軟RXDTOUTTINCOM1TXDRINROUTRXDAT89C51件握手的方式，這樣既可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)GNDGND又可以簡化電路設(shè)計(jì)。單片機(jī)系統(tǒng)有LED顯示器模塊、繼電器輸出模塊、蜂鳴器模塊等。任務(wù)要求有以下幾方面。（1）測試通信狀態(tài)。（3）控制指示燈。在單片機(jī)繼電器接線端子的兩個通道上分別接上兩個指示燈，在PC程序畫面上選擇指利用KeilC51實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC串口通信任務(wù)一單擊“保存”按鈕。2．編寫程序時(shí)可以鍵入用戶的應(yīng)用程序了，但建議首先保存該空白的文件。測試了。/*主程序*/{}/*串口初始化*/{//電源控制}/*接收返回?cái)?shù)據(jù)*/{}2．程序前面板設(shè)計(jì)將標(biāo)題改為“發(fā)送”。將標(biāo)題改為“關(guān)閉”。3．框圖程序設(shè)計(jì)——添加函數(shù)與連線 4．運(yùn)行程序傳數(shù)據(jù)后在“返回?cái)?shù)據(jù)”框中顯示出來（十六進(jìn)制若發(fā)送的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)相等，則在“通信狀態(tài)”利用KeilC51實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC串口通信任務(wù)二}整定功能，并可以設(shè)置出多種報(bào)警方式。LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)XMT-3000A智能儀表有多種輸入功能，一臺儀表可以接熱電偶（K、S、Wr、E、J、T、等不同的輸入信號。XMT-3000A智能儀表接熱電阻輸來的誤差；接熱電偶輸入時(shí)，儀表內(nèi)部帶有冷端補(bǔ)償部件；接電壓/電流輸入時(shí)，對應(yīng)顯示的物理量程可任意設(shè)定。在計(jì)算機(jī)與智能儀器通電前，按圖13-24所示將熱電阻傳感器Cu50、上、下限報(bào)警指示燈與XMT-3000A智能儀器連接。通過串口線將計(jì)算機(jī)與智能儀器連PCPC機(jī)COM1GND5RS232+2425-DC24VXMT-3000A常開AC220VCu50GNDTXD3RXD2RXDTXD2342021常開ALM2ALM1接起來：智能儀器的14端子（RXD）與計(jì)算機(jī)串口COM1的3腳（TXD）相連；智能儀器的15端子（TXD）與計(jì)算機(jī)串口COM1的2腳（RXD）相連；智能儀器的16端子（GND）與計(jì)算機(jī)串口COM1的5腳（GND）相連。連接儀器與計(jì)算機(jī)串口線時(shí)，儀器與計(jì)算機(jī)嚴(yán)禁通電，否則極易燒毀串口。本設(shè)計(jì)用到的硬件為：智能儀器（XMT-3000A型，需配置RS-232通信、上下限控制繼電器、DC24V電源等模塊串口通信線（三線制熱電阻傳感器（Cu50指示燈（DC24V）等。2．XMT-3000A智能儀器的參數(shù)設(shè)置XMT-3000A智能儀器在使用前應(yīng)對其輸入/輸出參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置，設(shè)置好的儀器才能投入正常使用。請按表13-1設(shè)置儀器的主要參數(shù)。LabVIEW串口通信程序設(shè)計(jì)要求顯示一位小數(shù)，則diP=1要求上限報(bào)警由報(bào)警1（ALM1）輸出，下限報(bào)警由報(bào)警2（ALM2）輸出，報(bào)警時(shí)在下顯示器顯示報(bào)警符號，則ALP=100上限絕對值報(bào)警值下限絕對值報(bào)警值輸入規(guī)格小數(shù)點(diǎn)位置儀表功能定義通信地址通信波特率參HIiALLoALdiPALPAddr3．XMT-3000A智能儀表的通信協(xié)議XMT-3000A智能儀器使用異步串行通信接口，共有兩種通信方式：RS232和RS485。接2個停止位。通信傳輸數(shù)據(jù)的波特率可調(diào)為300～4800bit/s。XMT儀表采用多機(jī)通信協(xié)議，如果采用RS485通信接口，則可將1～64臺的儀表同時(shí)連接在一個通信接口上；采用RS232C通信接口時(shí)，一個通信接口只能連接一臺儀表。多臺XMT儀表與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，而RS422需要4根通信線。由于通信協(xié)議的限制，XMT只能工作在半雙工模式，所以XMT儀表推薦使用RS485接口，以簡化通信線路接線。為使普通計(jì)算機(jī)作上位機(jī)，可使用RS232C/RS485型通信接口轉(zhuǎn)換器，將信口轉(zhuǎn)為RS485通信口。XMT儀表采用十六進(jìn)制數(shù)據(jù)格式來表示各種指令代碼及數(shù)據(jù)。通信指令只有兩條，一條為讀指令，一條為寫讀指令格式為：地址代號+52H+參數(shù)代號。返回：依次返回為測量值PV、給定值SV、輸出值MV+報(bào)警狀態(tài)、所讀參數(shù)值。寫指令格式：地址指令+43H+參數(shù)代號+寫入值的低位字節(jié)+寫入值的高位字節(jié)。返回：測量值PV、給定值SV、輸出值MV+報(bào)警狀態(tài)、被寫入的參數(shù)值。地址代號：為了在一個通信接口上連接多臺XMT儀表，需要給每臺XMT儀表編一個互不相同的代號，這一代號在本文約定稱為通信地址代號（簡稱地址代號）。XMT有效的地址為0～63。所以一條通信線路上最多可連接64臺XMT儀表。儀表的地址代號由參數(shù)Addr決定。兩個字節(jié)必須相同，數(shù)值為：儀表地址+80H。例如，儀表參數(shù)Addr=5（十六進(jìn)制數(shù)為05HLabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)表13-2XMT儀表可讀/寫的參數(shù)代號表輸入規(guī)格小數(shù)點(diǎn)位置下限顯示值上限顯示值通信波特率通信地址數(shù)字濾波00H01H02H03H04H05H06H給定值上限報(bào)警值下限報(bào)警值正偏差報(bào)警負(fù)偏差報(bào)警控制方式SVHIALLoALdHALdLALCtrLdIPdILdIHAddrdL0BH0CH0DH0EH名如果向儀表讀取參數(shù)代號在表格中參數(shù)以外，則返回參數(shù)值為錯誤信號（兩個7F值）。返回的測量值數(shù)據(jù)每兩個8位數(shù)據(jù)代表一個16位后，負(fù)溫度值采用補(bǔ)碼表示，熱電偶或熱電阻輸入時(shí)其單位都是0.1℃,回送的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)（兩個字節(jié)）先轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后將十進(jìn)制數(shù)據(jù)除以10再顯示出來。上位機(jī)每次向儀表發(fā)一個指令，儀表返回一個數(shù)據(jù)。編寫上位機(jī)軟件時(shí)，注意每條有效否則將引起錯誤。4．溫度測量與控制（1）正確設(shè)置儀器參數(shù)后，儀器PV窗顯示當(dāng)前溫度測量值。窗顯示上限報(bào)警信息。限指示燈L2和下限指示燈L1均滅。器SV窗下限報(bào)警信息。XMT-3000A智能儀器使用異步串行通信接口，采用RS-232通信方式，其數(shù)據(jù)格式為：據(jù)位8、停止位2等參數(shù)（注意：設(shè)置的參數(shù)必須與儀器設(shè)置的一致選擇十六進(jìn)制顯示和在“發(fā)送的字符/數(shù)據(jù)”文本框中輸入讀指令：8080520C在返回信息框內(nèi)顯示。LabVIEW串口通信程序設(shè)計(jì)6．使用“計(jì)算器”實(shí)現(xiàn)數(shù)制轉(zhuǎn)換圖13-26在“計(jì)算器”中輸入十六進(jìn)制數(shù)圖13-27十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)十進(jìn)制數(shù)利用利用LabVIEW編寫程序?qū)崿F(xiàn)PC與PLC串口通信。任務(wù)要求LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)按鈕、指示燈等。其具有良好的適應(yīng)性和可擴(kuò)展能力得到制系統(tǒng)或裝置具有可靠性高、易于控制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活、能模擬現(xiàn)場調(diào)試、編程使用簡單、性價(jià)比高、有良好的抗干擾能力等特點(diǎn)。但是，PLC也有不易顯示各種實(shí)時(shí)圖表/曲線（趨勢線）和漢字、無良好的用戶界面、不便于監(jiān)控等缺陷。20世紀(jì)90年代后，許多的PLC都配備有計(jì)算機(jī)通信接口，通過總線將一臺或多臺PLC相連接。計(jì)算機(jī)作為上位機(jī)可以提供良好的人機(jī)界面，進(jìn)行系統(tǒng)的監(jiān)控和管理，進(jìn)行程序編制、參數(shù)設(shè)定和修改、數(shù)據(jù)采集等，既能保證系行可靠有效的分散控制。用一臺計(jì)算機(jī)（上位機(jī)）去監(jiān)控下位機(jī)圖13-34PLC產(chǎn)品示意圖（PLC這就要求PC與圖13-34PLC產(chǎn)品示意圖ACAC220VDC24V-PC1L0.00.10.22L0.40.50.63L0.71.01.1NL1S7-200PLCDC24VPC/PPI1M0.00.10.20.30.42M1.01.11.21.3ML+RS232RS485COM1+本設(shè)計(jì)用到的硬件為：西門子S13-200PLC（CPU224PC/PPI電纜，開關(guān)，指示燈（DC24V直流電源（OUT：DC24V）等。設(shè)置命令發(fā)送到下位機(jī)系統(tǒng)的模塊對單片機(jī)進(jìn)行控制設(shè)置命令發(fā)送到下位機(jī)系統(tǒng)的模塊對單片機(jī)進(jìn)行控制LabVIEW串口通信程序設(shè)計(jì)（2）開關(guān)量輸出：程序畫面中指定元件地址，單擊置件端口（繼電器）狀態(tài)為ON或OFF，使線路中指示燈亮/滅。13.5PC與GSM短信模塊串口通信案例在很多監(jiān)控領(lǐng)域，各種監(jiān)控設(shè)備大多還是有線方式傳輸裝、維護(hù)非常不便，因?yàn)楸O(jiān)控端遠(yuǎn)離采集端，鋪設(shè)電纜的投入有時(shí)可以說是巨大的。通過無線方式來交換數(shù)據(jù)，則可以有效地避免這些問題。GSM網(wǎng)絡(luò)是目前國內(nèi)覆蓋范圍最廣，應(yīng)用最普遍的無線通信網(wǎng)絡(luò)，利用GSM網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)時(shí)，完全可利用現(xiàn)成的GSM無線網(wǎng)絡(luò)而無需再新建基站。利用GSM網(wǎng)絡(luò)短消息業(yè)務(wù)（SMS）實(shí)現(xiàn)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面廣、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施完備，不需投資建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施；實(shí)施與運(yùn)行費(fèi)用低；可以實(shí)現(xiàn)在無人職守、環(huán)境惡劣、超遠(yuǎn)距離的情況下控制信息的收集和傳送。GSM短信模塊是專門用于短信接收發(fā)送的模塊，具有RS-232通信口，可與單片機(jī)、計(jì)算機(jī)相連。圖13-38GSM模塊示意圖圖13圖13-38GSM模塊示意圖13.5.1PC與GSM短信模塊串口通信硬在數(shù)據(jù)采集站，傳感器檢測的數(shù)據(jù)送入單片機(jī)模擬量輸入口，單片機(jī)通過串口與GSM模塊相連；在監(jiān)控中心，GSM模塊通過串口線與PC直接相連，如圖13-39所示。GSMGSM網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集站傳感器GSMCOM1GSM單片機(jī)監(jiān)控中心用戶手機(jī)用戶手機(jī)RS-232RS-232圖13-39利用GSM模塊組成的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)傳感器檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)單片機(jī)MCU單元的處理，編輯成短信息，通過串行口傳送給GSM模塊后以短消息的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)或用戶的GSM手機(jī)。+-+-LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)13.5.2PC與GSM短信模塊串口通信設(shè)計(jì)任務(wù)利用LabVIEW編寫程序?qū)崿F(xiàn)PC與GSM短信模塊串口通信。任務(wù)要求。（1）在程序畫面輸入短信內(nèi)容，指定接收方手機(jī)號碼，將編輯的短信息發(fā)送到用戶手機(jī)。（2）用戶手機(jī)向監(jiān)控中心的GSM模塊發(fā)送短信，程序界面顯示短信內(nèi)容及來電號碼。智能儀器在我國的工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。實(shí)際上，只要具有RS-485（或RS-232）通信接口、支持站號設(shè)置和通信協(xié)議訪問的智能儀器都可以和PC構(gòu)成一個主從式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這也是中小型DCS的一般結(jié)構(gòu)。智能儀器具有較強(qiáng)的過程控制功能和較高的可靠性，因此這類中小型DCS在目前仍然占有較大的應(yīng)用市場。儀表通信時(shí)，可使用RS-232/RS-485型通信接口轉(zhuǎn)換器，將計(jì)算機(jī)上的RS-232通信口轉(zhuǎn)為RS-485通信口。在信號進(jìn)入儀表前再使用RS-485/RS-232轉(zhuǎn)換器將RS-485通信口轉(zhuǎn)為RS-232PCPCCOMRS-232轉(zhuǎn)RS-485RS-485轉(zhuǎn)RS-232RS-485轉(zhuǎn)RS-232RS-485轉(zhuǎn)RS-232+-+-LabVIEW串口通信程序設(shè)計(jì)當(dāng)PC與多臺具有RS-485接口的儀表通信時(shí)，由于兩端設(shè)備接口電氣特性不一，不能直接相連，因此，也采用RS-232接口到RS-485接口轉(zhuǎn)換器將RS-232接口轉(zhuǎn)換為RS-485信號PCPCCOMRS-232轉(zhuǎn)RS-4851號RS-485智能儀表2號RS-485智能儀表n號RS-485智能儀表圖13-44PC與多個RS-485如果IPC直接提供RS-485接口，與多臺具有RS-485接口的儀表通信時(shí)不用轉(zhuǎn)換器可直接相連。的接口并聯(lián)在一起即可。本設(shè)計(jì)用到的硬件為：3臺智能儀表（XMT-3000A型，需配置RS-232通信、上下限控制繼電器、DC24V電源等模塊3個RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器，3個熱電2．XMT-3000A智能儀表的參數(shù)設(shè)置XMT-3000A智能儀表在使用前應(yīng)對其輸入/輸出參數(shù)進(jìn)行正確設(shè)置，設(shè)置好的儀表才能投入正常使用。請按表13-3設(shè)置儀表的主要參數(shù)。表13-3XMT-3000A智能儀表的參數(shù)設(shè)置輸入規(guī)格小數(shù)點(diǎn)位置儀表功能定義通信地址通信波特率參diPALPAddrbAud1148001248001348003號儀表設(shè)置值2號儀表設(shè)置值1號儀表設(shè)置值需要特別注意：DCS系統(tǒng)中每臺儀表有一個儀表號，PC通過儀表號來識別網(wǎng)上的多臺儀表，要求網(wǎng)上的任意兩臺儀表的編號（即地址代號Addr參數(shù)）不能相同。所有儀表的波特率參數(shù)必須一樣，否則該地址的所有儀表通信都會失敗。運(yùn)行“串口調(diào)試助手”程序，首先設(shè)置串口號、波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)（與儀表參數(shù)設(shè)置一致選擇十六進(jìn)制顯示和十六進(jìn)制發(fā)送方式，打開串口。在發(fā)送指令文本框先輸入讀指令：8181520C，單擊“手動發(fā)送”按鈕據(jù)串；再輸入讀指令：8282520C，單擊“手動發(fā)送”按鈕，2LabVIEW虛擬儀器數(shù)據(jù)采集與串口通信測控應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)利用LabVIEW編寫程序?qū)崿F(xiàn)PC與多個智能儀表串口通信。（1）以十進(jìn)制方式顯示多個智能儀表溫度測量值。（2）讀取并顯示各個表的上、下限報(bào)警值。（3）當(dāng)測量溫度值大于或小于上、下限報(bào)警值時(shí)，畫面中相應(yīng)的信號指示燈變化顏色。13.7PC與遠(yuǎn)程I/O模塊構(gòu)成DCS遠(yuǎn)程I/O模塊又稱為牛頓模塊，是近年來比較流行的一種I/O方式。它安裝在工業(yè)現(xiàn)場，就地完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、I/O操作及脈沖量的計(jì)數(shù)、累計(jì)等操作。遠(yuǎn)程I/O以通信方式和計(jì)算機(jī)交換信息，通信接口一般采用RS-485總線