论文部分内容阅读
【摘 要】LabVIEW是一个使用图形符号来编写程序的编程环境。基于图形化编程语言的LabVIEW可以高效、快速地编写出相应的应用程序。本文就是采用LabVIEW平台，编程实现了数据采集、实时显示以及数据存储等功能。
【关键词】虚拟仪器 LabVIEW 多路数据采集 Modbus ASCII协议
一、LabVIEW概述
虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器技术的发展方向。
“软件就是仪器”这种说法充分的说明了虚拟仪器软件的重要作用，通过它的软件开发平台，开发者不需要了解过多的仪器专业知识，就可方便、快捷地开发出满足应用的虚拟仪器。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台） 是目前多数虚拟仪器系统所采用的开发软件。
二、Modbus ASCII协议简介
Modbus通讯协议是一个一般的行业标准，此协议，我们可以快速实现网络和集中控制的不同部分的控制设备。在配置每台控制器时，用户须选择通讯模式以及串行口的通讯参数。所有设备应具有相同的通信模式在Modbus串行通信参数。
（一）Modbus ASCII模式
当控制器的Modbus通信总线在ASCII模式下，每一个消息8位字节的ASCII码（两个十六进制字符）传输，这种模式的主要优点是可以允许最多至1秒，没有错误的字符之间的时间间隔。
每个ASCII码字节格式：
编码系统：十六进制，ASCII字符0-9，AF，每个ASCII字符表示一个十六进制字符。
数据位：
·1 位起始位
·7位数据位，低位先发送，高位后发送
·1位奇偶校验位（本文中采用偶校验）
·1位停止位
错误校验区：纵向冗余校验
（二）Modbus ASCII帧
在ASCII模式中，以“：”冒号（ASCII 3AH）表示信息开始，以回车换行键（CRLF）（ASCII 0D，0AH）表示信息结束。
对其它的区，允许发送的字符为十六进制字符0-9，A-F。网络中设备不断检测并接收到一个冒号“：”时，每台设备对地址区解码，找出要寻址的设备。
字符之间的最大时间间隔为1s，若大于1s，则接收设备认为出现了一个错误。典型的信息帧为：开始（‘：’）+地址（2字符）+功能（2字符）+数据（n字符）+校验和（2字符）+结束（回车换行）。
（三）Modbus ASCII校验方式（LRC校验）
在ASCII模式中，采用纵向冗余校验方式，即LRC校验。差错校验码是一个8位二进制数，也就是两个ASCII字符。校验和计算，只有地址，功能码，数据位参与经营，开始位“：”和结束位CRLF均不参与运算。由发送设备计算LRC校验码，然后和该块数据一起传送到接收端。所述的接收装置，用于接收这些信息来计算LRC代码，并与接收到的LRC代码相比，假如两个是完全不一样的，则说明该数据块在传输过程中产生错误。
校验和的具体计算步骤为：
1.将设备地址、功能码、数据位的每个ASCII字符用十进制表示出来，并将它们相加起来。
2.将上一步所得结果对256求余。
3.用255减去上一步所得结果，再加1，结果用十六进制表示。
三、基于LabVIEW的简单串行通信的实现
LabVIEW函数功能>>仪器I/O》VISA库中的模板包含了许多功能模块的串行通信操作：
VISA节点调用，你可以很容易地和迅速地实现实时监控系统主机到下一个机器。串口通信程序的实现采用平铺式顺序结构，逐步执行串口的参数设置、发送数据、接收数据、关闭串口等操作。具体步骤如下：
1.请致电VISA配置串行端口节点完成设置串口参数，包括序列号，波特率，数据位，停止位，奇偶校验位。
2.在顺序结构的第一个框图中，调用VISA Write节点将数据发送到指定的串口中。延时200ms，使得下位机能够有合适的时间作出响应。
3.在顺序结构的第二个框图中，调用VISA Read节点将数据读取到缓冲区。
4.调用VISA Close节点关闭串口。
四、数据采集系统的实现
数据采集系统前面板如下图1所示。
图1 数据采集系统前面板
（一）地址搜索
先设置搜索的初始地址和结束地址，然后用while循环在此区间内挨个搜索，发出指令后，有回复的设备即为搜到的设备。每一次循环中，先计算LRC校验和，然后信息帧格式将指令发送到指定串口，等待200ms，读取设备响应的数据，将地址分离出来，用索引数组显示。采用索引数组时，若设备有响应，则显示此设备地址；若设备无响应，则为空字符串。
将索引数组中的空字符串过滤掉，得到地址数组。若搜到的设备数量（地址数组大小）与指定的设备数量不相等，则结束程序；若相等，则将搜到的地址依次显示在不同的显示控件中。
（二）浓度采集
整体结构采用for循环结构实现。将地址数组连接至for循环中的地址输入端，启用索引。计算校验和，将读取浓度的指令发送到指定串口，等待200ms，读取设备回复的数据。从此数据中分离出浓度数据，并显示。
（三）温度采集
采集浓度和采集温度的程序采用平铺式顺序结构实现。在顺序结构的一个框图中为浓度采集的程序，在顺序结构第二个框图中为温度采集的程序。温度采集和浓度采集的程序基本相同。不同点仅在于：
1.把浓度采集程序中发送的指令中的000A换成0003。
2.温度采集时，分离出的温度数据转换为十进制后，需再除以10。
（四）数据保存
检测文件夹“数据采集系统”是否存在，若存在，则在此文件夹下创建新路径；若不存在，则先创建文件夹“数据采集系统”，然后再在此文件夹下创建路径。数据保存程序块采用事件结构，当按下数据保存按钮时，各个传感器当前浓度和温度均被保存。保存完数据后，返回原来的程序继续执行。
五、结束语
本文通过LabVIEW软件平台，实现了多路数据采集系统的设计。通过接入实际设备测试，该设计方案可以方便、快捷地进行浓度与温度的采集、实时显示，并保存当前数据。若有需要，也可以很方便地实现仪器校准与控制等功能。
参考文献：
[1]林静，林振宇，郑福仁.LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通[M]. 北京：人民邮电出版社，2010年.
[2]王水鱼，，李 宁.基于LabV IEW的ModbusASCII串行通信的实现[J].陕西理工学院学报，2008（02）：31-03
基金项目：
本文系郑州大学全国大学生创新创业训练计划资助项目。
【关键词】虚拟仪器 LabVIEW 多路数据采集 Modbus ASCII协议
一、LabVIEW概述
虚拟仪器是当前测控领域的技术热点，它代表了未来仪器技术的发展方向。
“软件就是仪器”这种说法充分的说明了虚拟仪器软件的重要作用，通过它的软件开发平台，开发者不需要了解过多的仪器专业知识，就可方便、快捷地开发出满足应用的虚拟仪器。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench，实验室虚拟仪器工程平台） 是目前多数虚拟仪器系统所采用的开发软件。
二、Modbus ASCII协议简介
Modbus通讯协议是一个一般的行业标准，此协议，我们可以快速实现网络和集中控制的不同部分的控制设备。在配置每台控制器时，用户须选择通讯模式以及串行口的通讯参数。所有设备应具有相同的通信模式在Modbus串行通信参数。
（一）Modbus ASCII模式
当控制器的Modbus通信总线在ASCII模式下，每一个消息8位字节的ASCII码（两个十六进制字符）传输，这种模式的主要优点是可以允许最多至1秒，没有错误的字符之间的时间间隔。
每个ASCII码字节格式：
编码系统：十六进制，ASCII字符0-9，AF，每个ASCII字符表示一个十六进制字符。
数据位：
·1 位起始位
·7位数据位，低位先发送，高位后发送
·1位奇偶校验位（本文中采用偶校验）
·1位停止位
错误校验区：纵向冗余校验
（二）Modbus ASCII帧
在ASCII模式中，以“：”冒号（ASCII 3AH）表示信息开始，以回车换行键（CRLF）（ASCII 0D，0AH）表示信息结束。
对其它的区，允许发送的字符为十六进制字符0-9，A-F。网络中设备不断检测并接收到一个冒号“：”时，每台设备对地址区解码，找出要寻址的设备。
字符之间的最大时间间隔为1s，若大于1s，则接收设备认为出现了一个错误。典型的信息帧为：开始（‘：’）+地址（2字符）+功能（2字符）+数据（n字符）+校验和（2字符）+结束（回车换行）。
（三）Modbus ASCII校验方式（LRC校验）
在ASCII模式中，采用纵向冗余校验方式，即LRC校验。差错校验码是一个8位二进制数，也就是两个ASCII字符。校验和计算，只有地址，功能码，数据位参与经营，开始位“：”和结束位CRLF均不参与运算。由发送设备计算LRC校验码，然后和该块数据一起传送到接收端。所述的接收装置，用于接收这些信息来计算LRC代码，并与接收到的LRC代码相比，假如两个是完全不一样的，则说明该数据块在传输过程中产生错误。
校验和的具体计算步骤为：
1.将设备地址、功能码、数据位的每个ASCII字符用十进制表示出来，并将它们相加起来。
2.将上一步所得结果对256求余。
3.用255减去上一步所得结果，再加1，结果用十六进制表示。
三、基于LabVIEW的简单串行通信的实现
LabVIEW函数功能>>仪器I/O》VISA库中的模板包含了许多功能模块的串行通信操作：
VISA节点调用，你可以很容易地和迅速地实现实时监控系统主机到下一个机器。串口通信程序的实现采用平铺式顺序结构，逐步执行串口的参数设置、发送数据、接收数据、关闭串口等操作。具体步骤如下：
1.请致电VISA配置串行端口节点完成设置串口参数，包括序列号，波特率，数据位，停止位，奇偶校验位。
2.在顺序结构的第一个框图中，调用VISA Write节点将数据发送到指定的串口中。延时200ms，使得下位机能够有合适的时间作出响应。
3.在顺序结构的第二个框图中，调用VISA Read节点将数据读取到缓冲区。
4.调用VISA Close节点关闭串口。
四、数据采集系统的实现
数据采集系统前面板如下图1所示。
图1 数据采集系统前面板
（一）地址搜索
先设置搜索的初始地址和结束地址，然后用while循环在此区间内挨个搜索，发出指令后，有回复的设备即为搜到的设备。每一次循环中，先计算LRC校验和，然后信息帧格式将指令发送到指定串口，等待200ms，读取设备响应的数据，将地址分离出来，用索引数组显示。采用索引数组时，若设备有响应，则显示此设备地址；若设备无响应，则为空字符串。
将索引数组中的空字符串过滤掉，得到地址数组。若搜到的设备数量（地址数组大小）与指定的设备数量不相等，则结束程序；若相等，则将搜到的地址依次显示在不同的显示控件中。
（二）浓度采集
整体结构采用for循环结构实现。将地址数组连接至for循环中的地址输入端，启用索引。计算校验和，将读取浓度的指令发送到指定串口，等待200ms，读取设备回复的数据。从此数据中分离出浓度数据，并显示。
（三）温度采集
采集浓度和采集温度的程序采用平铺式顺序结构实现。在顺序结构的一个框图中为浓度采集的程序，在顺序结构第二个框图中为温度采集的程序。温度采集和浓度采集的程序基本相同。不同点仅在于：
1.把浓度采集程序中发送的指令中的000A换成0003。
2.温度采集时，分离出的温度数据转换为十进制后，需再除以10。
（四）数据保存
检测文件夹“数据采集系统”是否存在，若存在，则在此文件夹下创建新路径；若不存在，则先创建文件夹“数据采集系统”，然后再在此文件夹下创建路径。数据保存程序块采用事件结构，当按下数据保存按钮时，各个传感器当前浓度和温度均被保存。保存完数据后，返回原来的程序继续执行。
五、结束语
本文通过LabVIEW软件平台，实现了多路数据采集系统的设计。通过接入实际设备测试，该设计方案可以方便、快捷地进行浓度与温度的采集、实时显示，并保存当前数据。若有需要，也可以很方便地实现仪器校准与控制等功能。
参考文献：
[1]林静，林振宇，郑福仁.LabVIEW虚拟仪器程序设计从入门到精通[M]. 北京：人民邮电出版社，2010年.
[2]王水鱼，，李 宁.基于LabV IEW的ModbusASCII串行通信的实现[J].陕西理工学院学报，2008（02）：31-03
基金项目：
本文系郑州大学全国大学生创新创业训练计划资助项目。