基于Labview的远程小电流信号监测系统设计

利用LabVIEW开发设计了远程小电流信号监测系统的上位机系统，对VISA驱动程序编写，实现了监控计算机与数据采集卡之间串口通信，从而实现上位机对数据卡采集的数据的测量和分析。该监测系统完成了对采集信号的波形显示、数据的自动保存等功能，系统设计简单，易于修改，有较强的扩展性。

【关键词】数据采集 LabVIEW 串口通讯

1 引言

远程监控系统中，以计算机为上位机和以单片机、DSP等为下位机的集散式测控系统被广泛应用，其中下位机主要进行数据采集和功能控制，上位机作为人机交互界面进行指令传送、数据处理和可视化显示。

上位机软件一般采用VC开发环境，使用MSComm控件开发通信模块，实现数据的采集存贮和控制参数设置，使用window API显示函数实现数据显示。由于window API显示函数编程复杂，使得整体调试效率大打折扣。

LabVIEW作为目前国际上应用最广的数据采集和控制开发环境之一，在测试与测量、数据采集、仪器控制、数字信号分析、通信仿真等领域获得了广泛的应用。同时鉴于LabVIEW模块化的开发构架，可以轻松实现软件功能的扩展，降低上位机软件的开发周期和难度。

2 系统组成

系统主要由数据采集卡和监测计算机组成，数据采集卡由DSP处理器、PCF8591转换卡、I/V转换电、小电流放大电路组成，监测计算机通过RS-232串口接收由数据采集卡采集的信息，通过LabVIEW软件实现数据的处理，实时谱图。

3 监测计算机通信协议

监测计算机通信协议采用三层结构来描述。物理层是利用物理媒介实现物理连接的功能描述和执行连接的规程，提供用于建立、保持和断开物理连接的机械的、电气的、功能的和过程的条件。数据链路层用于建立、维持和拆除连接，实现无差错传输的功能；应用层针对不同的应用，利用链路层提供的服务，完成串口异步点对点通信。

3.1 物理层协议

物理层利用全双工的RS-232和自定义单向输出接口进行通信，采用异步通信方式，设定RS-232接口波特率为每秒19200波特，数据位8位，起始和停止位各1位，无奇偶校验位。

3.2 数据链路层协议

数据链路层的基本通信单位是帧，帧结构如图1所示。

格式说明如下。

帧长度：为每一帧的第一个字节，用来说明帧体的长度；

帧体：用来封装来自上层（应用层）的数据报，长度为8～248字节，链路层对这一部分不做处理，由应用层进行处理。

帧长度的引入可以方便程序设计，同时也能够起到一定的检查错误的功能，可以发现传输过程中丢失字节的错误，并且丢弃缓冲区中接收错误的字节。发送/接收帧的程序流程图如图2所示。

3.3 应用层协议

（1）输出数据帧格式。监控计算机输出数据帧格式有两种：存储数据和工作状态输出帧格式。工作状态输出帧格式中包含握手确认帧格式。存储数据、工作状态输出帧格式分别如图3、图4所示。

（2）输入指令帧格式。输入指令帧有两种格式：输入参数帧格式和输入控制状态帧格式。输入参数帧长度不定。输入参数帧格式及输入控制状态帧格式如图5、图6所示。

为确保输入指令中数据参数的正确，当监控计算机发出一帧数据时，总是等待数据采集卡接收数据后发送确认帧，监控计算机收到确认帧认为一次通信结束，否则通信出错。由于数据采集卡发出的数据量比较大，间隔一定采样时间发送一帧数据，当监控计算机接收数据后无需发送确认帧。监控计算机和数据采集卡握手数据流程如图7所示。

4 监测计算机软件设计

（1）监测计算机功能。监测计算机设计功能如下：①实时数据采集；②2路信号实时谱图绘制；③控制指令和谱图数据存储；④工作状态监测；⑤参数设置和控制。

（2）实时数据采集及存储模块。实时数据采集模块采用RS-232接口，全双工模式，传输率设置为19200bps。采集数据的类型有：小电流值、小电流对应的电压值及数据采集对应时刻。综合考虑每帧数据长度和串口传输率限制，确定采样率为20ms。数据存储模块存储的数据类型有：数据采集卡采集的16进制原始数据（小电流值）、由通讯协议翻译过来的ASCII数据、通讯异常情况等。同时存储的信息还包括测试时间、编号等说明，这些信息在每次测试前手动输入，以方便日后对小电流数据进行检索和管理。

（3）状态监测模块。状态监测模块主要完成对实时传输数据及数据采集卡状态的监测。监测数据类型有小电流对应的电压值、接收到数据的帧数及丢帧数。对数据采集卡工作状态的监测，包括运行、停止和暂停三种工作状态。

（4）参数设置模块。参数设置模块可以对小电流转换电压变化过程进行设置，可以对电压分段数、电压步长、扫描间隔时间等参数进行设置。其中电压分段数可以取30以内的自然数（包括30）；扫描控制电压步长0.3mV～1V可调；扫描间隔时间10ms以上可调。

5 结束语

通过对LabVIEW的编程，可以很方便实现PC机与小电流采集数据卡之间的通信，并且人机界面友好，操作方便。系统可以实现采集信号的波形显示、数据的自动保存、对数据采集卡控制等功能。系统开发时间短、成本低，使用效果良好。

参考文献

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作者单位

兰州工业学院电气工程学院 甘肃省兰州市 730050