摘要: 在測(cè)控領(lǐng)域，儀器與計(jì)算機(jī)之間通常采用串口通信，串口通信是有線傳輸，存在傳輸距離短、可移動(dòng)性差等缺點(diǎn)。本文采用串口與WiFi相結(jié)合的方式，提出了一種基于軟件LabVIEW的串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方法，從而使串口通信擺脫了線纜的束縛。

引言
在測(cè)控領(lǐng)域，儀器通常需要與計(jì)算機(jī)建立通信來(lái)傳輸測(cè)量信息以及對(duì)儀器進(jìn)行控制。在儀器上，常用的通信接口為串口，串口通信的傳輸介質(zhì)是有線電纜，雖然有線傳輸能適應(yīng)絕大多數(shù)的工業(yè)環(huán)境，但在一些特殊環(huán)境中（如強(qiáng)腐蝕性、布線困難、儀器產(chǎn)生交叉運(yùn)動(dòng)等），有線傳輸由于其自身的缺陷將無(wú)法適應(yīng)。本文介紹了一種基于LabVIEW的串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)方法，在LabVIEW平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)串口通過WiFi傳輸數(shù)據(jù)。

1LabVIEW簡(jiǎn)介

LabVIEW是NI公司推出的一種圖形化編程語(yǔ)言，自問世以來(lái)經(jīng)過了快速發(fā)展，現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于測(cè)控領(lǐng)域。LabVIEW 集成了滿足 GPIB、VXI、RS232和RS485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通信的全部功能，還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫(kù)函數(shù)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣[1]。

LabVIEW的圖形化編程語(yǔ)言又稱為“G”語(yǔ)言，使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語(yǔ)、圖標(biāo)和概念，因此LabVIEW 是一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)構(gòu)建科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測(cè)試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)，可以大大提高工作效率。

2串口轉(zhuǎn)WiFi的硬件實(shí)現(xiàn)

雷凌公司生產(chǎn)的RT5350芯片集成了MIPS 24KC 360 MHz處理器，支持IEEE802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)以及WEP64/124、WPA、WPA2、WAPI加密，具有USB、GPIB、SPI、UART等接口。該芯片體積小，功能強(qiáng)大，價(jià)格低廉，并且僅需很少的外圍器件就可以正常工作，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本開發(fā)無(wú)線WiFi產(chǎn)品。因此，選用RT5350作為串口轉(zhuǎn)WiFi硬件系統(tǒng)的核心芯片,能直接將串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)成WiFi數(shù)據(jù)發(fā)送，串口轉(zhuǎn)WiFi的硬件系統(tǒng)框圖如圖1所示[2]。

?

圖1 串口轉(zhuǎn)WiFi硬件框圖

通過硬件電路的設(shè)計(jì)以及調(diào)試，制作出來(lái)的串口轉(zhuǎn)WiFi模塊可以實(shí)現(xiàn)串口轉(zhuǎn)WiFi服務(wù)器、串口轉(zhuǎn)WiFi客戶端、串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)這3種模式，可以根據(jù)需要將模塊配置成相應(yīng)的工作模式。例如簡(jiǎn)單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，只要將一個(gè)模塊配置成串口轉(zhuǎn)WiFi服務(wù)器模式，另一個(gè)模塊配置成串口轉(zhuǎn)WiFi客戶端模式，就能夠?qū)崿F(xiàn)串口轉(zhuǎn)WiFi點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸。在實(shí)際測(cè)試中，采用的是主從模式，即主機(jī)與無(wú)線WiFi路由器連接（自身帶有無(wú)線WiFi功能的電腦無(wú)需連接路由器），將與儀器連接的串口轉(zhuǎn)WiFi模塊配置成客戶端模式，具體連接方式如圖2所示[3-4]。

圖2 網(wǎng)絡(luò)連接方式

3軟件設(shè)計(jì)

3.1程序設(shè)計(jì)思路
串口轉(zhuǎn)WiFi，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，是通過讀取串口上的數(shù)據(jù)，將其存入緩沖區(qū)，然后把數(shù)據(jù)賦值給網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)送端，將數(shù)據(jù)發(fā)送出去；在接收數(shù)據(jù)時(shí)，先讀取網(wǎng)絡(luò)接收到的數(shù)據(jù)，同時(shí)存入緩存區(qū)，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給串口。

串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸采用的是TCP通信協(xié)議，通常TCP通信在軟件設(shè)計(jì)上需要編寫上位機(jī)和下位機(jī)，對(duì)于帶有操作系統(tǒng)的儀器，只需將編寫好的程序移植到儀器上就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，這里不再討論。

在測(cè)控領(lǐng)域中，多數(shù)儀器上沒有操作系統(tǒng)，上、下位機(jī)這樣的通信模式并不適用，需要編寫程序僅在PC機(jī)端就能完成數(shù)據(jù)傳輸。而串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹攸c(diǎn)在于模塊之間通信鏈路的建立，在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)搭建完成后，所有模塊都已連接到服務(wù)器，PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)默認(rèn)是給所有連接的模塊發(fā)送，即發(fā)送時(shí)若不指定模塊，所有連接的模塊將同時(shí)接收到PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)。模塊是根據(jù)IP地址來(lái)區(qū)分的，即一個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)IP地址，因此，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)輸入IP地址就能給對(duì)應(yīng)的模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。

3.2主機(jī)程序設(shè)計(jì)
主機(jī)使用LabVIEW作為開發(fā)平臺(tái)，讓計(jì)算機(jī)串口、網(wǎng)口與串口轉(zhuǎn)WiFi模塊之間建立橋梁，從而實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸功能。在串口數(shù)據(jù)處理上，調(diào)用的是LabVIEW的VISA來(lái)進(jìn)行編程，它是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用程序編程接口，集成了串口的驅(qū)動(dòng)函數(shù)，通過調(diào)用VISA的串口通信功能函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)串口的初始化、讀寫與關(guān)閉功能。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理上，調(diào)用LabVIEW的TCP協(xié)議來(lái)進(jìn)行編程，通過調(diào)用TCP協(xié)議的功能函數(shù)實(shí)現(xiàn)打開TCP連接、建立TCP監(jiān)聽與讀寫TCP數(shù)據(jù)等功能。程序按功能可以分為兩個(gè)模塊：串口數(shù)據(jù)處理模塊和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊。

串口數(shù)據(jù)處理模塊的功能是為主機(jī)串口與串口設(shè)備建立連接，確保兩者之間通信順暢。調(diào)用“VISA配置串口”來(lái)配置串口號(hào)、波特率、數(shù)據(jù)位和校驗(yàn)位，完成串口的初始化；調(diào)用“VISA發(fā)送”給串口發(fā)送數(shù)據(jù)；調(diào)用“VISA讀取”讀取主機(jī)串口接收到的數(shù)據(jù)，并將其存入緩存區(qū)[5-6]。
網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理模塊功能是為主機(jī)與串口轉(zhuǎn)WiFi模塊建立網(wǎng)絡(luò)連接，調(diào)用“打開TCP連接”使主機(jī)與指定模塊建立通信鏈路，需輸入模塊的IP地址與端口；調(diào)用“寫入TCP數(shù)據(jù)”向模塊發(fā)送數(shù)據(jù)；調(diào)用“讀取TCP數(shù)據(jù)”來(lái)讀取接收到的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。軟件的流程框圖如圖3所示。

圖3 LabVIEW程序流程框圖

LabVIEW在發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)，常用的方法是調(diào)用兩個(gè)“寫入TCP數(shù)據(jù)”函數(shù)，第一個(gè)“寫入TCP數(shù)據(jù)”指定發(fā)送數(shù)據(jù)的大小，第二個(gè)“寫入TCP數(shù)據(jù)”發(fā)送數(shù)據(jù)（如圖4所示）。同樣，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)用兩個(gè)“讀取TCP數(shù)據(jù)”函數(shù)，第一個(gè)“讀取TCP數(shù)據(jù)”采集數(shù)據(jù)的大小，第二個(gè)“讀取TCP數(shù)據(jù)”讀取數(shù)據(jù)（如圖5所示）[78]。這種方法只適用于收發(fā)都是LabVIEW程序控制，與其他平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸軟件不兼容，無(wú)法正確接收數(shù)據(jù)，因?yàn)樵诎l(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不發(fā)送數(shù)據(jù)的大小。解決的辦法是接收數(shù)據(jù)只調(diào)用一個(gè)“讀取TCP數(shù)據(jù)”函數(shù)，如果數(shù)據(jù)大小固定，在函數(shù)“讀取的字節(jié)”端輸入固定值，否則，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)在結(jié)尾處加上回車。LabVIEW串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸接收和讀取的后面板略——編者注。

4效果驗(yàn)證

為了測(cè)試數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，在主機(jī)上用虛擬串口軟件產(chǎn)生一對(duì)虛擬串口COM2、COM3，打開串口調(diào)試助手軟件，把串口配置成串口號(hào)為COM2、波特率為115 200、數(shù)據(jù)位為8，LabVIEW 程序的串口配置成串口號(hào)為COM3，其余一樣，這樣兩者就建立了連接。再將串口轉(zhuǎn)WiFi模塊與另一個(gè)PC機(jī)用串口線連接，配置模塊連接主機(jī)的無(wú)線路由器，在主機(jī)LabVIEW程序中輸入模塊的IP地址與端口，并打開網(wǎng)絡(luò)連接，這時(shí)主機(jī)與模塊之間通過WiFi連接。

在PC機(jī)上打開串口調(diào)試助手，給串口發(fā)送字符“模塊測(cè)試數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)會(huì)通過模塊發(fā)送到主機(jī)，主機(jī)上LabVIEW程序的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接收框顯示“模塊測(cè)試數(shù)據(jù)”，同時(shí)主機(jī)上串口調(diào)試助手也同樣顯示。同樣，主機(jī)上串口調(diào)試助手發(fā)送字符“主機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)”，在LabVIEW程序的串口數(shù)據(jù)框和PC機(jī)串口調(diào)試助手都會(huì)顯示“主機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)”，說明數(shù)據(jù)傳輸收發(fā)正常（如圖6所示）。

圖6 LabVIEW串口轉(zhuǎn)WiFi前面板顯示

結(jié)語(yǔ)

隨著無(wú)線技術(shù)的廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)的有線傳輸逐漸被無(wú)線傳輸所取代，無(wú)線傳輸不受線纜的束縛，設(shè)備位置改變不需要重新布線。通過基于LabVIEW的串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸可以將串口數(shù)據(jù)以無(wú)線的方式進(jìn)行傳輸，使得串口設(shè)備之間的連接更加方便快捷。該方法成本低，使用方便，并且具有良好的通用性和可擴(kuò)展性。