一种基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法，其阐释了LabVIEW和单片机之间的传感器网络数据传输、分离、处理的方法，能根据客户端的需求实时模拟连杆运动的真实情况，并能校准显示出各项参数。电脑显示端为LabVIEW上位机，首先上位机程序每隔10ms通过VISA串口驱动接收电脑串口接受到的数据（单片机发送过来的数据），上位机接收数据之后先进行错误数据堪识，甄别后的数据再折算成相应连杆运动参数，最后经过LabVIEW2D显示控件显示出来。
【专利说明】—种基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械类教具特性分析模拟显示领域，特别是涉及一种基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法。
【背景技术】
[0002]LabVIEW是美国国家仪器公司开发的一种虚拟仪器平台。它是一种用图标代码来代替文本式编程语言创建应用程序的开发工具。LabVIEW功能强大，提供了丰富的数据采集、分析和存储库函数以及包括DAQ、GPIB、PX1、VXI在内的各种仪器通信总线标准的所有功能函数。因此，采用LabVIEW开发虚拟仪器比采用传统的文本式语言更具有优势。但用LabVIEW开发的虚拟仪器通常都是建立在LabVIEW支持的价格昂贵的数据采集硬件之上的。而以单片机为核心的数据采集与处理系统虽然硬件成本较低，但开发过程较为复杂，编程工作量较大，周期长，效率低。如果将以单片机为核心的小系统作为前端的数据采集系统，通过LabVIEW提供的串口子VI将采集到的数据传送到PC主系统，在LabVIEW环境下对数据进行处理与分析，既充分利用了 LabVIEW的强大功能，而以单片机为核心的数据采集小，系统结构简单，利用LabVIEW提供的串行通信功能将单片机系统与PC机结合，又降低了系统的开发成本，提高了效率，这不失为扩展LabVIEW应用范围的一个途径。
【发明内容】
[0003]本发明解决的问题是提供一种基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种基于单片机和LabVIEW之间的传感器网络数据的处理方法，具体包括以下步骤:
1、首先用单片机AD转换接口对传感器网络的信号进行AD采集；
2、单片机将采集到的原始数据进行滤波处理；
3、将滤波后的原始数据进行转换成真正的有意义的数据，如:角度，角速度，角加速度等;
4、将数据进行打包处理，具体步骤包括如下:
1)将各个参数转换成字符串格式，并保存到一个字符串数组里；
2)将特定标识字符插入到字符串数组里的各项参数之间；
3)在字符串数组开头插入数据帧头识别位；
4)在字符串数组结尾插入数据帧尾识别位；
5、如步骤4所说明，打包数据格式将如:帧头一数据位一数据标识位一……一帧尾，单片机将数据如上打包后直接经过蓝牙串口发送到电脑终端；
6、终端启动LabVIEW程序，打开串口，并连上相应串口号，选择好波特率，并设置奇偶检验位；
7、LabVIEff程序启动后，处理数据并进行显示，具体步骤包括如下:1)将串口接收的数据以簇的形式进行保存； 2)程序以IOms的间隔从数据簇里面提取一帧数据包；
3)检验数据包的帧头与帧尾，如果与预定格式不符则丢弃数据，程序将重新从数据簇里提取数据；
4)将提取的数据包进行拆分，按照标识位进行数据分离，分离后的数据即为测得的各项参数；
5)LabVIEff程序将通过相关控件将参数显示出来；
6)LabVIEW程序将启用2D绘图功能，将各个参数映射到相应2D显示控件中，进而显示机构的运动过程。
[0005]本发明的有益效果:本发明基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法，通过单片机处理数据发送到PC端，实现了 LabVIEW2D绘图VI控件模拟机构运动。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]图1为本发明的系统流程框图。
[0007]图2为LabVIEW数据包分解程序。
[0008]图3为LabVIEW2D显示程序图。
具体实施方案
[0009]下面结合具体实施例，进一步阐释本发明。
[0010]如图1所示，一种基于单片机和LabVIEW之间传感器网络数据的处理方法，包括系统初始化(1)，机构运行(2)，单片机数据采集(3)，蓝牙发送数据包(4)，LabVIEW运行(5)，设置参数(6)，发送至单片机(7)，LabVIEW接收数据包(8)，数据包解与校正(9)，校正错误
(10)则返回LabVIEW接收数据包(8)，校正正确则，数据转换成坐标(11)，最后2D界面显示
(12)，具体包括以下步骤:
1、首先对整个控制系统进行初始化，主要包括机构参数，电机转速和传感器的参数初始化设置；
2、终端启动LabVIEW程序，打开串口，并连上相应串口号，选择好波特率，设置奇偶检验位，并将设置好的初始化参数通过串口发送至单片机；
3、单片机接收到初始化数据后开始控制机构运行；
4、机构运行后，单片机首先对传感器采集原始数据，主要是利用AD转换接口对传感器网络的信号进行AD采集；
5、单片机将采集到的原始数据进行滤波处理；
6、将滤波后的原始数据进行转换成真正有意义的数据，如:角度，角速度，角加速度等;
7、将数据进行打包处理，具体步骤包括如下:
1)将各个参数转换成字符串格式，并保存到一个字符串数组里；
2)将特定标识字符插入到字符串数组里的各项参数之间；
3)在字符串数组开头插入数据帧头识别位；
4)在字符串数组结尾插入数据帧尾识别位；
8、打包数据格式:帧头一数据位一数据标识位一......一帧尾,单片机将数据如上打包后直接经过蓝牙串口发送到电脑终端；
9、LabVIEff程序启动后，处理数据并进行显示，具体步骤包括如下:
1)将串口接收的数据以簇的形式进行保存；
2)程序以1ms的间隔从数据簇里面提取一帧数据包；
3)检验数据包的帧头与帧尾，如果与预定格式不符则丢弃数据，程序将重新从数据簇里提取数据；
4)将提取的数据包进行拆分，按照标识位进行数据分离，分离后的数据即为测得的各项参数；
5)LabVIEff程序将通过相关控件将参数显示出来；
6)LabVIEW程序将启用2D绘图功能，将各个参数映射到相应2D显示控件中，进而显示机构的运动过程。
[0011 ] 1、采用单片机作为数据采集口
单片机作为数据采集口，能够对数据进行滤波，分析运算和处理，并能作为数据的中转站，能够对数据的上行和下行做出相应的反应和处理。单片机和LabVIEW上位机程序是两个独立的控制快，两者之间通过蓝牙进行数据通信。这样不仅能减轻LabVIEW程序端口的负担，而且实现了传感器与总控制器之间的双向通信，实现了集散控制。
[0012]2、原始数据的打包与分割
为了能使LabVIEW程序能够识别出单片机发出的上行数据，我们对数据进行特殊打包处理。将原始数据打包为字符串数组，中间用特定标识符区分开来。具体如下:
起始字符位一传感器O数据O—标识字符O—传感器O数据I一标识符I一传感器I数据O—标识符2—……终止标识字符。
[0013]为了避免数据发送中间出现错误或者接收时出现的时间偏差，我们使用帧头与帧尾字符作为检验数据。
[0014]3、LabVIEW对数据的处理
LabVIEW上位机拆分数据如图2所示，当LABVIEW接收到单片机控制端发送过来的一帧数据包时，首先要对数据包进行解析和拆分，解析时按照数据打包时的协议逐个字符进行解析，即把字符串数组里面的所有的标识字符前的数据提取出来，然后按照标识符拆分成各个独立的数据。LabVIEW对数据进行拆分后，数据以我们预定的顺序保存到数据簇里，当要从数据簇中取出一帧数据包时，首先对数据进行数据类型转换，然后可以根据实际需求对数据进行精度校准，校准后的数据一部分引用到波形显示VI控件接口，一部分引用到2D显示控件子VI。
[0015]4、LabVIEW2D显示界面的设计
LABVIEff实现2D图形显示的部分程序如图3所示。LabVIEW具有2D绘图VI控件，使用LabVIEW专业的图片函数中的绘制几何图形子VI可以实现矩形，圆等几何图形的绘制。首先我们绘制好了几个标准的几何图形，然后封装成子VI控件，并把相应的数据参数引用到子VI接口上，参数从已经拆分好的数据簇里每隔1ms取出一列。在进行机构运动基本图形绘制时，直接调用这几个子VI，通过数据参数传递给子VI控件，能使子VI控件绘制的图形产生相应的位移变化。通过这几个基本图形VI能组合成多种机构运动机理。
[0016] 在模拟机构运动时，为了使绘制好的机构图形能够根据参数做出相应的反应运动，我们将参数映射成相应的坐标变化，如杆的旋转，依据单片机传过来的角位移信号，经过弧度换算最终折算成相应的坐标，依据坐标使绘图子VI显示的图形的坐标产生变化，从而实现了运动机构的动态显示。
【权利要求】
1.一种基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法，其特征是提供一种基于单片机和LabVIEW之间的传感器网络数据的处理方法，用单片机AD转换接口对传感器网络的信号进行AD采集；单片机将采集到的的原始数据进行滤波处理；将滤波后的原始数据进行转换成真正的有意义的数据，如:角度，角速度，角加速度。
2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法，其特征是提供一种将数据进行打包处理的方法，将各个参数转换成字符串格式，并保存到一个字符串数组里；将特定标识字符插入到字符串数组里的各项参数之间；在字符串数组开头插入数据帧头识别位；在字符串数组结尾插入数据帧尾识别位；打包数据格式如:帧头一数据位一数据标识位........巾贞尾。
3.根据权利要求2所述的基于LabVIEW和单片机的连杆特性分析显示方法，其特征是提供一种单片机将数据经过蓝牙串口发送到电脑终端处理数据并进行显示的方法，终端启动LabVIEW程序，打开串口，并连上相应串口号，选择好波特率，并设置奇偶检验位；LabVIEW程序启动后，将串口接收的数据以簇的形式进行保存；程序以1ms的间隔从数据簇里面提取一帧数据包；检验数据包的帧头与帧尾，如果与预定格式不符则丢弃数据，程序将重新从数据簇里提取数据；将提取的数据包进行拆分，按照标识位进行数据分离，分离后的数据即为测得的各项参数；LabVIEW程序将通过相关控件将参数显示出来；LabVIEW程序将启用2D绘图功能，将各个参数映射到相应2D显示控件中，进而显示杆的运动过程。
【文档编号】G05B19/042GK104049557SQ201410197489
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】李小兵, 龚思敏, 李仁浩, 石志新, 刘松, 钱炫言 申请人:南昌大学