基于LabVIEW的电子天平数据采集系统设计

摘　要：针对通过串口将称量数据发送到计算机中的电子天平系统，在计算机中用LabVIEW设计一个串口数据采集接口，通过该接口系统能够将数据实时显示，并能够将天平的重量数据以文本文件形式进行保存，从而实现了对重量数据进行实时记录的功能。

关键词：LabVIEW；电子天平；串口通信
0引言
　　天平是实验中经常用到的一种实验设备，随着实验精度的提高和电子技术的发展，现在实验中越来越多地使用电子天平。在进行实验的过程中，常会遇到需要显示及实时记录重量数据的问题。大部分电子天平除了本机的显示屏以外，还配有串行接口，通过此接口输出天平的工作状态及实时的重量数据。因此可以通过对此端口的数据帧进行分析解读，得出天平的工作状态和重量数据信息等。这就需要在上位机中设计相应的串口通信程序，用来解读电子天平的数据信息。为了使串口通信程序的界面具有友好人机接口、正确完善的功能，本文采用LabVIEW 开发上位机通信界面, 实现电子天平重量数据的实时显示和记录。
1. 电子天平
   本设计采用的电子天平是上海友声衡器有限公司制造的BS-30KA电子天平, 该天平的最大称重为15KG，其灵敏度为0.5G，以6位十进制数的方式进行显示。该电子天平具有RS232通信功能,其串口的波特率可通过电子天平的界面进行设置，其默认的串口波特率为9600，其串口的通信格式如下:
（1）、帧格式：采用通用RS232 UART信号，每10bit 为一个数据帧，帧格式如下：
bit bit bit bit bit bit bit bit bit bit 
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
bit1：起始位；bit2--bit9：数据位；bit10：停止位
（2）、数据格式：每次发送数据有6帧，其定义如下：
第1帧： D0~D7 —— 0FFH（起始位）
第2帧： D0~D2 —— 为小数点位置（0-5）
         D3~D4 —— 当前的工作模式：00 - 计重模式；01 - 计数模式；10 - 百分比模式；
         D5    —— 1表示重量为负，0表示重量为正
         D6    —— 1表示重量稳定，0表示重量不稳定
         D7    —— 1表示重量溢出，0表示重量未溢出
第3帧： D0~D7 —— BCD1（显示数值的最低字节）
第4帧： D0~D7 —— BCD2（显示数值的中间字节）
第5帧： D0~D7 —— BCD3（显示数值的最高字节）
第6帧： D0~D7 —— 计重模式下的单位：1表示单位是磅，0表示单位是公斤；
2. LabVIEW的程序设计
　　LabVIEW是美国国家仪器公司（National Instrument 简称NI公司）推出的一种图形化编程语言，同时也是优秀的虚拟仪器开发平台。与VB，VC++等基于文本型程序代码的编程语言不同，LabVIEW采用图形模式的结构图构建代码，在使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的时用图标、连线构成的流程图。可以增强构建科学和工程系统的能力，提供了实现仪器编程和数据采集系统的便捷途径。使用它进行原理研究、设计、测试并实现仪器系统时，可以大大提高工作效率。
　　2.1 VISA串行通信
　　本设计采用了LabVIEW的VISA的串行通讯子VI来采集电子天平发送的数据帧。在LabVIEW中，VISA称为虚拟仪器软件体系结构(Virtual Instrument Software Architecture)，作为LabVIEW 程序中驱动程序间相互通信的底层功能模块，可以连接不同标准的I/O设备，是一个用来在串口通信设备、VXI设备、GPIB设备以及其它基于计算机设备之间通信的函数库。我们可以在LabVIEW中的Instrument I/O 中的Serial找到与串口VI相对应的模块，其中比较常用的是VISA Configure Serial Port、VISA Write、VISA Read等模块，分别实现串口设置、串口写、串口读等功能。通过对这几个功能模块的配置和连接，就能开发出符合要求的LabVIEW 串行口通信软件。
　　首先利用VISA Configure Serial 进行串口初始化，波特率为9600，8位数据位，无奇偶校验位，1为停止位，无流控制。然后打开串口，读取一个字节,判断是否为起始字节,如果是则再将接收五个字节,并进行处理转换成重量。LabVIEW程序框图如图1所示:
　　2.2 接收字符转换成重量
    根据电子天平RS232通信协议将接收到的有效数据进行处理转换成对应单位的重量。建立子VI,先通过截取字符串控件将后5个有效数据帧分解成5个字符元素,然后通过一个子VI把每一个字符元素的高四位与低四位分解,再通过数学运算得重量数值,以第5个字符元素低四位确定单位, 最后根据第1个字符元素高四位确定重量显示控件的属性。通过上述程序，读出重量数据后，通过LabVIEW的文件写入控件，将数据写入到文本文件中，实现数据的记录。
　2.3 串行接口程序的流程框图
　针对所使用的电子天平，为了正确解读串口数据，我们提出了如图1所示的数据分析程序流程图:
　
　图1 串口解读程序流程图
　3.系统测试
　  通过串口数据线将电子天平与计算机连接,在上位机运行所编写的重量现实与记录程序，可以看到在电子秤的重量稳定时能正确显示,字体为黑色，背景为白色（待修改确认），不稳定时将出现绿色数据与黑色文本背景,若重量过载时,数据为红色并且有声音报警。并且所有的原始数据直接写入到文本文件中。写入到文本文件中的数据按如下的格式为：日期 时间 6个字节的原始数据  解读数据。用于以后对数据的查阅的分析使用。
4.结束语
　　本文设计的重量数据采集系统，可以在上位机界面中直观、方便地显示并记录重量数据. 实验证明其运行稳定、记录方便。它可被应用于实验室、测控等领域。
参考文献
　　 C-59 LCD计重秤（中天平）RS232可选 说明书
　　
　　作者简介：作者简介：董平（1988—），男，抚州地人，昆明理工大学在校学生，所学专业为农业电气化及其自动化。。
　　黄卫欣（1988—），男，云南玉溪人，昆明理工大学在校学生，所学专业为农业电气化及其自动化。
作者简介：
张付杰（1977—），男，昆明理工大学现代农业工程学院，讲师，研究方向：信息与控制技术在农业工程中的应用。
　　※基金项目：国家大学生创新性实验计划项目（0181067410）。
　　 本文链接：http://www.qk112.com/lwfw/jsjlw/xinxianquan/225383.html