【導讀】程序實現(xiàn)方法和軟、硬件的通信三方面進行了闡述。本文設計出來的汽車虛擬儀表系。統(tǒng)可以實現(xiàn)日期/時間、總里程、當前速度、轉速、溫度、油箱存油量等信息的顯示。

　　

【正文】 esource name是 VISA Open函數(shù)所返回的，或者 “流過 ”其他 VISA函數(shù)的，包含了會話信息的 VISA資源名； write buffer為字符串類型的寫入數(shù)據(jù)，輸出參數(shù) dup VISA resource name為輸入?yún)?shù) VISA resource name的一個備份，可用于后繼的 VISA函數(shù)調(diào)用。整型輸出參數(shù) return count返回實際寫入數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù) [13]。 （ 4） VISA Close節(jié)點 (圖 54所示 ) 圖 54VISA Close節(jié)點 主要參數(shù)： VISA resource name： VISA資源名稱，本文指串口號。 本文所用 LabVIEW 串口通訊 程序的波特率為 96O0，無奇偶校驗， 8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位，禁止軟、硬件握手。 該節(jié)點用于將打開的 VISA資源關閉， VISA resource name輸入?yún)?shù)為包含會話信息的資源名。該函數(shù)關閉 VISA會話，并釋放與之關聯(lián)的所有資源 [14]。 （ 5） VISA Open節(jié)點 (圖 55所示 ) 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 22 圖 55 VISA Open節(jié)點 該函數(shù)功能為打開一個與 VISA resource name所代表儀器資源的會話。會話是VISA resource name參數(shù)本身隱含攜帶的儀器訪問邏輯標識，可以同時存在對一個VISA資源的 多個訪問會話。在調(diào)用 VISA Open之前 VISA resource name參數(shù)僅僅是一個資源描述字符串，在函數(shù)調(diào)用之后，輸出參數(shù) VISA resource name已經(jīng)攜帶了會話信息，可以用于后繼的 VISA操作。輸入?yún)?shù)為包含會話信息的資源名 [1516]。 當完成 VISA資源的搜索后，對于搜索到的 VISA資源，可以通過 VISA Open節(jié)點打開，建立計算機與這些 VISA資源之間的通信管道。 VISA設計方法 （ 1） LabVIEW 串口開發(fā)過程 在 LabVIEW環(huán)境中使用串口與在其它 開發(fā)環(huán)境中開發(fā)過程類似，基本的流程框圖如下： 圖 56 首先需要調(diào)用 VISA Configure Serial Port完成串口參數(shù)的設置 ,包括所用串口號、比特率、一幀信息中有效數(shù)據(jù)的位數(shù)、停止位、奇偶校 驗、數(shù)據(jù)流量控制等，如下圖所示。 圖 57 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 23 如果初始化沒有問題 ,就可以使用這個串口進行數(shù)據(jù)收發(fā)。 發(fā)送數(shù)據(jù)使用 VISA Write,接收數(shù)據(jù)使用 VISARead。如果 VISA Read要讀取的字節(jié)數(shù)大于緩 沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù) ,VISA Read操作將一直等待 ,直至 Timeout或者緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)達到要求的字節(jié)數(shù) [16]。 圖 58 圖 59 在某些特殊情況下 ,需要設置串口接收 /發(fā)送緩沖區(qū)的大小 ,此時可以使用 VISA Set I/O BufferSize。而使用 VISA Flush I/O Buffer則可以清空接收與發(fā)送緩沖區(qū)。在串口使用結束后 ,使用 VISA Close結束與 VISAResource Name指定的串口之間的會話。 （ 2） VISA 屬性設置及串口實現(xiàn) 首先完成串口的初始化 ,在此設置波特率為 9600b/s,8 位數(shù)據(jù)位 , 1 位停止位 ,無奇偶校驗 。其次設置 Write/ Read 等相應模塊的功能。 由于硬件在整個工作期間 ,以 9600bit/s的速率連續(xù)向外發(fā)送數(shù)據(jù) ,為了數(shù)據(jù)處理方便 ,可以采用 Serial Read With ,以保證每次從串口緩存中讀出等量偶數(shù)個數(shù)據(jù)。 單片機程序設計 本文中所做的研究需要將實際采集到的汽車各 種儀表信息存儲到單片機中，由單片機提供數(shù)據(jù)給上位機進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示，再通過 PC機的 RS232串行接口與外部設備進行通信 ,因此需要實現(xiàn) PC機和單片機之間的通信 [17]。本文將論述在 LabVIEW環(huán)境下 PC機與 AT89S52單片機之間實現(xiàn)串行通信的方案。 系統(tǒng)工作流程 下位機的程序包括數(shù)據(jù)采集模塊和串口通信的數(shù)據(jù)傳輸模塊，數(shù)據(jù)采集模塊首先進行黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 24 初始化，通過單片機控制 A/D 轉換模塊數(shù)據(jù)采集功能， A/D 模塊將模擬信號轉換成數(shù)字信號后發(fā)出中斷，單片機將傳輸 AD 模塊采集的信號到緩沖區(qū)。串口數(shù)據(jù)傳輸模塊在串口通信之前，對串口進行初始化，主要包括串口波特率，數(shù)據(jù)格式，接收中斷的設置 [18]。當上位機發(fā)送數(shù)據(jù)給下位機，會引起單片機接收中斷，此時進入中斷服務程序，單片機接收數(shù)據(jù)，比較校驗和，如果相同，發(fā)指令給 PC 機確認，最后將采集到的數(shù)據(jù)通過 RS232 串行接口傳送到 PC 機 [19]。系統(tǒng)工作流程圖如下： 開 始系 統(tǒng) 初 始 化是 否 有 鍵 按 下接 受 傳 感 器 數(shù) 據(jù)調(diào) 用 按 鍵 子 程 序結 束調(diào) 用 顯 示 子 程 序延 時 5s向 上 位 機 傳 輸 數(shù) 據(jù)是 否 有 鍵 按 下YYNN 圖 510 系統(tǒng)工作流程 按鍵子程序流程圖 鍵盤掃描查詢子程序，是提供人機信息交換的接口。由于采用掃描法，是利用 CPU在完成其他工作之余，反復掃描查詢鍵盤接口，根據(jù)端口的輸入情況，調(diào)用不同 的按鍵處理子程序。 當按鍵按下時，利用軟件延時去抖動，然后掃描按鍵位置，讀取準確數(shù)值，最后完成一次按鍵處理。按鍵子程序流程圖如圖 511 所示。 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 25 開 始是 否 有 按 鍵 按 下結 束NY 圖 511 按鍵子程序流程圖 顯示子程序流程圖 當單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM端電路的控制，所以只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會亮。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮時間 為 1～ 5ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應，只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會有閃爍感。顯示子程序流程圖如圖 512所示。 開 始結 束顯 示 數(shù) 值段 選 位 選 圖 512 顯示子程序流程圖 數(shù)據(jù)采集程序的實現(xiàn) 單片機程序用 A/D模塊進行采集傳感器的值，然后用 SCI口將采集的值發(fā)給 PC機。 （ 1） A/D轉換簡介 在過程控制和儀器儀表中，多由計算機進行實時控制及實時數(shù)據(jù)處理，計算機所加工的信息總是數(shù)字量，而被檢測的對象卻往往是一些連 續(xù)變化的模擬量（如溫度、壓力、速度和流量等），因此需要將模擬量轉化成為數(shù)字量，以便在計算機中進行運算處理，此過程稱為模數(shù)（ A/D）轉換 [20]。進行 A/D轉換，需要了解以下的基本問題： ○1 采樣精度 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 26 采樣精度就是指數(shù)字量變化一個最小量是模擬信號的變化量，即通常所說的采樣位數(shù)。設采樣位數(shù)為 N，則最小的能檢測到的模擬量變化值為 1/2N。 ○2 采樣速率 采樣速率是指完成一次 A/D采樣所要花費的時間。速率和所選器件的工作頻率有很大關系。 ○3 濾波 為了使采樣的數(shù)據(jù)更準確，必須對采樣的數(shù)據(jù)進行篩選去掉誤差較大的數(shù)據(jù)。通常采用中值濾波和均值濾波來提高采樣精度。中值濾波是取 3次采樣的中間值，均值濾波是取多次采樣的算術平均值。 ○4 物理量回歸 在實際應用中，得到穩(wěn)定的 A/D采樣值后，還需要把 A/D采樣值與實際物理量對應起來。 A/D轉換的目的是把模擬信號轉化為數(shù)字信號，供計算機進行處理，但必須知道 A/D轉換后的數(shù)值所代表的實際物理量的值，這樣才有實際意義 [21]。 （ 2) A/D轉換模塊的基本編 程方法 A/D轉換編程主要涉及輸入時鐘寄存器 ADCLK（ $003E）、狀態(tài)和控制寄存器ADSCR（ $003C）、 數(shù)據(jù)寄存器 ADR（ $003D）。 ○1 A/D轉換初始化 在程序初始化時就對 A/D轉換輸入時鐘寄存器寫入控制字節(jié)，決定時鐘輸入源，決定分頻示數(shù)，是 ADC時鐘頻率達 1MHz，使用內(nèi)部總線時鐘，且 fbus=，則初始化程序為： LDA %00110000 STA ADCLK ○2 啟動 A/D轉換 對 A/D轉 換狀態(tài)和控制寄存器寫入控制字節(jié)，選取要轉換的通道、決定轉換結束數(shù)據(jù)獲取的方式、設置是連續(xù)轉換還是一次轉換： LDA %00000000 STA ADSCR ○3 獲 A/D轉換結果 若是中斷程序，在 A/D中斷程序中取得，若是查詢方式，通過 A/D狀態(tài)和控制寄存黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 27 器的第 7位取得，本文用到的是查詢程序，所以程序如下： BRCLR 7,ADSCR LDA ADR （ 3） 單片機 SCI初始化 以下討論對單片機 SCI初始化的具體步驟。 ○1 串口 波特率的設定 通常使用單片機的串口時，選用的晶振比較固定，常用于何微機通信的波特率也相對固定。本設計設定通訊波特率為 9600。 ○2 串口初始化 對單片機 SCI初始化程序，具體步驟如下。 ○1 定義波特率。一般選擇內(nèi)部總線時鐘為串行通信的時鐘源，程序如下： //總線頻率 fbus=，定義波特率 Bt=9600 LDA %00000010 STA SCBR ○2 寫控制字到 SCI控制寄存器 1（ SCC1）。 設置是否允許 SCI、數(shù)據(jù)長度、輸出格式、選擇喚醒方法、是否校驗等，程序如下： //設置允許 SCI，正常碼輸出、 8位數(shù)據(jù)、無校驗 LDA %01000000 STA SCC1 ○3 寫控制字到 SCI控制寄存器 2（ SCC2）。 設置是否允許發(fā)送和接受、是中斷接受還是查詢接收等，程序如下： //設置允許發(fā)送、允許接收，查詢方式收發(fā) LDA %00001100 STA SCC2 用查詢方式，可以不對 SCI控制寄存器 3（ SCC3）初始化，另外幾 個寄存器供后面編程使用，不需要初始化 2122]。 LabVIEW各功能模塊程序 功能測試模塊 （ 1） 車速表模塊 黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 28 車速表的測試需要預先了解設定目標車型的特征參數(shù)，如車輛特征系數(shù)、車速傳感器的傳感系數(shù)等，然后通過數(shù)據(jù)通信卡（ CAN總線信號）將特征參數(shù)下載到被測儀表，按照測試要求產(chǎn)生脈沖信號。信號的幅值、頻率可以通過手動／自動進行調(diào)整，車速信號具備超速報警提示功能，根據(jù)設定的超速門限值，高于該門限值時，通過主界面前面板上的超速報警燈閃爍來提示。測試過程也可以手動／自動進行，測試結果存檔以備查 詢 [79]。 根據(jù)實際采集到的數(shù)據(jù)，將車速表指示范圍設定為 0～ 300km/h，并設置當速度超過 250km/h時發(fā)出超速報警，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉換成相應的數(shù)值顯示在速度表中。 車速表前面板設計如圖 44所示，車速表程序框圖如圖 45所示。 圖 44 車速表前面板 圖 45 車速表程序框圖 （ 2） 發(fā)動機轉速表模塊 發(fā)動機轉速表測試模塊類似于車速表測試模塊，區(qū)別在于它的特征參數(shù)不同。根據(jù)特定車型的情況，通過數(shù)據(jù)通信卡（ CAN總線信號）將發(fā)動機轉速比下載到被測儀表，然后對其進 行測試 [7]。 根據(jù)實際采集到的數(shù)據(jù)將轉速表指示范圍設定在 0～ 8000r/min，并設置當速度超黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 29 過 6000r/min時發(fā)出轉速過高報警，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉換成相應的數(shù)值顯示在轉速表中。發(fā)動機轉速表前面板設計如圖 46所示，發(fā)動機轉速表部分程序框圖如圖 47所示。 圖 46 發(fā)動機轉速表前面板 圖 47 轉速表部分程序框圖 （ 3） 燃油表的模塊 燃油表的測試需要預先設定目標車型的燃油測試范圍以及燃油門限報警值，通過數(shù)據(jù)通信卡（ CAN總線信號）將參數(shù)值下載到被測儀表，然后按照測試 要求開始測試[10]。根據(jù)設定的燃油門限值，低于該門限值時，通過主界面前面板上的燃油報警燈閃爍提示。測試過程可以手動／自動進行。 根據(jù)實際情況將燃油表表指示范圍設定在 0～ 1，表示不同的油位，并設置當油位低于 ，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉換成相應的數(shù)值顯黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設計 30 示在油表中。 燃油表前面板如圖 48所示，燃油表部分程序框圖如圖 49所示。 圖 48 燃油表前面板 圖 49 燃油表部分程序框圖 （ 4） 溫度表的模塊 根據(jù)實際車型行駛過程中的溫度變化采集需要的數(shù)據(jù)，通過單片機模擬該數(shù) 據(jù)發(fā)送到測試儀表。 將溫度表指示范圍設定在 50～ 130℃ ，并設置當溫度超過 120℃ 或小于 50℃ 時發(fā)出溫度異常報警，將由單片機傳來的數(shù)據(jù)用函數(shù)公式轉換成相應的數(shù)值顯示在水溫表中。 溫度表前面板設計如圖 410 所示，溫度表部分程序框圖如圖 41