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摘 要：随着科技的发展，监测系统的应用范围愈发广泛，监测作用也比较大。文章将研究一种多种场景环境信息实时检测系统。LabVIEW软件属于一种开发效率较高的图形化语言，且具有性能较好、功能强度、灵活性高、简单易懂等优势，能够实现采集数据、分析数据、结果输出等功能，于是将其应用到检测系统设计中将会具有不错的效果。文章首先对LabVIEW软件进行了简要介绍，然后再对系统的硬件和软件进行分析和设计，最后将监测系统对温度和光照度进行监测，研究发现具有较好的准确度和灵敏性。
关键词：LabVIEW软件;环境信息;监测系统
中图分类号：X831.7 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2020）10-0087-04
Abstract： Nowadays， the application scope of the monitoring system is more and more extensive， and the monitoring function is also relatively large. So the paper will study a real-time detection system of multiple scene environment information. LabVIEW software belongs to a graphical language with high development efficiency， and has the advantages of better performance， functional strength， high flexibility， simple and easy to understand， and can realize the functions of collecting data， analyzing data， outputting results， etc. It will have a good effect in the design of the detection system. So the paper first briefly introduces the LabVIEW software， then analyzes and designs the system hardware and software， and finally monitors the temperature and light intensity of the monitoring system， and finds that it has good accuracy and sensitivity.
Key words：LabVIEW software; environmental information; monitoring system
0 引言
實时监测系统的种类比较多，应用范围也非常广泛，能够达到不错的准确度，对人类的发展和进步也起到一定的作用[1]。但是有些实时检测系统只能在一个场景下进行应用，比如我们常常使用的监控设备。当然也存在某些监控系统能够在不同场景中进行使用，然后其应用效果存在一定的缺陷，比如精确度比较低、系统操作比较困难等。于是文章将设计一种基于LabVIEW软件的多种场景环境信息实时监测系统，该系统能够在多种场景中进行使用，比如对各种农植物的监测、某些机械设备相关参数的监测、大气环境的检测。
1 LabVIEW软件的介绍
LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的缩写，该软件的开发具有革命性意义[2]。传统的开发工具非常复杂，而LabVIEW开发软件具有简单性、实用性、灵活性等优势，能够实现信号采集、数据显示和测量分析等功能，其作重要的功能在于测控，该功能十分强大，能够无缝集成一套完整应用方案[3]。该软件已经有30多年的发展，在不断更新、优化和应用过程中，已经得到了较大的发展，应用范围也相当广泛，该软件已经成为人们开发自动测控与仪器应用的首选工具，于是文章在研究环境信息实时监测系统设计时也通过使用LabVIEW软件进行系统开发。
LabVIEW软件在编程方式比较直观简单，具有丰富的分析和表达功能，而且还有丰富的源码级设备驱动程序，所以使得LabVIEW软件的功能强大，能够符合很多用户的不同需求[4]。LabVIEW软件的主要特点如下所示：
1）VB或者VC这类的软件是以文本作为基础的编程语言而LabVIEW软件与其不同，它是一种图形化编程语言，也被称为G编程语言，该软件使用图进行设计程序，将会显得更加的简明直观，而且这种编程方式比较易懂易学。
2）LabVIEW软件虽然以一种虚拟方式模拟真实仪表，但是其功能却可以真实实现，相当于真实的仪器，可以发挥真实仪器的作用。
3）LabVIEW软件所引用的流程模式为数据流，所以能够在同一时间段内执行几个LabVIEW子程序。
4）LabVIEW软件中含有VI，其中含有层次化结构和模块化结构，于是单独执行每一个VI，或者其他程序会将VI作为子VI进行调用。
5） LabVIEW软件有利于用户快速组件应用系统，因为其中存在一个虚拟仪器集成函数库，还有专用程序，且函数库和专用程序非常丰富、功能强大。
6）LabVIEW软件支持多种操作系统平台。
7）LabVIEW软件具有运行速度快的优势，因为其是使用编译方法运行32为应用程序。
8）LabVIEW软件提供CIN节点、DLL接口，属于一个开放开发平台。 由于LabVIEW软件的功能强度、操作简单、易懂易学、速度较快等优势，在设计环境信息实时监测系统时首选LabVIEW软件进行开发，将有助于系统开发质量和效率。
2 基于LabVIEW软件的环境信息实时监测系统
环境信息实时监测系统主要功能是对温度、光照度等环境信息的进行实时数据采集，并且对数据进行分析和处理，最后能够将分析结果显示出来反馈给用户。该系统的设计属于一般典型数据采集系统，其结构如图1所示。
将单片机作为系统的控制核心[5]。监测系统主要包含传感器、通信电路和A/D转换器等构成。传感器的主要作用在于检测环境信息，检测到的各种信息数据需要使用到A/D转换器进行转换，首先转换为数据信号，然后将这些信号使用数据线进行传输，接收方为单片机，单片机会将这些数据进行存储，然后相应的软件程序对对这些数据信号进行处理，通过利用LabVIEW软件，能够按照其指令使用通信接口被解读到PC中，最后就会将结果显示在计算机屏幕上，其显示的内容会以图形或者数值形式进行表述，具有准确、直观的效果。系统的总体结构如图2所示。
2.1 系统的硬件设计
2.1.1 数据采集
数据采集属于系统的基础部分，同时也是最重要的环节，数据采集的工作自然是通过传感器进行工作，然后需要对收集到的数据信息进行转换，系统使用的转换器为ADC0809模数转换器，因为该转换器功能较为强大，比较适合应用于系统的设计，其存在8路多路开关和微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，该器件在电压、采用频率规定上都比较满足于数据采集的要求。
环境信息实时监测系统使用的单片机为AT89S52单片机，单片机的相关连接过程为：引脚和转换器的ADD_A～ADD_C进行相互连接;P2.1引脚和转换器的EOC相互连接;P0口和转换器的数据输出接口相互连接;P2.2引脚和转换器的OE相互连接，该连接的主要作用在于控制引脚上输出转换后的数字量;P2.0需要和转换器的ST和ALE进行相互连接，该连接的主要目的在于控制转换器的启动和地质信息的锁存。图3即为相应的接口电路情况。
2.1.2 串口通信接口
由于系统所使用的核心模块处理器和PC串口的电平存在差异，于是就会影响到两者的结合使用，为了能够使得两者共同作用，需要将加入一个电平转换电路，目的在于将所有电平变为一致。于是文章将选择MAX232组成电平转换电路，它属于一种双驱动器/接收机，其主要作用就是将核心模块处理器即单片机的电平转换为与PC串口相同的电平，于是可以解决电平不匹配的问题。由于LabVIEW软件中存在一个强大的函数库，能够提供串口通信函数，于是可以通过其函数对PC和单片机进行设计串口通信[6-7]。串口电路的连接方式如图4所示。
2.2 系统的软件设计
环境信息实时监测系统中软件设计主要包含的程序有PC软件程序、数据采集程序、串行口通信程序和数据转换等，其中PC软件程序的作用最大，另外单片机软件程序也属于重要内容，于是文章将主要对这两个程序进行总体设计流程图分析，其中PC为上位机，单片机为下位机。
2.2.1 通信协议
PC和单片机之间需要进行通信才能完成实时监测作用，为了保证其通信效果的可靠度，需要制定相应的通信协议，所谓通信协议即上位机和下位机需要共同遵守的约定。一般情况下制定的通讯协议需要有数据传送格式的确实、校验格式的制定和波特率的制定等。文章所设计的系统采用的通讯方式为RS232异步通信方式[8]。于是将通信协议中的数据传送格式设置为11B，波特率设置为2400B/s。
2.2.2 下位机程序设计
图5所示即为系统程序的设计流程图。单片机在会以循环的方式对数据进行不断采集，所采集到的数据会进行保存，保存形式是以一维数组的方式，然后将其存在数据存储器中。存储完成后需要将其传送到PC中，其中需要使用到RS232串口通讯，且传送到PC中的数据来源不止一种，另外，在不断进行数据采集和存储过程中，下一次循环采集数据时会把前一次数据进程更新处理。
2.2.3 上位機LabVIEW程序
1）串口数据采集。文章所涉及的系统一共包含4路数据采集，文章只对其中两种进行分析。环境信息实时监控系统的运作原理比较简单，就是单片机不断给上位机进行发送数据，然后上位机不断接受信息的过程。而其中上位机程序主要会应用到LabVIEW中的3个串口操作节点，即读串口节点、串口配置节点和关闭串口节点，其中串口配置节点的主要作用在于能够设置波特率、数据位数、校验方式和停止位数等参数[9]。读串口节点的主要作用在于对下位机发送的消息进行读取，其中读取的字节数也有规定，文章所设计的字节数为11，即每次都会从串口缓冲区中读取11个字节的数据，其中有两个字节表示停止位和起始位，另外的8个字节是传感器采集的信号，还有一个字节的作用就是对数据类型进行划分和区别[10]。下位机传送的数据同样为11个字节，当程序完成运行之后，就会使用关闭串口释放掉占用的串口资源。图6所示即为LabVIEW串口数据采集程序。
2）数据验证处理分析和显示。数据验证的方式就是一步步对串口中读取到的数据进行判断，首先判断数据是否为空，然后再验证数据是否满足起始位和停止位要求，如果在验证过程中发现数据存在问题，则将此次传送的数据以丢弃的方式进行处理。验证之后如果数据是正确的，则将第2～10个字节进行数据分析处理，然后再通过转换器将这些数据实现ASCII码向十进制数的转换，完成转换之后还需要将结果显示在LabVIEW的图形界面上。图7所示即为程序界面，图中左边显示的是温度变化情况，首先所测量的温度为室内温度，然后再对传感器进行加热处理，温度自然就会开始上升，图中所显示的结果就是温度曲线处于上升阶段，然后再停止对传感器进行加热处理，于是温度曲线开始呈现下降趋势，最后保持在室内温度上。图中右侧即为光照度值，首先显示的是室内光照度，然后将部分光速进遮挡，于是光照度曲线立马变下，不遮挡阳光之后，光照度立马回复到正常光照值。通过这种实验方式对环境信息进行监测，发现系统的误差比较小，且具有较好的灵敏度，能够在日常的环境信息监测中进行使用。该系统能够在多种场景环境中进行使用，比如应用于种植项目中，能够监测到植物的的生长环境;应用在空气监测中，能够判断出空气质量;应用于各种仪器设备的监测中，同样能够发挥一定的监测作用。
3 结语
文章基于LabVIEW软件设计了一种环境信息实时监测系统，该系统的结构比较简单，同样操作也比较简单，能够应用到多种场景环境信息实时监测中。通过将系统应用到对温度和光照的在线监测，得到的结果比较准确，且反应灵敏，具有较好的应用效果。由于在不同场景环境中所需要监测的对象不一样，然而文章所设计的系统能够在不同场景中进行使用，所以将会具有更好的应用范围。
参考文献
[1]张志刚.轴承故障实时监测系统的设计与应用研究[D].天津：天津大学，2005.
[2]谢启，方玉.基于LabVIEW软件开发测试系统的关键技术研究[J].机床与液压，2005（10）：156-158.
[3]赵敏.基于LabVIEW的运动控制系统的软件设计[D].太原：中北大学，2014.
[4]陈楠楠.基于LabVIEW的软件仿真平台的设计与实现[D].西安：长安大学，2009.
[5]马俊，陈学煌.基于DSP的多路数据采集系统设计[J].电子技术应用，2007，33（12）：79-81.
[6]许美玲，李春茂，朱俊峰，等.基于LabVIEW串口通讯的的多路数据采集系统[J].机械与电子，2010（S1）：172-174.
[7]林涛，邹黎华，耿勇男.多类型多通道的数据采集系统设计[J].电子测量与仪器学报，2009，23（S1）：236-239.
[8]李林宏，李萍，张仕新，等.基于LabVIEW与串行通信的检测系统设计[J].电子测量技术，2010（01）：92-94.
[9]马海瑞，韩云东，袁群哲，等.基于LABVIEW的GPS信息采集与解析[J].国外电子测量技术，2011，30（09）：64-66+75.
[10]李迺璐，吕跃刚，范晓旭.基于LabVIEW风电监控系统的通信设计与实现[J].计算机应用与软件，2010，27（05）：30-33.
关键词：LabVIEW软件;环境信息;监测系统
中图分类号：X831.7 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2020）10-0087-04
Abstract： Nowadays， the application scope of the monitoring system is more and more extensive， and the monitoring function is also relatively large. So the paper will study a real-time detection system of multiple scene environment information. LabVIEW software belongs to a graphical language with high development efficiency， and has the advantages of better performance， functional strength， high flexibility， simple and easy to understand， and can realize the functions of collecting data， analyzing data， outputting results， etc. It will have a good effect in the design of the detection system. So the paper first briefly introduces the LabVIEW software， then analyzes and designs the system hardware and software， and finally monitors the temperature and light intensity of the monitoring system， and finds that it has good accuracy and sensitivity.
Key words：LabVIEW software; environmental information; monitoring system
0 引言
實时监测系统的种类比较多，应用范围也非常广泛，能够达到不错的准确度，对人类的发展和进步也起到一定的作用[1]。但是有些实时检测系统只能在一个场景下进行应用，比如我们常常使用的监控设备。当然也存在某些监控系统能够在不同场景中进行使用，然后其应用效果存在一定的缺陷，比如精确度比较低、系统操作比较困难等。于是文章将设计一种基于LabVIEW软件的多种场景环境信息实时监测系统，该系统能够在多种场景中进行使用，比如对各种农植物的监测、某些机械设备相关参数的监测、大气环境的检测。
1 LabVIEW软件的介绍
LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的缩写，该软件的开发具有革命性意义[2]。传统的开发工具非常复杂，而LabVIEW开发软件具有简单性、实用性、灵活性等优势，能够实现信号采集、数据显示和测量分析等功能，其作重要的功能在于测控，该功能十分强大，能够无缝集成一套完整应用方案[3]。该软件已经有30多年的发展，在不断更新、优化和应用过程中，已经得到了较大的发展，应用范围也相当广泛，该软件已经成为人们开发自动测控与仪器应用的首选工具，于是文章在研究环境信息实时监测系统设计时也通过使用LabVIEW软件进行系统开发。
LabVIEW软件在编程方式比较直观简单，具有丰富的分析和表达功能，而且还有丰富的源码级设备驱动程序，所以使得LabVIEW软件的功能强大，能够符合很多用户的不同需求[4]。LabVIEW软件的主要特点如下所示：
1）VB或者VC这类的软件是以文本作为基础的编程语言而LabVIEW软件与其不同，它是一种图形化编程语言，也被称为G编程语言，该软件使用图进行设计程序，将会显得更加的简明直观，而且这种编程方式比较易懂易学。
2）LabVIEW软件虽然以一种虚拟方式模拟真实仪表，但是其功能却可以真实实现，相当于真实的仪器，可以发挥真实仪器的作用。
3）LabVIEW软件所引用的流程模式为数据流，所以能够在同一时间段内执行几个LabVIEW子程序。
4）LabVIEW软件中含有VI，其中含有层次化结构和模块化结构，于是单独执行每一个VI，或者其他程序会将VI作为子VI进行调用。
5） LabVIEW软件有利于用户快速组件应用系统，因为其中存在一个虚拟仪器集成函数库，还有专用程序，且函数库和专用程序非常丰富、功能强大。
6）LabVIEW软件支持多种操作系统平台。
7）LabVIEW软件具有运行速度快的优势，因为其是使用编译方法运行32为应用程序。
8）LabVIEW软件提供CIN节点、DLL接口，属于一个开放开发平台。 由于LabVIEW软件的功能强度、操作简单、易懂易学、速度较快等优势，在设计环境信息实时监测系统时首选LabVIEW软件进行开发，将有助于系统开发质量和效率。
2 基于LabVIEW软件的环境信息实时监测系统
环境信息实时监测系统主要功能是对温度、光照度等环境信息的进行实时数据采集，并且对数据进行分析和处理，最后能够将分析结果显示出来反馈给用户。该系统的设计属于一般典型数据采集系统，其结构如图1所示。
将单片机作为系统的控制核心[5]。监测系统主要包含传感器、通信电路和A/D转换器等构成。传感器的主要作用在于检测环境信息，检测到的各种信息数据需要使用到A/D转换器进行转换，首先转换为数据信号，然后将这些信号使用数据线进行传输，接收方为单片机，单片机会将这些数据进行存储，然后相应的软件程序对对这些数据信号进行处理，通过利用LabVIEW软件，能够按照其指令使用通信接口被解读到PC中，最后就会将结果显示在计算机屏幕上，其显示的内容会以图形或者数值形式进行表述，具有准确、直观的效果。系统的总体结构如图2所示。
2.1 系统的硬件设计
2.1.1 数据采集
数据采集属于系统的基础部分，同时也是最重要的环节，数据采集的工作自然是通过传感器进行工作，然后需要对收集到的数据信息进行转换，系统使用的转换器为ADC0809模数转换器，因为该转换器功能较为强大，比较适合应用于系统的设计，其存在8路多路开关和微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件，该器件在电压、采用频率规定上都比较满足于数据采集的要求。
环境信息实时监测系统使用的单片机为AT89S52单片机，单片机的相关连接过程为：引脚和转换器的ADD_A～ADD_C进行相互连接;P2.1引脚和转换器的EOC相互连接;P0口和转换器的数据输出接口相互连接;P2.2引脚和转换器的OE相互连接，该连接的主要作用在于控制引脚上输出转换后的数字量;P2.0需要和转换器的ST和ALE进行相互连接，该连接的主要目的在于控制转换器的启动和地质信息的锁存。图3即为相应的接口电路情况。
2.1.2 串口通信接口
由于系统所使用的核心模块处理器和PC串口的电平存在差异，于是就会影响到两者的结合使用，为了能够使得两者共同作用，需要将加入一个电平转换电路，目的在于将所有电平变为一致。于是文章将选择MAX232组成电平转换电路，它属于一种双驱动器/接收机，其主要作用就是将核心模块处理器即单片机的电平转换为与PC串口相同的电平，于是可以解决电平不匹配的问题。由于LabVIEW软件中存在一个强大的函数库，能够提供串口通信函数，于是可以通过其函数对PC和单片机进行设计串口通信[6-7]。串口电路的连接方式如图4所示。
2.2 系统的软件设计
环境信息实时监测系统中软件设计主要包含的程序有PC软件程序、数据采集程序、串行口通信程序和数据转换等，其中PC软件程序的作用最大，另外单片机软件程序也属于重要内容，于是文章将主要对这两个程序进行总体设计流程图分析，其中PC为上位机，单片机为下位机。
2.2.1 通信协议
PC和单片机之间需要进行通信才能完成实时监测作用，为了保证其通信效果的可靠度，需要制定相应的通信协议，所谓通信协议即上位机和下位机需要共同遵守的约定。一般情况下制定的通讯协议需要有数据传送格式的确实、校验格式的制定和波特率的制定等。文章所设计的系统采用的通讯方式为RS232异步通信方式[8]。于是将通信协议中的数据传送格式设置为11B，波特率设置为2400B/s。
2.2.2 下位机程序设计
图5所示即为系统程序的设计流程图。单片机在会以循环的方式对数据进行不断采集，所采集到的数据会进行保存，保存形式是以一维数组的方式，然后将其存在数据存储器中。存储完成后需要将其传送到PC中，其中需要使用到RS232串口通讯，且传送到PC中的数据来源不止一种，另外，在不断进行数据采集和存储过程中，下一次循环采集数据时会把前一次数据进程更新处理。
2.2.3 上位機LabVIEW程序
1）串口数据采集。文章所涉及的系统一共包含4路数据采集，文章只对其中两种进行分析。环境信息实时监控系统的运作原理比较简单，就是单片机不断给上位机进行发送数据，然后上位机不断接受信息的过程。而其中上位机程序主要会应用到LabVIEW中的3个串口操作节点，即读串口节点、串口配置节点和关闭串口节点，其中串口配置节点的主要作用在于能够设置波特率、数据位数、校验方式和停止位数等参数[9]。读串口节点的主要作用在于对下位机发送的消息进行读取，其中读取的字节数也有规定，文章所设计的字节数为11，即每次都会从串口缓冲区中读取11个字节的数据，其中有两个字节表示停止位和起始位，另外的8个字节是传感器采集的信号，还有一个字节的作用就是对数据类型进行划分和区别[10]。下位机传送的数据同样为11个字节，当程序完成运行之后，就会使用关闭串口释放掉占用的串口资源。图6所示即为LabVIEW串口数据采集程序。
2）数据验证处理分析和显示。数据验证的方式就是一步步对串口中读取到的数据进行判断，首先判断数据是否为空，然后再验证数据是否满足起始位和停止位要求，如果在验证过程中发现数据存在问题，则将此次传送的数据以丢弃的方式进行处理。验证之后如果数据是正确的，则将第2～10个字节进行数据分析处理，然后再通过转换器将这些数据实现ASCII码向十进制数的转换，完成转换之后还需要将结果显示在LabVIEW的图形界面上。图7所示即为程序界面，图中左边显示的是温度变化情况，首先所测量的温度为室内温度，然后再对传感器进行加热处理，温度自然就会开始上升，图中所显示的结果就是温度曲线处于上升阶段，然后再停止对传感器进行加热处理，于是温度曲线开始呈现下降趋势，最后保持在室内温度上。图中右侧即为光照度值，首先显示的是室内光照度，然后将部分光速进遮挡，于是光照度曲线立马变下，不遮挡阳光之后，光照度立马回复到正常光照值。通过这种实验方式对环境信息进行监测，发现系统的误差比较小，且具有较好的灵敏度，能够在日常的环境信息监测中进行使用。该系统能够在多种场景环境中进行使用，比如应用于种植项目中，能够监测到植物的的生长环境;应用在空气监测中，能够判断出空气质量;应用于各种仪器设备的监测中，同样能够发挥一定的监测作用。
3 结语
文章基于LabVIEW软件设计了一种环境信息实时监测系统，该系统的结构比较简单，同样操作也比较简单，能够应用到多种场景环境信息实时监测中。通过将系统应用到对温度和光照的在线监测，得到的结果比较准确，且反应灵敏，具有较好的应用效果。由于在不同场景环境中所需要监测的对象不一样，然而文章所设计的系统能够在不同场景中进行使用，所以将会具有更好的应用范围。
参考文献
[1]张志刚.轴承故障实时监测系统的设计与应用研究[D].天津：天津大学，2005.
[2]谢启，方玉.基于LabVIEW软件开发测试系统的关键技术研究[J].机床与液压，2005（10）：156-158.
[3]赵敏.基于LabVIEW的运动控制系统的软件设计[D].太原：中北大学，2014.
[4]陈楠楠.基于LabVIEW的软件仿真平台的设计与实现[D].西安：长安大学，2009.
[5]马俊，陈学煌.基于DSP的多路数据采集系统设计[J].电子技术应用，2007，33（12）：79-81.
[6]许美玲，李春茂，朱俊峰，等.基于LabVIEW串口通讯的的多路数据采集系统[J].机械与电子，2010（S1）：172-174.
[7]林涛，邹黎华，耿勇男.多类型多通道的数据采集系统设计[J].电子测量与仪器学报，2009，23（S1）：236-239.
[8]李林宏，李萍，张仕新，等.基于LabVIEW与串行通信的检测系统设计[J].电子测量技术，2010（01）：92-94.
[9]马海瑞，韩云东，袁群哲，等.基于LABVIEW的GPS信息采集与解析[J].国外电子测量技术，2011，30（09）：64-66+75.
[10]李迺璐，吕跃刚，范晓旭.基于LabVIEW风电监控系统的通信设计与实现[J].计算机应用与软件，2010，27（05）：30-33.