酒精浓度检测仪

基于单片机和虚拟仪器的车载酒精浓度检测仪基于单片机和虚拟仪器的车载酒精浓度检测仪 摘要摘要 为了使酒后驾车的驾驶员无法正常启动车辆 减少酒后驾车引起的交通事 故 本文设计了基于单片机和虚拟仪器的车载酒精浓度检测仪 该检测仪以 STC89C52 单片机为核心控制器件 利用气敏传感器 MQ3 检测驾驶员呼出气体的 酒精浓度 A D 转换电路将气敏传感器 MQ3 的输出信号进行采集 并送与 STC89C52 单片机进行处理 当酒精浓度超过酒后驾车的阀值时 检测仪可实现 声光报警功能 并自动切断汽车启功系统的点火电路 使酒后驾车的司机所驾 驶的车辆自动熄火 从源头上解决司机酒后驾车的问题 同时该检测仪利用串 口通信 实现单片机与车载电脑的数据传输 虚拟仪器系统以车载电脑为平台 对驾驶座的酒精浓度进行实时监测及数据存储 一旦发生交通事故 车载电脑 所存储的实时酒精浓度数据 可方便交通管理部门对交通事故发生原因的排查 关键词关键词 单片机 虚拟仪器 气敏传感器 A D 转换电路 串口通信 第第 1 1 章章 概述概述 1 11 1 车载酒精浓度检测技术的背景及意义车载酒精浓度检测技术的背景及意义 1 1 11 1 1 车载酒精检测技术的背景车载酒精检测技术的背景 2008 年世界卫生组织发布的事故调查显示 世界上大约 50 60 的交通事 故与酒后驾车有关 当酒精在人体血液内达到一定程度时 人对外界的反应能 力及控制能力就会下降 导致人处理紧急事件的能力也随之下降 研究表明 当驾驶者血液中酒精含量达到 80mg 100mL 时 发生交通事故的几率是不含酒精 时的 2 5 倍 当驾驶者血液中酒精含量达到 100mg mL 时 发生交通事故的几率 是不含酒精时的 4 7 倍 即使在少量饮酒的状态下危险度也是未饮酒时的 2 倍 左右 酒后驾车已成为车祸致死的主要原因 1 1 21 1 2 车载酒精检测技术的意义车载酒精检测技术的意义 根据国家质检检疫局发布的 车辆驾驶人员血液 呼气酒精含量阀值与检 测 中的规定 酒后驾车的临界值如表 1 1 所示 表 1 1 车辆驾驶人员血液酒精含量临界值 行为类别对象 血液酒精含量 mg 100mL 呼气酒精含量 mg L 饮酒驾车车辆驾驶人员 200 0909 醉酒驾车车辆驾驶人员 800 3636 虽然法律明文规定禁止酒后驾车 但是仍然有一部分人怀着侥幸心理酒后 开车 这不仅是对自己人身安全的不负责任 也是漠视路人生命的行为 而且 仅仅依靠法律有限的醉酒驾车的惩罚措施 并不足以规范人们的酒后驾车行为 从理论上说 要判断是否是酒后驾驶 最准确的方法应该是检查驾驶员血 液中的酒精含量 但在违章检查及交通事故处理中 现场抽取血液往往是不可 能的 因此现阶段 只能通过交通管理部门派出专门人员在道路上设卡 进行 现场检测对驾驶者是否饮酒 而且通常采用手持式呼气酒精检测仪 虽然目前 市场上警用酒精检测仪种类繁多 功能也较强大 但只能由交警人员来实施 由于交警不能全时段覆盖所有行驶车辆的检测 势必给酒后驾车行为留有漏洞 如果每部车内安装有一种酒精浓度检测仪 能实时检测驾驶员呼出气体的 酒精浓度 并且在检测到该浓度超过醉酒驾车的阀值时 进行声光报警 并自 动切断汽车启动系统的点火电路 就能从根本上控制醉酒驾车行为 基于此本 文设计了基于单片机和虚拟仪器的车载酒精检测仪 在实现上述功能的基础上 以车载电脑作为上位机 通过串口通信 实现单片机与上位机的数据传输 虚 拟仪器系统以车载电脑为平台 对单片机传输的酒精浓度进行实时处理和存储 方便交通管理部门对交通事故发生原因的排查 相信一旦该酒精检测仪广泛投 入使用 必将有效的规范醉酒驾车行为 1 21 2 车载酒精检测技术的现状和发展趋势车载酒精检测技术的现状和发展趋势 1 2 11 2 1 酒精检测技术现状酒精检测技术现状 目前酒精检测方法主要有呼气式酒精检测法 顶空气相色谱法和乙醇脱氢 酶法三种 应用最广的是呼气式酒精检测法 呼气式酒精检测法采用气敏传感 器对人的呼出气体进行检测 然后根据呼出气体酒精浓度与血液酒精浓度的比 例关系 1 2200 进行计算得到血液酒精浓度 近年来智能传感器的出现也使 气敏传感器有了很大发展 不仅有半导体型 燃料电池型等传统传感器 还有 单壁 多壁碳纳米管传感器 多传感器融合的复合传感器 1 2 21 2 2 车载酒精检测技术的现状车载酒精检测技术的现状 车载酒精检测技术已经在车辆中有部分应用 但尚不成熟 目前除了汽车 厂商在其生产的车辆上使用外 单独出售的车载酒精检测控制器还没有在市场 上出现 车载酒精检测技术多种多样 大致分为直接对呼出气体测量型 间接 对呼出气体检测型 对体液检测型和对人的生物特征检测型 直接对呼出气体 检测型的代表厂商是萨博 它在某些款型的车上使用了酒精钥匙 Alcokey 技 术 在汽车启动前需要向设置在钥匙上的吹气口吹气 否则汽车无法启动 酒精 钥匙检测出酒精含量未超标时 钥匙亮起绿色指示灯 汽车可以正常启动 而 酒精含量超标时则发动机自动锁止使汽车无法启动 但在实际使用中若驾驶员 找其他人代替吹气 则酒精钥匙不能发挥其作用 间接对呼出气体检测型车载检测装置如表 1 1 所示 这种装置无需驾驶员 通过吹气管吹气 只要驾驶员进入车辆便可自动检测 它通过检测车内空气与 酒精气体的浓度比计算驾驶员呼出气体的酒精浓度 超标就会自动锁止发动机 使汽车无法启动 这种装置的缺陷是可能因当乘员饮酒时误动作 在驾驶员未 饮酒的情况下锁止车辆 图 1 1 车载无吹管的酒精检测装置 对体液检测型主要是对驾驶员手心的汗液来检测 它将酒精检测装置安装 在驾驶员手可能接触的所有地方 检测驾驶员手心汗液中的酒精浓度含量 如 果检测出酒精 系统就会发出警报 并且自动锁止变速器 这种方法成本大且 对驾驶员是否接触装有酒精检测装置的地方存在不确定性 而且如果驾驶员带 手套 该检测装置将彻底失去其作用 另外还有一种车载酒精检测装置在检测 到酒精存在后 通过 GPS 定位车辆 并通过 GPRS 网络将车辆的位置信息发送给 交警部门 最终由交警使用专门的酒精检测仪对驾驶员是否饮酒进行确定 但 是该方法无法确定是否是驾驶员饮酒 或是乘员饮酒 或是车内放置含有酒精 的其他物品 导致交警部门进行无效的出动 给交警执法带来极大的不便 1 2 31 2 3 车载酒精检测技术的发展趋势车载酒精检测技术的发展趋势 目前车载酒精检测设备主要通过酒精传感器检测车内酒精含量并依据酒精 含量对车辆进行控制 只是硬件载体有所不同 首先是使用的传感器不同 其 次是处理信号的单片机不同 有的车载设备使用多传感器 将多个传感器安装 在车内不同位置 通过传感器得到的不同的气体酒精浓度来判断是否是驾驶员 饮酒 其根源上是围绕是否是驾驶员饮酒来设计的 本质思想还是通过酒精浓 度控制车辆 近年来 随着酒精传感器 嵌入式技术的发展 车载酒精传感器 正向着智能化 集成化 人性化和快速反应的方向发展 随着嵌入式技术的更新 传感器体积缩小 成本降低 车载酒精检测仪可 以集成到现有的车载电子设备中 使酒精检测仪成为汽车电子设备的一部分 从根源上杜绝酒后驾车 集成化是未来车载酒精检测仪发展的必然趋势 人性 化是车载酒精浓度检测仪要达到的目标 方便仪器的推广使用 快速反应是基 于酒精传感器能快速探测到酒精浓度而发展的 智能化是所有仪器发展的必然 趋势 车载酒精检测仪可以通过多传感器的结合 全方位感知判断车内乘员及 车辆自身的情况 1 31 3 本文结构及主要内容本文结构及主要内容 本文主要研究基于单片机和虚拟仪器的车载酒精浓度检测技术 主要思想 是通过驾驶员呼出气体的酒精浓度实时控制车辆是否可以行驶 并且利用虚拟 仪器这一先进技术对驾驶员呼出气体的酒精浓度进行实时处理和数据存储 方 便交警部门对交通事故发生原因的排查 本文内容安排如下 第 1 章概述 主要阐述了车载酒精浓度检测仪的背景及意义 现状及发展 趋势 最后介绍了本文的结构及主要内容 第 2 章酒精检测仪系统设计思路 介绍了车载酒精检测仪的总体方案 第 3 章酒精检测仪的硬件设计 介绍了车载酒精检测仪的硬件设计方案 对涉及到的主要器件及其在硬件系统中的作用 如何在硬件系统中发挥作用做 了详细介绍 第 4 章酒精检测仪的软件设计 介绍了虚拟仪器技术 对酒精检测仪涉及 到的虚拟仪器编程的各个模块做了详细阐述 第 5 章系统调试及实验结果 通过模拟酒精浓度对系统性能进行了调试 并给出实验结果 第 6 章总结 对本文设计的基于单片机和虚拟仪器的酒精浓度检测仪进行 优缺点总结 并对今后的改进工作进行了简要的叙述 第 2 章 酒精检测仪系统设计思路 2 12 1 酒精检测系统工作原理酒精检测系统工作原理 本文设计的基于 LabVIEW 和单片机的车载酒精检测仪分为上位机和下位机 两部分 下位机选用 51 系列单片机 C 语言编程 单片机外围电路将采集到的 酒精浓度信息传给单片机 利用单片机学习板上的 LED 灯和蜂鸣器进行模拟 实现酒精检测仪的声光报警功能 通过一个 LED 灯指示汽车发动机点火电路的 通和断 模拟实现当酒精浓度超过阀值时自动锁止车辆的功能 上位机采用 LabVIEW 编程设计 PC 上位机的监控界面 PC 通信自带串行口 和单片机进行串 口通信 从而实现对过程参数的测量和采集 该车载酒精检测仪设计简单 简 化了系统和硬件电路 具有很好的可扩展性 系统组成框图如图 2 1 所示 图 2 1 系统组成框图 上位机主要包括串行通信 酒精浓度临界值预警 数据存数 表格显示 上位机组成框图如图 2 2 所示 图 2 2 上位机程序组成框图 下位机主要包括 MQ3 气敏传感器 A D 采集电路 声光报警 点火电路 下位机组成框图如图 2 3 所示 图 2 3 下位机组成框图 2 22 2 酒精检测系统运行步骤酒精检测系统运行步骤 酒精浓度采集 从传感器出来的信号是 0 5V 的电压信号 而单片机只能处 理数字信号 所以传感器与单片机之间需要加 A D 转化才能将传感器检测到的 酒精浓度信息送给单片机 本文选用的是 ADC0804 模数转换芯片 酒精浓度处理 单片机将采集到的电压信号转换为对应的血液酒精浓度信 息 并与临界值比较 当酒精浓度在 20 80 mg mL 中时为饮酒驾车 单片机发 出预警 点亮第一个 LED 灯 代表对饮酒驾车行为的提醒 当酒精浓度大于 80mg mL 时为醉酒驾车 第一个灯熄灭 第二个灯亮 模拟为锁止发动机 并 由蜂鸣器发出警报 酒精浓度传输 通过 RS232 串口通信 单片机与 PC 机进行数据传输 上位 STC89C52RC 单片机 声 光 报 警 A D 采集 电路 点 火 电 路 MQ 3 气 敏 传 感 器 数 码 管 显 示 机利用 LabVIEW 软件对单片机传输的数据进行串口读取 处理 显示 储存 并实现声光报警功能 上限值设置 当需要改变醉酒驾车的上限值时 LabVIEW 通过 VISE READ 送上限值给单片机 实现上位机对酒精浓度阀值的控制 第三章 酒精检测系统硬件设计 3 13 1 酒精检测系统硬件设计要求酒精检测系统硬件设计要求 本文设计的基于 LabVIEW 和单片机的车载酒精浓度检测仪 通过酒精模块 实现驾驶座酒精浓度采集 以单片机为下位机实现对硬件电路的控制 要求实 现声光报警 模拟锁止车辆 串口通信以及数码管显示等功能 以虚拟仪器为 上位机控制平台 要求实现对单片机中酒精浓度临界值的控制 基于此 本文 选用的主要电子器件有 STC89C52 单片机 MQ3 酒精传感器 及 RS232 串行通信 接口 3 23 2 主要电子器件的介绍及电路设计主要电子器件的介绍及电路设计 3 2 13 2 1 STC89C52STC89C52 单片机单片机 STC89C52 是宏晶科技公司生产的低电压 高性能的 CMOS8 位单片机 片内 8kByte 的可反复擦写的只读程序存储器 PEROM 和 128Byte 的随机存储器 RAM 器件采用 ATMEL 公司的高密度 非易失存储技术生产 兼容标准 MCS 51 指令系统 片内置通用 8 位中央处理器 CPU 和 Flash 存储单元 功能强大 AT89C51 单片机可为使用者提供许多高性价比的应用场合 可灵活的应用于各 种控制领域 STC89C52RC 单片机的管脚图如图 3 1 所示 图 3 1 STC89C52RC 单片机管脚图 STC89C52 提供了以下标准 8K 字节 Flash 闪速存储器 128 字节内部 RAM 32 个 I O 口线 两个 16 位定时 计数器 一个 5 向量中断结构 一个全 双工串行通信口 片内振荡器及时钟电路 同时 STC89C52 可降至 0HZ 静态逻 辑操作 并支持两种软件的可选的节电工作模式 空闲方式停止 CPU 的工作 但允许 RAM 定时器 串口通信及中断系统继续工作 掉电方式保存 RAM 的内 容 但振荡器停止工作并禁止所有部件直到下一个硬件复位 图 3 2 为 STC89C52 的内部结构 图 3 2 STC89C52 的内部结构 3 2 23 2 2 MQ3MQ3 气敏传感器气敏传感器 MQ 3 气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡 SnO2 当传感器所处环境中存在酒精蒸气时 传感器的电导率随空气中酒精 气体的浓度增加而增大 使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体 浓度相对应的输出信号 MQ 3 气体传感器对究竟的灵敏度高 可以抵抗汽油 烟雾 水蒸气的干扰 这种传感器可检测多种浓度酒精气氛 是一款适合多用 的低成本传感器 其实物图如图 3 3 所示 图 3 3 MQ 3 气敏传感器实物图 MQ 3 气体传感器适用于酒精气体浓度为 0 05mg L 10mg L 对乙醇蒸气有很 高的灵敏度 良好的选择性和快速的响应恢复特性 而且 MQ 3 酒精传感器具有 寿命长 稳定可靠 驱动回路简单等优点 图 3 4 为 MQ 3 酒精传感器对不同气 体的响应曲线 横坐标为气体浓度 纵坐标为元件在不同气体 不同浓度下的 电阻值 RS 与元件在洁净空气中的电阻值 R0 的比值 可以看出 MQ 3 对酒精气体 有良好的选择性 且当酒精气体浓度增大传感器的敏感体电阻在不断减小 敏 感体在电路中的阻抗不断减小 图 3 4 MQ 3 酒精传感器对酒精的选择性 MQ 3 是半导体气敏传感器 由微型 AL203 陶瓷管 SnO2 敏感层 测量电路 和加热器构成 传感器封装在塑料或不锈钢的腔体内 有六指引脚 其中四只 引脚用于引出信号 两只用于给加热器电阻提供电能 图 3 5 分别表示 MQ 3 传 感器的引脚排布图 功能引脚图 使用接线图 图 3 5 MQ 3 的外观与相应的结构形式 其灵敏度如表 3 1 所示 表 3 1 MQ 3 气敏传感器灵敏度特性 传感器的标准回路有两部分组成 其一为加热回路 其二为信号输出回路 它可以准确反映传感器表面电阻的变化 传感器表面电阻 RS 的变化 通过与其 串联的负载电阻 RL 上的有效电压信号 VRL 获得 二者之间的关系为 RS RL VC VRL VRL 上述参数使得传感器输出电压为 0 5V 于是 MQ 3 与 ADC0804 模数转化芯 片可直接相连 其电路如图 3 6 所示 图 3 6 MQ 3 与 ADC0804 模数转化芯片连接电路图 3 2 33 2 3 RS 232RS 232 串行通信接口串行通信接口 计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方 式 由于串行通讯方式具有使用线路少 成本低 特别是在远程传输时 避免了多条线路 特性的不一致而被广泛采用 在串行通讯时 要求通讯双方都采用一个标准接口 使不同 的设备可以方便地连接起来进行通讯 RS 232 是目前最常用的一种串行通讯接口 它是在 1970 年由美国电子工业协会 EIA 联合贝尔系统 调制解调器厂家及计算机终端生产厂 家共同制定的用于串行通讯的标准 它的全名是 数据终端设备 DTE 和数据通讯设备 DCE 之间串行二进制数据交换接口技术标准 该标准规定采用一个 25 个脚的 DB25 连 接器 对连接器的每个引脚的信号内容加以规定 还对各种信号的电平加以规定 接口的信号内容 实际上 RS 232 C 的 25 条引线中有许多是很少使用的 在计算机通讯中一般只使用 3 9 条引线 RS 232 C 最常用的 9 条引线的信号 接口的电气特性 在 RS 232 C 中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系 即 逻辑 1 5 15V 逻辑 0 5 15V 噪声容限为 2V 即要求接收器能识别低至 3V 的信号作为逻 辑 0 高到 3V 的信号作为逻辑 1 可见 RS 232 C 的电平逻辑与 TTL 电平正好相 反 而 STC89C52 的电平逻辑采用的是 TTL 电平 因此单片机要控制 RS 232 C 串口通信 二者之间需进行电平转换 本文使用了 MAX232 芯片来实现此功能 接口的物理结构 RS 232 接口连接器一般使用型号为 DB 25 的 25 芯插头座 通常插头在 DCE 端 插座 在 DTE 端 一些设备与 PC 机连接的 RS 232 C 接口 因为不使用对方的传送控制信号 只需 三条接口线 即 发送数据 接收数据 和 信号地 所以采用 DB 9 的 9 芯插头座 传输线采用屏蔽双绞线 传输电缆长度 由 RS 232C 标准规定在码元畸变小于 4 的情况下 传输电缆长度应为 50 英尺 其 实这个 4 的码元畸变是很保守的 在实际应用中 约有 99 的用户是按码元畸变 10 20 的范围工作的 所以实际使用中最大距离会远超过 50 英尺 基于此 本文设计的 RS 232 C 串口通信接口电路如图 3 7 所示 图 3 7 RS 232 C 串口通信接口电路 3 33 3 基于基于 STC89C52STC89C52 单片机的下位机程序设计单片机的下位机程序设计 3 3 13 3 1 酒精浓度采集程序设计酒精浓度采集程序设计 从传感器出来的信号是 0 5V 的电压信号 而单片机只能处理数字信号 所 以传感器与单片机之间需要加 A D 转化才能将传感器检测到的酒精浓度信息送 给单片机 本文选用的是 ADC0804 模数转换芯片 因为 ADC0804 模数转换需要 一段时间 因此需要延时一段时间才能读取转换结果 程序流程图如下图 3 8 所示 开始 启动转换 延时等待 读取转换结果 保存数据 结束 3 3 23 3 2 声光报警程序设计声光报警程序设计 单片机将采集到的电压信号转换为对应的血液酒精浓度信息 并与临界值 比较 当酒精浓度在 20 80 mg mL 中时为饮酒驾车 单片机发出预警 点亮第 一个 LED 灯 代表对饮酒驾车行为的提醒 当酒精浓度大于 80mg mL 时为醉酒 驾车 第一个灯熄灭 第二个灯亮 模拟为锁止发动机 并由蜂鸣器发出警报 程序流程图如下图 3 9 所示 开始 置酒驾临界值 YES 20 且 80 LED1 灭 LED2 亮 NO 蜂鸣器报警 YES YES 结束 3 3 33 3 3 上 下位机进行串口通信的程序设计上 下位机进行串口通信的程序设计 上 下位机进行串口通信时 由单片通过串口将采集到的酒精浓度信息送 至 SBUF 寄存器 SBUF 发送寄存器按照指定的串口异步通信格式将数据一位一 位发送至 PC 机的串口中 上位机再将数据读取保存 上位机向单片机发送的的 数据由单片机的 SBUF 接收寄存器接收 因此上 下位机的通信格式必须保持一 致 主要包括 一位起始位 8 位数据位 移位停止位 无校验位 波特率由 定时器 1 的溢出率决定 本文设置溢出率为 9600bps 串口收发数据默认情况 下收发的是数据的 ASCII 码值 所以需根据需要进行数据转换处理 以 C 语言 为基础 本文应用 Keil 软件编制的串口收发数据程序段如下所示 第四章 酒精检测系统程序设计 4 14 1 系统软件平台系统软件平台 LabVIEWLabVIEW 介绍介绍 4 1 1 LabVIEWLabVIEW 概述概述 虚拟仪器 Virtual Instrument 是二十世纪 90 年代发展起来的一项新技 术 它将计算机与功能化硬件模块结合 用户可以通过的图形界面操作计算机 在虚拟仪器中 图像和数据采集 分析 控制 结果输出和用户界面等功能都 是由软件完成 硬件仅仅是为了解决信号的输入输出 因为软件是整个仪器系 统的核心 即体现了 软件即仪器 的思想 虚拟仪器以计算机硬件为平台 由传感器 模块化硬件接口卡以及测量软 件库构成虚实并存的测量系统 它是计算机硬件资源 仪器测控硬件和用于数 据分析 过程通讯及图形用户界面软件之间的有效结合 具有传统仪器所没有 的信号采集 分析和输出功能 其基本结构包括计算机 虚拟仪器软件 硬件 接口和测控仪器 虚拟仪器系统概念是对传统仪器概念的重大突破 是计算机系统与仪器系 统技术相结合的产物 它利用计算机系统的强大功能 结合相应的硬件 大大 突破传统仪器在数据处理 显示 传送 处理等方面的限制 使用户可以方便 地对其进行维护 扩展 升级等 虚拟仪器系统可以广泛地应用在通讯 自动 化 半导体 航空 电子 电力 生化制药 和工业生产等各种领域 4 1 24 1 2 LabVIEWLabVIEW 编程特点编程特点 LabView Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench 是一种用 图标代替文本行创建应用程序的图形化编程语言 由美国国家仪器 NI 公司 研制开发的 类似于 C 和 BASIC 开发环境 但是 LabVIEW 与其他计算机语言 的显著区别是 其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码 而 LabView 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序 产生的程序是框图的形式 其 主要应用于测试 测量和控制领域 LabView 的图形化编程方式 极大的简化了测量和控制系统的开发过程 缩短了系统开发和调试周期 使用 LabView 编写程序 简单的工作很容易完成 特别是和其他的文本编程语言比较更是如此 LabView 不但功能强大 灵活方 便 而且还具有良好的可读性 可写性 可维护性 可重用性和可理解性等 主要特点有 1 尽可能采用了通用的硬件 各种仪器的差异主要是软件 2 可充分发挥计算机的能力 有强大的数据处理功能 可以创造出功能更 强的仪器 3 可以根据自己的需要定义和制造各种仪器 4 1 34 1 3 LabVIEWLabVIEW 程序的组成程序的组成 一个完整的 LabVIEW 开发环境包括基本模块和扩展模块两部分 引擎部分是整个图 形化开发环境的核心 包括编辑模块 运行模块和调试模块 LabVIEW 环境下开发的程序 称为虚拟仪器 VI 程序 VI 由一个前面板 程序流程图和一个接口板组成 接口板用于上层的 VI 调用该 VI 4 2 NI VISE 简介简介 LabVIEW 提供了功能强大的 VISA 库 VISA Virtual Instrument Software Architecture 虚拟仪器软件构架 是用于仪器编程的标准 I O 函数库及其相 关规范的总称 VISA 库驻留于计算机系统中 完成计算机与仪器之间的连接 用以实现对仪器的程序控制 其实质是用于虚拟仪器系统的标准的 API VISA 本身不具备编程能力 它是一个高层 API 通过调用底层驱动程序来实现对仪 器的编程 其层次如图 4 1 a 所示 VISA 是采用 VPP 标准的 I O 接口软件 其软件结构应包含三部分 如图 4 1 b 所示 4 1 a VISE 内部机制 4 1 b VISE 结构 4 1VISE 内部机制与结构 本文用到的主要串口通讯函数有 1 VISE 串口配置 如图 4 2 所示 该节点主要用于将 VISA 资源名称指定的串口按特定设置初始化 使用哪一个 多态实例将由连接至 VISA 资源名称输入端的 VISA 类决定 主要参数意义如 下 VISA 资源名称 指定要打开的资源 该控件也可指定会话句柄和类 波特率 波特率是传输速率 默认值为 9600 数据比特 数据比特是输入数据的位数 数据比特的值介于 5 和 8 之间 默认 值 为 8 奇偶 奇偶是指定要传输或接收的每一帧所使用的奇偶校验 奇偶校验位 默 认值为无校验 偶校验等 停止位 停止位是指定用于表示帧结束的停止位的数量 设置停止位 可以为 1 1 5 2 2 VISE 读取 如图 4 3 所示 该节点为串口读子 VI 为本文中的主要节点 将串口中的数据读出 然后 利用 LabVIEW 的强大数据处理功能对其进行分析处理 主要参数意义如下 VISA 资源名称 设置串口号 指定要打开的资源 该控件也可指定会话句柄和 类 字节总数 字节总数是要读取的字节数量 该节点用于设置读取字节数 VISA 资源名称输出 VISA 资源名称输出是由 VISA 函数返回的 VISA 资源名称的副本 读取缓冲区 读取缓冲区是指从设备读取的数据 由于 LabVIEW 的串行通讯子 VI 只允许对字符串的读写 因此本文中在进行数据处理时 必须要实现字符串与数字之间的正确转换 此外 若要读入当前串口中的所有字符 则要先执行 组串 子 VI 用以确定 将要读入的确切的字节数 然后将其输出作为 VISA 读取节点的输入即可 3 VISE 写入节点 如图 4 4 所示 该模块用于将写入缓冲区的数据写入 VISA 资源名称指定的设备或接口中 VISA 资源名称 VISA 资源名称用于指定要打开的资源 该控件也可指定会话 句柄和类 写入缓冲区 写入缓冲区用于设置要写入设备的数据 返回数 用于输入实际写入的字节数 4 VISE 串口关闭 该模块用于对串行端口进行关闭任务操作 如图 4 5 所 示 4 3 系统程序设计系统程序设计 本文设计的系统程序主要包括以下 4 方面 1 串口数据传输 主要使用了 NI VISE 模块 2 数据处理 主要应用了数值处理函数模块 3 结果显示 使用了布尔型 LED 灯显示及强大的图表显示模块 4 数据存储 应用了文件 I O 模块的部分控件 4 3 1 串口数据传输模块串口数据传输模块 串口数据传输模块包括串口写入和串口读取 串口写入用到了 VISE Write 函数 用于上位机对下位机酒精浓度阀值的控制 串口读取用到了 VISE Read 函数 作用是采集下位机通过 RS 232 C 串口通信传上来的数据 要进行串口操 作 首先需要对串口进行初始化配置 配置好之后无需反复更改 因此放在 While 结构的外面 在 VISE Read 函数进行串口数据读取之前首先判断是否需 要用 VISE Write 向下位机设置酒精浓度阀值 不需要则直接读取数据 需要则 先写入数据 在读取串口数据 串口数据传输模块程序流程图如图 4 6 所示 开始 是否设置上限 NO 写入数据 读取数据 串口关闭 结束 具体程序编写如下图 4 7 所示 4 3 2 数据处理模块数据处理模块 数据处理模块主要实现声光报警功能和对串口通信中字符串与数值之间的 转化 上位机控制下位机阀值的同时将阀值送给上位机 上位机采集到浓度信 息后与与阀值作比较 大于等于上限值则蜂鸣器报警且