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基于WIFI网络的无线虚拟示波器设计

来源:中国期刊网 分类:电子 发布时间:2020-07-17 浏览:

  【摘 要】本文介绍了一种应用WiFi技术实现无线传输的虚拟示波器方案。使用RT5350芯片设计串口转WiFi模块,把数据采集模块串口发出的数据转换成WiFi协议数据,再经无线网络传送给PC机,由PC机上的应用软件对数据处理后显示出对应的波形。该方案设计出的仪器开发成本低,使用方便,应用灵活,有一定的实用价值。

  【关键词】虚拟示波器;WIFI;无线传输;RT5350 中图分类号:TM935 文献标识码: A

  文章编号: 2095-2457(2019)28-0029-002

  DOI:10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.009 Virtual oscilloscope; WiFi; Wireless transmission; RT5350

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  0 引言

  與模拟示波器相比,数字示波器具有数据存储、运算和分析功能,易于展现信号动态变化过程中的全部细节和异常现象。虚拟数字示波器一般由检测模块和微型计算机组成,应用微机强大的数据处理功能,完成对模拟信号的数字处理,可实现各种测试功能[1-2]。 仪器仪表中常用的通信方式是通过串行接口实现异步通信,串行通信一般使用有线传输方式,这种方式虽然能适应绝大多数的应用环境,但面对一些特殊的环境,例如布线难度大、强腐蚀性、设备存在交叉运动等,有线传输将无法适应[3]。而使用无线传输技术,就不需要考虑复杂的线路敷设问题,更易于选择合理的检测点,维护更方便,扩展性更强。

  1 系统硬件设计

  无线虚拟示波器的结构由下位机(由数据采集模块、WiFi单元组成)和上位机组成,如图1所示。数据采集模块的控制核心是单片机,单片机与WiFi单元之间通过串口进行数据通信。WiFi单元构成了一个无线传感节点。上位机(PC机)中的无线网卡与WiFi单元之间按照IEEE802.11协议进行双向无线数据通信。上位机对下位机的控制命令有两个:运行和停止。系统工作时,数据采集模块捕获的信号数据,首先通过串行口发送给WiFi单元,再经无线网络发送给PC机,最后由LabVIEW软件进行处理,并以图形模式显示出所测信号的变化规律。

  1.1 数据采集模块

  数据采集模块主要由信号调理电路[4]、A/D转换电路、存储器和单片机组成。 调理电路接受测试现场传感器传送过来的模拟量信号。A/D转换使用TI公司的8位A/D转换器TLC5510[5]。A/D转换器与单片机之间要加上高速数据缓存器[6]。TI公司生产的SN74ACT7808是可以实现FIFO(先进先出)异步读写操作的双端口缓冲存储器,存储深度为2048×9位,从 FIFO 中读出数据的顺序与写入顺序的相同。 单片机使用Atmel公司的ATmega128芯片,这是一款低功耗、高稳定性、高性能的8位AVR微处理器,在嵌入式系统设计中得到了广泛的应用[7]。在进行信号测试时,单片机使用读指令从缓冲器取出数据,并通过串行口发送给WiFi模块。当单片机接收到上位机发来的“停止”命令后,将封锁TLC5510和SN74ACT7808的时钟信号,A/D转换停止工作直至被唤醒为止,这样将大大降低模块的待机功耗。

  1.2 WiFi单元硬件结构

  WiFi单元硬件系统的核心芯片使用RT5350[8],此芯片集成了MIPS 24KC 360 MHz处理器,支持IEEE 802.11b/g/n标准协议,具有USB、SPI、UART等接口。在本系统中,上、下位机使用点对点通信,只需将制作好的WiFi单元块配置成客户端模式,上位机配置成服务器模式,就可实现串口转WiFi点对点的数据传输。

  2 系统软件设计

  2.1 通信协议规定

  上、下位机异步通信时,一个数据包由6个字节组成:1个字节包头,4个字节数据和1个字节结束位。表1列出了通信双方使用的数据包格式。 2.2 单片机应用软件设计 数据采集模块中的单片机ATmega128主要负责三个方面的工作。一是接收上位机的控制命令,并根据命令内容选择控制策略;二是控制模块中A/D转换器、高速缓冲器等电路单元,使它们合理协调地工作;三是读取转换好的数据,按约定的协议经WiFi模块发送给上位机。 下位机的唤醒和休眠使用中断触发控制方式。如果在休眠状态接收到“运行”命令,下位机被唤醒。如果在数据传送过程中接收到“停止”命令,下位机立即进入休眠状态。

  2.3 上位机程序设计

  上位机中的无线网卡能自动搜索WiFi模块并与之连接,一旦连接成功,就在两者之间建立起无线通信链路。上位机程序开发平台使用LabVIEW,该软件使用图形化的编程语言,是开发虚拟仪器的常用软件之一。上位机程序按功能可分为两部分:数据通信模块和信号处理显示模块。 数据通信模块的主要实现三个功能:(1)在LabVIEW与WiFi模块之间建立数据通信,(2)接收数据并存储,(3)发送数据。 数据处理显示模块包括仪器的前面板设计和功能模块程序设计。显示区呈现信号波形的动态变化过程;控制区用于实现对输入通道、触发形式、时基幅值及信号处理形式的控制。程序中的软件功能模块主要有信号发生模块、信号测量模块和频谱分析模块等,通过这些功能模块实现对被测信号波形的显示、存储和回放,同时具备信号处理与分析能力。

  3 测试

  测试实验所用相关设备有:振动平台,一体化振动变送器HSBG-V3200,WiFi模块和PC机。测试时,让振动平台产生不同振动强度和频率的正弦振动信号,在电脑上观察所测信号的波形形状、幅值和频率,图2所示为试验过程中虚拟示波器显示的信号波形。试验结果表明,设计的虚拟示波器上、下位机之间无线通信顺畅,能准确地再现振动平台产生的正弦振荡信号。

  4 结束语

  应用WiFi无线通信技术设计的虚拟示波器,检测模块结构紧凑,使用方面,功能强大,开发成本低。在工作环境相对复杂的场合使用,优势尤其明显。微型计算机不仅是示波器的显示设备,同时也能提供更多的计算、分析和决策功能。设计的仪器在教学、科研和工业现场监测等领域有着广泛的应用前景。

  【參考文献】

  [1]杨程,尹超,冯辉宗,等.压铸设备运行实时监控系统研究及应用[J].现代制造工程,2015(11):113-118.

  [2]陈昌鑫,勒鸿,冯彦君,等.数据采集卡和虚拟示波器系统[J].仪表技术与传感器,2012(3):67-69,72.

  [3]唐林林,赵秋明.LabVIEW的串口转WiFi数据传输实现方法[J].单片机与嵌入式系统应用,2015,15(9):26-28.

  [4]刘畅,刘修权,黄平.胶囊内窥镜弱磁场测量系统设计与实验研究[J].现代制造工程,2016(7):95-100.

  [5]姜虎强,姜平,杜亚江,等.基于ATmega128的无线数据采集系统[J].微计算机信息,2007,23(26):129-130.

  [6]马英杰,万文杰,陈可.高速核脉冲信号数字存储示波器的研制[J].核电子学与探测技术,2015(10):1017-1022

  [7]樊明龙,赵剑峰,周杰.基于双处理器的消防应急电源控制系统研制[J].消防科学与技术,2015(6):786-788.

  [8]闫巧,李保广.嵌入式3G路由器实用功能的设计与实现[J].计算机工程与设计,2014,35(5):1634-1638.undefined

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文章名称:基于WIFI网络的无线虚拟示波器设计

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