摘要: 在測控領域，儀器與計算機之間通常采用串口通信，串口通信是有線傳輸，存在傳輸距離短、可移動性差等缺點。本文采用串口與WiFi相結合的方式，提出了一種基于軟件LabVIEW的串口轉WiFi數據傳輸的實現方法，從而使串口通信擺脫了線纜的束縛。

引言
在測控領域，儀器通常需要與計算機建立通信來傳輸測量信息以及對儀器進行控制。在儀器上，常用的通信接口為串口，串口通信的傳輸介質是有線電纜，雖然有線傳輸能適應絕大多數的工業環境，但在一些特殊環境中（如強腐蝕性、布線困難、儀器產生交叉運動等），有線傳輸由于其自身的缺陷將無法適應。本文介紹了一種基于LabVIEW的串口轉WiFi數據傳輸實現方法，在LabVIEW平臺上實現串口通過WiFi傳輸數據。

1LabVIEW簡介

LabVIEW是NI公司推出的一種圖形化編程語言，自問世以來經過了快速發展，現被廣泛應用于測控領域。LabVIEW 集成了滿足 GPIB、VXI、RS232和RS485協議的硬件及數據采集卡通信的全部功能，還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣[1]。

LabVIEW的圖形化編程語言又稱為“G”語言，使用這種語言編程時，基本上不用寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。它可以增強構建科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統，可以大大提高工作效率。

2串口轉WiFi的硬件實現

雷凌公司生產的RT5350芯片集成了MIPS 24KC 360 MHz處理器，支持IEEE802.11b/g/n標準以及WEP64/124、WPA、WPA2、WAPI加密，具有USB、GPIB、SPI、UART等接口。該芯片體積小，功能強大，價格低廉，并且僅需很少的外圍器件就可以正常工作，能夠實現低成本開發無線WiFi產品。因此，選用RT5350作為串口轉WiFi硬件系統的核心芯片,能直接將串口數據轉成WiFi數據發送，串口轉WiFi的硬件系統框圖如圖1所示[2]。

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圖1 串口轉WiFi硬件框圖

通過硬件電路的設計以及調試，制作出來的串口轉WiFi模塊可以實現串口轉WiFi服務器、串口轉WiFi客戶端、串口轉以太網這3種模式，可以根據需要將模塊配置成相應的工作模式。例如簡單的點對點通信，只要將一個模塊配置成串口轉WiFi服務器模式，另一個模塊配置成串口轉WiFi客戶端模式，就能夠實現串口轉WiFi點對點的數據傳輸。在實際測試中，采用的是主從模式，即主機與無線WiFi路由器連接（自身帶有無線WiFi功能的電腦無需連接路由器），將與儀器連接的串口轉WiFi模塊配置成客戶端模式，具體連接方式如圖2所示[3-4]。

圖2 網絡連接方式

3軟件設計

3.1程序設計思路
串口轉WiFi，在發送數據時，是通過讀取串口上的數據，將其存入緩沖區，然后把數據賦值給網絡數據發送端，將數據發送出去；在接收數據時，先讀取網絡接收到的數據，同時存入緩存區，再將數據發送給串口。

串口轉WiFi數據傳輸采用的是TCP通信協議，通常TCP通信在軟件設計上需要編寫上位機和下位機，對于帶有操作系統的儀器，只需將編寫好的程序移植到儀器上就能實現數據的傳輸，這里不再討論。

在測控領域中，多數儀器上沒有操作系統，上、下位機這樣的通信模式并不適用，需要編寫程序僅在PC機端就能完成數據傳輸。而串口轉WiFi數據傳輸的重點在于模塊之間通信鏈路的建立，在數據傳輸系統搭建完成后，所有模塊都已連接到服務器，PC機發送數據時默認是給所有連接的模塊發送，即發送時若不指定模塊，所有連接的模塊將同時接收到PC機發送的數據。模塊是根據IP地址來區分的，即一個模塊對應一個IP地址，因此，在發送數據時輸入IP地址就能給對應的模塊發送數據。

3.2主機程序設計
主機使用LabVIEW作為開發平臺，讓計算機串口、網口與串口轉WiFi模塊之間建立橋梁，從而實現串口數據的無線傳輸功能。在串口數據處理上，調用的是LabVIEW的VISA來進行編程，它是一個標準應用程序編程接口，集成了串口的驅動函數，通過調用VISA的串口通信功能函數能夠實現串口的初始化、讀寫與關閉功能。在網絡數據處理上，調用LabVIEW的TCP協議來進行編程，通過調用TCP協議的功能函數實現打開TCP連接、建立TCP監聽與讀寫TCP數據等功能。程序按功能可以分為兩個模塊：串口數據處理模塊和網絡數據處理模塊。

串口數據處理模塊的功能是為主機串口與串口設備建立連接，確保兩者之間通信順暢。調用“VISA配置串口”來配置串口號、波特率、數據位和校驗位，完成串口的初始化；調用“VISA發送”給串口發送數據；調用“VISA讀取”讀取主機串口接收到的數據，并將其存入緩存區[5-6]。
網絡數據處理模塊功能是為主機與串口轉WiFi模塊建立網絡連接，調用“打開TCP連接”使主機與指定模塊建立通信鏈路，需輸入模塊的IP地址與端口；調用“寫入TCP數據”向模塊發送數據；調用“讀取TCP數據”來讀取接收到的網絡數據。軟件的流程框圖如圖3所示。

圖3 LabVIEW程序流程框圖

LabVIEW在發送網絡數據時，常用的方法是調用兩個“寫入TCP數據”函數，第一個“寫入TCP數據”指定發送數據的大小，第二個“寫入TCP數據”發送數據（如圖4所示）。同樣，在讀取數據時，調用兩個“讀取TCP數據”函數，第一個“讀取TCP數據”采集數據的大小，第二個“讀取TCP數據”讀取數據（如圖5所示）[78]。這種方法只適用于收發都是LabVIEW程序控制，與其他平臺網絡數據傳輸軟件不兼容，無法正確接收數據，因為在發送數據時不發送數據的大小。解決的辦法是接收數據只調用一個“讀取TCP數據”函數，如果數據大小固定，在函數“讀取的字節”端輸入固定值，否則，在發送數據時在結尾處加上回車。LabVIEW串口轉WiFi數據傳輸接收和讀取的后面板略——編者注。

4效果驗證

為了測試數據傳輸的可靠性，在主機上用虛擬串口軟件產生一對虛擬串口COM2、COM3，打開串口調試助手軟件，把串口配置成串口號為COM2、波特率為115 200、數據位為8，LabVIEW 程序的串口配置成串口號為COM3，其余一樣，這樣兩者就建立了連接。再將串口轉WiFi模塊與另一個PC機用串口線連接，配置模塊連接主機的無線路由器，在主機LabVIEW程序中輸入模塊的IP地址與端口，并打開網絡連接，這時主機與模塊之間通過WiFi連接。

在PC機上打開串口調試助手，給串口發送字符“模塊測試數據”，數據會通過模塊發送到主機，主機上LabVIEW程序的網絡數據接收框顯示“模塊測試數據”，同時主機上串口調試助手也同樣顯示。同樣，主機上串口調試助手發送字符“主機測試數據”，在LabVIEW程序的串口數據框和PC機串口調試助手都會顯示“主機測試數據”，說明數據傳輸收發正常（如圖6所示）。

圖6 LabVIEW串口轉WiFi前面板顯示

結語

隨著無線技術的廣泛應用，傳統的有線傳輸逐漸被無線傳輸所取代，無線傳輸不受線纜的束縛，設備位置改變不需要重新布線。通過基于LabVIEW的串口轉WiFi數據傳輸可以將串口數據以無線的方式進行傳輸，使得串口設備之間的連接更加方便快捷。該方法成本低，使用方便，并且具有良好的通用性和可擴展性。