【摘 要】本文介紹了一種應用WiFi技術(shù)實現(xiàn)無線傳輸?shù)奶摂M示波器方案。使用RT5350芯片設計串口轉(zhuǎn)WiFi模塊，把數(shù)據(jù)采集模塊串口發(fā)出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成WiFi協(xié)議數(shù)據(jù)，再經(jīng)無線網(wǎng)絡傳送給PC機，由PC機上的應用軟件對數(shù)據(jù)處理后顯示出對應的波形。該方案設計出的儀器開發(fā)成本低，使用方便，應用靈活，有一定的實用價值。 　　【關(guān)鍵詞】虛擬示波器;WIFI;無線傳輸;RT5350 中圖分類號：TM935 文獻標識碼： A 　　文章編號： 2095-2457(2019)28-0029-002 　　DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.009 Virtual oscilloscope; WiFi; Wireless transmission; RT5350 　　《電子世界》雜志由中國電子學會主辦，創(chuàng)刊于1979年，讀者遍及全國30個省、市、自治區(qū)。本刊全方位推崇E時代大眾電子科學意識，傳播電子與信息領域的新知識、新技術(shù)，發(fā)表最新科研成果和展示技術(shù)進展狀況，始終注重扶持學術(shù)新人，尤其關(guān)注廣大青年科技工作者，優(yōu)先發(fā)表理工科青年教師和研究生中的優(yōu)秀學術(shù)稿件。 　　0 引言 　　與模擬示波器相比，數(shù)字示波器具有數(shù)據(jù)存儲、運算和分析功能，易于展現(xiàn)信號動態(tài)變化過程中的全部細節(jié)和異?，F(xiàn)象。虛擬數(shù)字示波器一般由檢測模塊和微型計算機組成，應用微機強大的數(shù)據(jù)處理功能，完成對模擬信號的數(shù)字處理，可實現(xiàn)各種測試功能[1-2]。 儀器儀表中常用的通信方式是通過串行接口實現(xiàn)異步通信，串行通信一般使用有線傳輸方式，這種方式雖然能適應絕大多數(shù)的應用環(huán)境，但面對一些特殊的環(huán)境，例如布線難度大、強腐蝕性、設備存在交叉運動等，有線傳輸將無法適應[3]。而使用無線傳輸技術(shù)，就不需要考慮復雜的線路敷設問題，更易于選擇合理的檢測點，維護更方便，擴展性更強。 　　1 系統(tǒng)硬件設計 　　無線虛擬示波器的結(jié)構(gòu)由下位機(由數(shù)據(jù)采集模塊、WiFi單元組成)和上位機組成，如圖1所示。數(shù)據(jù)采集模塊的控制核心是單片機，單片機與WiFi單元之間通過串口進行數(shù)據(jù)通信。WiFi單元構(gòu)成了一個無線傳感節(jié)點。上位機(PC機)中的無線網(wǎng)卡與WiFi單元之間按照IEEE802.11協(xié)議進行雙向無線數(shù)據(jù)通信。上位機對下位機的控制命令有兩個：運行和停止。系統(tǒng)工作時，數(shù)據(jù)采集模塊捕獲的信號數(shù)據(jù)，首先通過串行口發(fā)送給WiFi單元，再經(jīng)無線網(wǎng)絡發(fā)送給PC機，最后由LabVIEW軟件進行處理，并以圖形模式顯示出所測信號的變化規(guī)律。 　　1.1 數(shù)據(jù)采集模塊 　　數(shù)據(jù)采集模塊主要由信號調(diào)理電路[4]、A/D轉(zhuǎn)換電路、存儲器和單片機組成。 調(diào)理電路接受測試現(xiàn)場傳感器傳送過來的模擬量信號。A/D轉(zhuǎn)換使用TI公司的8位A/D轉(zhuǎn)換器TLC5510[5]。A/D轉(zhuǎn)換器與單片機之間要加上高速數(shù)據(jù)緩存器[6]。TI公司生產(chǎn)的SN74ACT7808是可以實現(xiàn)FIFO(先進先出)異步讀寫操作的雙端口緩沖存儲器，存儲深度為2048×9位，從 FIFO 中讀出數(shù)據(jù)的順序與寫入順序的相同。 單片機使用Atmel公司的ATmega128芯片，這是一款低功耗、高穩(wěn)定性、高性能的8位AVR微處理器，在嵌入式系統(tǒng)設計中得到了廣泛的應用[7]。在進行信號測試時，單片機使用讀指令從緩沖器取出數(shù)據(jù)，并通過串行口發(fā)送給WiFi模塊。當單片機接收到上位機發(fā)來的“停止”命令后，將封鎖TLC5510和SN74ACT7808的時鐘信號，A/D轉(zhuǎn)換停止工作直至被喚醒為止，這樣將大大降低模塊的待機功耗。 　　1.2 WiFi單元硬件結(jié)構(gòu) 　　WiFi單元硬件系統(tǒng)的核心芯片使用RT5350[8]，此芯片集成了MIPS 24KC 360 MHz處理器，支持IEEE 802.11b/g/n標準協(xié)議，具有USB、SPI、UART等接口。在本系統(tǒng)中，上、下位機使用點對點通信，只需將制作好的WiFi單元塊配置成客戶端模式，上位機配置成服務器模式，就可實現(xiàn)串口轉(zhuǎn)WiFi點對點的數(shù)據(jù)傳輸。 　　2 系統(tǒng)軟件設計 　　2.1 通信協(xié)議規(guī)定 　　上、下位機異步通信時，一個數(shù)據(jù)包由6個字節(jié)組成：1個字節(jié)包頭，4個字節(jié)數(shù)據(jù)和1個字節(jié)結(jié)束位。表1列出了通信雙方使用的數(shù)據(jù)包格式。 2.2 單片機應用軟件設計 數(shù)據(jù)采集模塊中的單片機ATmega128主要負責三個方面的工作。一是接收上位機的控制命令，并根據(jù)命令內(nèi)容選擇控制策略;二是控制模塊中A/D轉(zhuǎn)換器、高速緩沖器等電路單元，使它們合理協(xié)調(diào)地工作;三是讀取轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，按約定的協(xié)議經(jīng)WiFi模塊發(fā)送給上位機。 下位機的喚醒和休眠使用中斷觸發(fā)控制方式。如果在休眠狀態(tài)接收到“運行”命令，下位機被喚醒。如果在數(shù)據(jù)傳送過程中接收到“停止”命令，下位機立即進入休眠狀態(tài)。 　　2.3 上位機程序設計 　　上位機中的無線網(wǎng)卡能自動搜索WiFi模塊并與之連接，一旦連接成功，就在兩者之間建立起無線通信鏈路。上位機程序開發(fā)平臺使用LabVIEW，該軟件使用圖形化的編程語言，是開發(fā)虛擬儀器的常用軟件之一。上位機程序按功能可分為兩部分：數(shù)據(jù)通信模塊和信號處理顯示模塊。 數(shù)據(jù)通信模塊的主要實現(xiàn)三個功能：(1)在LabVIEW與WiFi模塊之間建立數(shù)據(jù)通信，(2)接收數(shù)據(jù)并存儲，(3)發(fā)送數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)處理顯示模塊包括儀器的前面板設計和功能模塊程序設計。顯示區(qū)呈現(xiàn)信號波形的動態(tài)變化過程;控制區(qū)用于實現(xiàn)對輸入通道、觸發(fā)形式、時基幅值及信號處理形式的控制。程序中的軟件功能模塊主要有信號發(fā)生模塊、信號測量模塊和頻譜分析模塊等，通過這些功能模塊實現(xiàn)對被測信號波形的顯示、存儲和回放，同時具備信號處理與分析能力。 　　3 測試 　　測試實驗所用相關(guān)設備有：振動平臺，一體化振動變送器HSBG-V3200，WiFi模塊和PC機。測試時，讓振動平臺產(chǎn)生不同振動強度和頻率的正弦振動信號，在電腦上觀察所測信號的波形形狀、幅值和頻率，圖2所示為試驗過程中虛擬示波器顯示的信號波形。試驗結(jié)果表明，設計的虛擬示波器上、下位機之間無線通信順暢，能準確地再現(xiàn)振動平臺產(chǎn)生的正弦振蕩信號。 　　4 結(jié)束語 　　應用WiFi無線通信技術(shù)設計的虛擬示波器，檢測模塊結(jié)構(gòu)緊湊，使用方面，功能強大，開發(fā)成本低。在工作環(huán)境相對復雜的場合使用，優(yōu)勢尤其明顯。微型計算機不僅是示波器的顯示設備，同時也能提供更多的計算、分析和決策功能。設計的儀器在教學、科研和工業(yè)現(xiàn)場監(jiān)測等領域有著廣泛的應用前景。 　　【參考文獻】 　　[1]楊程，尹超，馮輝宗，等.壓鑄設備運行實時監(jiān)控系統(tǒng)研究及應用[J].現(xiàn)代制造工程，2015(11)：113-118. 　　[2]陳昌鑫，勒鴻，馮彥君，等.數(shù)據(jù)采集卡和虛擬示波器系統(tǒng)[J].儀表技術(shù)與傳感器，2012(3)：67-69，72. 　　[3]唐林林，趙秋明.LabVIEW的串口轉(zhuǎn)WiFi數(shù)據(jù)傳輸實現(xiàn)方法[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用，2015，15(9)：26-28. 　　[4]劉暢，劉修權(quán)，黃平.膠囊內(nèi)窺鏡弱磁場測量系統(tǒng)設計與實驗研究[J].現(xiàn)代制造工程，2016(7)：95-100. 　　[5]姜虎強，姜平，杜亞江，等.基于ATmega128的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[J].微計算機信息，2007，23(26)：129-130. 　　[6]馬英杰，萬文杰，陳可.高速核脈沖信號數(shù)字存儲示波器的研制[J].核電子學與探測技術(shù)，2015(10)：1017-1022 　　[7]樊明龍，趙劍峰，周杰.基于雙處理器的消防應急電源控制系統(tǒng)研制[J].消防科學與技術(shù)，2015(6)：786-788. 　　[8]閆巧，李保廣.嵌入式3G路由器實用功能的設計與實現(xiàn)[J].計算機工程與設計，2014，35(5)：1634-1638.undefined 本文由期刊論文網(wǎng)首發(fā)，一個權(quán)威專業(yè)的學術(shù)論文發(fā)表知識網(wǎng)。 文章名稱：基于WIFI網(wǎng)絡的無線虛擬示波器設計