基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)腖abVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入

◆黃惠玲

基于藍(lán)牙無線傳輸?shù)腖abVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入

◆黃惠玲

（東莞市信息技術(shù)學(xué)校 廣東 523000）

電子技術(shù)課程是電類專業(yè)的基礎(chǔ)性課程，是物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防等學(xué)科的底層硬件電路支持，電子技術(shù)具有很強(qiáng)的專業(yè)延伸能力。目前，中職階段的電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)封閉性強(qiáng)，表現(xiàn)為理論抽象，技能要求高，傳統(tǒng)的實訓(xùn)內(nèi)容和實訓(xùn)手段局限性大，不能滿足電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的要求，不能有效發(fā)揮電子技術(shù)的專業(yè)延伸作用。在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)中，采用LabVIEW可視化界面設(shè)計及程序框圖編寫，在計算機(jī)界面采集、寫入電路控制信號，更新了電子技術(shù)實訓(xùn)手段；在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用HC-05藍(lán)牙串口模塊，實現(xiàn)計算機(jī)用戶界面與硬件電路端無線控制，擴(kuò)大電子實訓(xùn)的內(nèi)容范圍，有效引導(dǎo)學(xué)生往物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防等專業(yè)發(fā)展，有效地發(fā)揮電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的作用。

LabVIEW控制；無線傳輸；專業(yè)延伸

電子技術(shù)是一門關(guān)于電子元器件的識別與檢測、電路分析與應(yīng)用、電路系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)的電類基礎(chǔ)性課程，包含模擬電路、數(shù)字電路、電路分析等內(nèi)容。電子技術(shù)是電類專業(yè)的基礎(chǔ)性課程，是物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防等學(xué)科的底層硬件電路支持，具有很強(qiáng)的專業(yè)延伸能力。但是，目前中職階段的電子技術(shù)教學(xué)封閉性強(qiáng)，主要原因是電子技術(shù)飛速發(fā)展，電子技術(shù)實訓(xùn)在教學(xué)手段和實訓(xùn)內(nèi)容滯后，跟不上行業(yè)發(fā)展，不能有效發(fā)揮電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的作用。電子技術(shù)教學(xué)沒有高屋建瓴的引導(dǎo)，學(xué)生沒有形成專業(yè)發(fā)展觀，如同盲人摸象，限制了專業(yè)的發(fā)展。本論文研究在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)引入LabVIEW可視化界面設(shè)計及程序框圖編寫，更新電子技術(shù)實訓(xùn)手段；采用HC-05藍(lán)牙串口模塊無線傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)計算機(jī)用戶界面與硬件電路端無線控制，擴(kuò)大電子技術(shù)實訓(xùn)內(nèi)容，指引學(xué)生向物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防等專業(yè)方向延伸，加強(qiáng)電子技術(shù)與行業(yè)接軌，提升學(xué)生電子技術(shù)學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮電子技術(shù)專業(yè)延伸的能力。

以“步進(jìn)電機(jī)控制電路”為案例，研究基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集與寫入、HC-05藍(lán)牙串口模塊無線傳輸?shù)臒o線控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)及其在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)上的意義。

1 步進(jìn)電機(jī)控制電路工作原理

步進(jìn)電機(jī)控制電路主要由按鍵輸入模塊、信號處理模塊、執(zhí)行模塊三部分組成，如圖1所示。

圖1 步進(jìn)電機(jī)控制電路模塊組成

輸入模塊：由SW1、SW2、SW3、SW4、SW5五個按鍵組成。當(dāng)按鍵按下，分別向單片機(jī)模塊對應(yīng)引腳發(fā)送正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、啟動/停止控制信號。

處理模塊：由單片機(jī)及其外圍電路組成。單片機(jī)內(nèi)部程序正確識別控制信號，并正確響應(yīng)，向控制執(zhí)行電路輸出控制信號，完成步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速、啟動/停止等功能。

執(zhí)行模塊：由數(shù)碼管顯示電路、LED顯示電路、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路組成。數(shù)碼管顯示當(dāng)前步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速；流水燈LED2-LED5通過閃爍快慢直觀顯示步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速快慢，LED6、LED7是步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)指示燈；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路控制步進(jìn)電機(jī)運行狀態(tài)。

電路功能：SW5按下，步進(jìn)電機(jī)啟動；按下SW1，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，正轉(zhuǎn)指示燈LED7亮；按下SW2，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)指示燈LED6亮；每按下SW3，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速加快，數(shù)碼顯示管顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，流水燈LED2-LED5閃爍與電機(jī)轉(zhuǎn)速同步；每按下SW4，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速減慢，數(shù)碼顯示管顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速，流水燈LED2-LED5閃爍與電機(jī)轉(zhuǎn)速同步；再按下SW5，步進(jìn)電機(jī)停止。

2 LabVIEW界面設(shè)計與程序編寫

LabVIEW數(shù)據(jù)采集與寫入手段有采集卡和串口，本論文討論基于串口的數(shù)據(jù)采集及寫入。

2.1 LabVIEW界面設(shè)計

打開LabVIEW軟件，在前面板設(shè)計步進(jìn)電機(jī)控制界面，界面由串口選擇、檔位選擇、正反轉(zhuǎn)選擇、啟動/停止、操作反饋組成，如圖2所示。其中控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速，共有9檔；當(dāng)步進(jìn)電機(jī)控制硬件電路能正常接收到來自LabVIEW操作界面發(fā)出的控制信號時，控制界面能正確反饋該操作成功。

圖2 步進(jìn)電機(jī)主控制界面

2.2 LabVIEW程序設(shè)計

根據(jù)步進(jìn)電機(jī)控制界面，編寫程序需實現(xiàn)以下功能：串口選擇、控制步進(jìn)電機(jī)啟/停止、控制步進(jìn)電機(jī)正/反轉(zhuǎn)、控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速共9檔、藍(lán)牙調(diào)試、電機(jī)正常運行的反饋提示。程序采用事件結(jié)構(gòu)，添加5個事件分支，分別實現(xiàn)以上功能，如圖3所示，展示了控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)分支程序。

圖3 步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)分支程序

LabVIEW界面設(shè)計與程序編寫在本案例中的應(yīng)用，是為了讀取串口信號，從而讀取硬件電路當(dāng)前狀態(tài)，通過用戶操作界面，向串口發(fā)送數(shù)據(jù)，控制硬件電路運行。數(shù)據(jù)從步進(jìn)電機(jī)主控制界面到硬件電路，傳輸?shù)姆绞椒譃橛芯€傳輸和無線傳輸，目前物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防等主要采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，為了更好貼近生活，與行業(yè)接軌，引導(dǎo)學(xué)生專業(yè)發(fā)展，本案例研究基于藍(lán)牙串口模塊的無線傳輸模式。

3 HC-05藍(lán)牙串口模塊的調(diào)試與運行

3.1 HC-05藍(lán)牙串口模塊工作原理

HC-05 藍(lán)牙串口通信模塊，是基于 Bluetooth Specification V2.0 帶 EDR藍(lán)牙協(xié)議的數(shù)傳模塊。HC-05 模塊用于代替全雙工通信時的物理連線，如圖4所示。左邊的設(shè)備向模塊發(fā)送串口數(shù)據(jù)，模塊的 RXD 端口收到串口數(shù)據(jù)后，自動將數(shù)據(jù)以無線電波的方式發(fā)送到空中。右邊的模塊能自動接收到，并從 TXD 還原最初左邊設(shè)備所發(fā)的串口數(shù)據(jù)。從右到左也是一樣的。

3.2 HC-05藍(lán)牙串口模塊調(diào)試

（1）進(jìn)入AT模式

兩個藍(lán)牙模塊的PIO11接VCC，上電后即進(jìn)入AT指令模式，都用USB轉(zhuǎn)TTL模塊連接到電腦的USB接口。

（2）串口調(diào)試助手設(shè)置藍(lán)牙模塊

①開啟2個串口調(diào)試窗口，一個打開藍(lán)牙A的COM口，一個打開藍(lán)牙B的COM口。串口調(diào)試助手A將藍(lán)牙A恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置；串口調(diào)試助手B將藍(lán)牙B恢復(fù)默認(rèn)設(shè)置。

②串口調(diào)試助手A設(shè)置藍(lán)牙A配對碼，串口調(diào)試助手B設(shè)置藍(lán)牙B配對碼，藍(lán)牙A與藍(lán)牙B的配對碼相同，才能成功配對。

③串口調(diào)試助手A將藍(lán)牙A配置為主機(jī)模式，串口調(diào)試助手B將藍(lán)牙B配置為從機(jī)模式。

④串口調(diào)試助手B查詢藍(lán)牙B地址，串口調(diào)試助手A將藍(lán)牙A綁定藍(lán)牙B地址。

2個藍(lán)牙模塊的PIO11引腳都接地，重新上電后進(jìn)入常規(guī)工作模式，自動完成配對。之后，串口調(diào)試助手A和串口調(diào)試助手B就能互傳數(shù)據(jù)了。

圖4 藍(lán)牙工作原理

4 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、HC-05藍(lán)牙串口模塊無線傳輸?shù)牟竭M(jìn)電機(jī)控制電路的運行與調(diào)試

以上三步驟分別完成了步進(jìn)電機(jī)控制電路系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計與調(diào)試、LabVIEW用戶界面設(shè)計與程序編寫、HC-05藍(lán)牙串口模塊的配置后，接下來調(diào)試計算機(jī)端，用戶操作界面無線控制步進(jìn)電機(jī)硬件電路的運用與反饋。

圖5 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置調(diào)試

藍(lán)牙A、藍(lán)牙B分別裝配USB接口，用串口調(diào)試助手配置藍(lán)牙A、藍(lán)牙B，配對成功后，藍(lán)牙A接入計算機(jī)USB端口，藍(lán)牙B裝配USB接口，接入硬件電路USB端口。

電路上電，運行LabVIEW程序，在前面板控制界面選擇合適的串口（本案例通信串口是COM4），點擊“Close Serial Port”打開串口端口，串口配置就緒，等待數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭?；此時，點擊“Start”啟動電機(jī)，LabVIEW向串口寫入一個啟動命令（本案例啟動命令是55 AA 01 00），通過藍(lán)牙A無線發(fā)送給藍(lán)牙B，藍(lán)牙B接收到命令后，把命令傳輸?shù)接布娐返膯纹瑱C(jī)進(jìn)行識別及處理；命令被有效識別后，單片機(jī)又給藍(lán)牙B發(fā)送一個反饋代碼，由藍(lán)牙B發(fā)送回藍(lán)牙A，藍(lán)牙A接收到反饋代碼后，LabVIEW串口讀取該代碼，并通過字符串的形式在用戶界面顯示“電機(jī)啟動成功”。其他操作同理。

經(jīng)過運行調(diào)試，LabVIEW能正確地?zé)o線控制步進(jìn)電機(jī)硬件電路啟動、停止、正反轉(zhuǎn)切換、轉(zhuǎn)速設(shè)置，并在用戶操作界面正確反饋步進(jìn)電機(jī)當(dāng)前狀態(tài)。經(jīng)過測試，LabVIEW通過藍(lán)牙HC-05串口模塊無線傳輸控制步進(jìn)電機(jī)硬件電路的有效距離約為9.68米左右，符合藍(lán)牙無線傳輸距離。

5 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、HC-05藍(lán)牙串口模塊無線傳輸在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用的意義

5.1 LabVIEW在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用的意義

LabVIEW在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)中的使用，更新了電子實訓(xùn)手段，拓展了實訓(xùn)內(nèi)容，較之傳統(tǒng)電子實訓(xùn)教學(xué)，有以下優(yōu)勢：

（1）由于傳統(tǒng)電子技術(shù)實訓(xùn)手段、實訓(xùn)內(nèi)容的局限性，造成電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)具有很強(qiáng)的封閉性，大部分實訓(xùn)教學(xué)停留在驗證型實驗，很少達(dá)到設(shè)計型或綜合型實訓(xùn)，增加LabVIEW實訓(xùn)手段，實訓(xùn)內(nèi)容更豐富。

（2）LabVIEW人機(jī)交互式界面，實訓(xùn)教學(xué)顯得更“智能化”，打破電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)陳舊現(xiàn)象，更能吸引學(xué)生，提高學(xué)習(xí)興趣。

5.2 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、藍(lán)牙無線傳輸在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)應(yīng)用的意義

基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)上的應(yīng)用，其實訓(xùn)系統(tǒng)原理框圖如圖6所示：

圖6 基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、藍(lán)牙無線傳輸?shù)南到y(tǒng)原理圖

其中，硬件電路對應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的感知層，藍(lán)牙無線傳輸對應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)層，信號采集與寫入和可視化控制界面對應(yīng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用層，與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不同的是，基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、藍(lán)牙無線傳輸技術(shù)在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)沒有采用網(wǎng)絡(luò)層把數(shù)據(jù)從硬件電路端傳送到計算機(jī)終端，而是采用藍(lán)牙無線傳輸。

綜上所述，基于LabVIEW數(shù)據(jù)采集和寫入、藍(lán)牙無線傳輸在電子技術(shù)實訓(xùn)教學(xué)的應(yīng)用，更新了電子技術(shù)實訓(xùn)手段，拓寬了實訓(xùn)范圍，電子技術(shù)專業(yè)輕松延伸到物聯(lián)網(wǎng)、智能家居、網(wǎng)絡(luò)安防等專業(yè)，更好地發(fā)揮了電子技術(shù)作為電類專業(yè)基礎(chǔ)性課程的作用，開發(fā)學(xué)生專業(yè)拓展能力，符合電子技能型人才培養(yǎng)需求。

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[3]方躍春. 高職物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)電子技術(shù)課程教學(xué)項目設(shè)計[J].探索與觀察，2019（23）：45-46.