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摘 要：以水轮发电机组流量效率监测系统为例，介绍利用LabWindows／CVI实现的上位机和监测仪之间的串行通信。
关键词：虚拟仪器；串行通信；LabWindows／CVI
Realization of Serial Communication Based on LabWindows／CVI
HUANGTian－shu，LIShi－han，HUANGMian－hua （School of Electronic Information，Wuhan University，Wuhan 430072，China）
Abstract：This paper presents the application of virtual instrument technologytotheflux and efficiency monitoring system of a hydroelectric gen－erating set．This systemuses LabWindows／CVIto realize the serial communication between the PCand the instrument．
Keywords：virtualinstrument；serialcommunication；LabWindows／CVI
1 实现串行通信的两种基本方法
1．1 调用Windows API函数
Windows操作系统通过WinAPI函数为应用程序提供编程接口和执行环境。串行通信时，用CreatFile函数打开串口，并配置串行端口的通信参数，用Write－File函数向串行端口写入数据，ReadFile函数读取串口中的数据。通信结束时必须用CloseHandle函数关闭串口，当此函数返回True时，关闭动作完成。
1．2 使用MSComm控件
为了简化串行通信编程，Microsoft公司提供了一种ActiveX控件MSComm。使用串口之前要先设置属性MSComm1－＞PortOpen＝true打开串口，使用完之后设置PortOpen＝false关闭串口，串口的通信功能都要在PortOpen的true和false之间完成。
2 Lab Windows／CVI简介
2．1 简介
LabWindows／CVI是NI公司开发的32位面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发平台，可以在多种操作系统下运行。它将功能强大、使用灵活的C语言平台与用于数据采集、分析和表达的测控专业工具有机地结合起来，为熟悉C语言的开发人员建立检测系统、自动测量系统、过程监控系统等提供了一个理想的软件开发环境。在虚拟仪器系统开发中，与其他编程语言相比，它提供丰富的虚拟仪表控件，使界面非常类似传统仪器；它具有很好的硬件接口功能，几乎为所有的数据卡、采集仪器之类的采集设备都提供了CVI专 门的驱动程序，这不仅使得编程方便，还使程序稳定可靠；它集成了许多工业用的数学分析功能，如：傅立叶变换、功率谱分析、统计分析等，而且，要实现这些分析功能只需要简单地调用几个库函数。
2．2 LabWindows／CVI中的RS－232函数
CVI提供了专门的RS－232通信函数库。
（1）打开／关闭函数：OpenCom，OpenComConfig和CloseCom。
（2）I／O读写函数：总计有7组函数，以下为其中常用的四组：
ComRd：从串口的接收缓冲区读指定长度的字符；ComRdByte：从串口的接收缓冲区读取一个字符；ComWrt：向串口的输出缓冲区中写指定长度的字符；ComWrtByte：向串口的输出缓冲区中写一个字符。
（3）Xmodem函数：它使用了一种包含出错检测的文件传输协议进行串口通信。在这种协议中，文件通过信息包来传送，信息包中不仅包括了文件中的数据，还包括了校验和同步信息。
（4）串口控制函数：总计有7组函数，以下为其中常用的四组：
SetComTime：设置I／O操作超时的时间限制；
SetCTSMode：禁止或允许硬件握手并设置硬件握手方式；FlushInQ／FlushOutQ：清空输入／输出队列。
（5）状态函数：主要包括端口状态信息和通信错误代码信息等。
（6）回调函数InstallComCallback：为指定的串口安装回调函数。在Lab Windows／CVI中提供了两种机制实现串口通信（即查询或使用回调函数）。在Windows操作系统下，回调函数有可能由于消息堵塞造成数据的丢失，因此，对于通讯速率较高的场合最好使用查询的机制。
3 实例
3．1实例简介
水轮发电机组流量效率监测系统是由监测仪和上位机（即PC机或IPC）构成的虚拟仪器系统。系统中监测仪的基本功能是测量机组当前运行状态，各相关部件的压力以及流量和效率等参数。但是，由于监测仪一般由单片机构建，它本身的存贮、处理和显示功能有限。系统中的高级数据分析处理功能，如长期的（一年或半年）在不同水头下机组效率和耗水率的变化情况，不同出力情况下机组效率和耗水率的变化情况，机组用水量的变化趋势等这些功能就要借助上位机才能实现。因为该系统中通信数据量不大，对通信速率的要求不高，所以，监测仪和上位机之间采用串行通信。
3．2 通信协议
系统的通信参数为：波特率9600bps，没有奇偶校验，8位数据位，1位停止位。
流量效率监测仪的通信协议帧的构成见表1。 
其中帧头FH为固定内容EBH,90H,EBH,90H。 帧类别FT主要表征当前通信帧的性质，具体内容为：
FT＝01H，上位机发送的询问监测仪当前准备状态的数据帧；
FT＝02H，上位机发送的设置监测仪参数的数据帧；
FT＝03H，上位机向监测仪发送的数据请求帧；
FT＝04H，监测仪发送的数据帧。帧类别为04H时，数据场内容依次为：瞬时流量、累计用水量、机组效率、机组出力、累计发电量、发电耗水率、蜗壳压力、下游水位、工作水头、前日用水量、前日发电量、前日均耗水率和拦污栅压差等13个量，每个量4个字节，总共52个字节。
校验和SUM＝帧类别＋数据长度＋数据场。
在通信过程中，接收方接收到数据后，要立即返回确认帧：接收错误返回时，将相应帧类别最高位置1，数据长度置00；接收正确返回时，将相应帧类别次高位置1，数据长度置00。上下位机之间如果通信失败，发送方要重发5次，每次间隔1秒。
3．3 通信实现
3．3．1 配置和打开串行端口
通信端口的选择和通信参数配置面板如图1所示，在“Config／Open”按钮的回调函数中，按所选的参数 配置并打开通信端口。 
 3．3．2上位机和监测仪的通信初始化
通信端口成功打开后，初始化上位机和监测仪之间的通信通路，上位机向监测仪发送询问当前状态帧
InitFrame＝｛0xEB，0x90，0xEB，0x90，0x01，0x00，0x00，0x01｝，NSendbytes＝ComWrt（Comport，InitFrame，8）；／／向输出缓冲区写8个字节的数据
如果在5秒钟之内监测仪有确认帧InitComeback＝｛0xEB，0x90，0xEB，0x90，0x41，0x00，0x00，0x41｝，说明通信初始化成功，通信通路建立。
3．3．3 上位机请求监测仪发送数据
当通信通路建立后，上位机可以通过多种方式向监测仪索求数据。在本例中采用一个时间间隔为2秒钟的定时器，定时向监测仪发送数据请求帧SendQ＝｛0xEB，0x90，0xEB，0x90，0x03，0x00，0x00，0x03｝，在定时器的EVENT_TIMER_TICK事件中发送：
3．3．4 上位机接收监测仪发送的返回确认帧
当监测仪接收到上位机发送的数据请求帧后，首先要根据情况发回确认帧。上位机接收监测仪的返回数据有查询方式和端口事件的方式。在本系统中采用查询方式，其程序段如下：
0x00，0x83｝，说明出现了某种错误，需要进行重发；如果Recv＝｛0xEB，0x90，0xEB，0x90，0x43，0x00，0x00，0x43｝，则说明监测仪紧接着将发送具体的测量数据。
3．3．5上位机接收监测仪发送的测量数据帧
上位机收到接收正确的确认帧后，马上就接收测量数据帧，并按协议规定的数据格式进行相应的处理，部分程序代码如下：
数据接收后，检查帧头、帧类型、数据长度及计算校验和，对这些数据进行检验看它是否正确；如果以上检验都正确，可以认为该次数据通信传输是成功的，上位机马上向监测仪发送接收正确的确认帧SendRG＝｛0xEB，0x90，0xEB，0x90，0x43，0x00，0x00，0x43｝，并对接收的数据进行处理，相应的程序代码如下：
低字在前，高字在后；而每个字中又是低字节在前，高字节在后，所以要进行换算。例如换算瞬时流量，其实际值程序代码如下，其他12个量的处理方法相同
3．3．6 通信结束，关闭通信通路
关闭通信通路就是关闭通信端口，其程序段如下：
CloseCom（Comport）；
至此，在LabWidows／CVI平台中实现串行端口通信的过程结束。 4 结束语
在通信速率要求不高的测量系统中，使用串行总线构建的虚拟仪器系统，接口简单，使用方便，价格低廉。应用实践表明，利用串行通信端口实现的流量效率监测仪虚拟仪器系统实用可靠，实现了对机组流量效率的长期监测，使运行人员能利用机组的运行规律适时的调整负荷调度方案，使机组在运行时达到能量转换效率的最大化，从而实现水电厂的经济运行。
参考文献
［1］NI．LabWindows／CVIProgrammer Reference manual［Z］．2003．
［2］张凤均．LabWindows／CVI开发入门和进阶［M］．北京：北京航天航空大学出版社，2001． () | 
