基于蓝牙无线传输的LabVIEW数据采集和写入

◆黄惠玲

基于蓝牙无线传输的LabVIEW数据采集和写入

◆黄惠玲

（东莞市信息技术学校 广东 523000）

电子技术课程是电类专业的基础性课程，是物联网、智能家居、网络安防等学科的底层硬件电路支持，电子技术具有很强的专业延伸能力。目前，中职阶段的电子技术实训教学封闭性强，表现为理论抽象，技能要求高，传统的实训内容和实训手段局限性大，不能满足电子技术作为电类专业基础性课程的要求，不能有效发挥电子技术的专业延伸作用。在电子技术实训教学中，采用LabVIEW可视化界面设计及程序框图编写，在计算机界面采集、写入电路控制信号，更新了电子技术实训手段；在数据传输方面，采用HC-05蓝牙串口模块，实现计算机用户界面与硬件电路端无线控制，扩大电子实训的内容范围，有效引导学生往物联网、智能家居、网络安防等专业发展，有效地发挥电子技术作为电类专业基础性课程的作用。

LabVIEW控制；无线传输；专业延伸

电子技术是一门关于电子元器件的识别与检测、电路分析与应用、电路系统设计与实现的电类基础性课程，包含模拟电路、数字电路、电路分析等内容。电子技术是电类专业的基础性课程，是物联网、智能家居、网络安防等学科的底层硬件电路支持，具有很强的专业延伸能力。但是，目前中职阶段的电子技术教学封闭性强，主要原因是电子技术飞速发展，电子技术实训在教学手段和实训内容滞后，跟不上行业发展，不能有效发挥电子技术作为电类专业基础性课程的作用。电子技术教学没有高屋建瓴的引导，学生没有形成专业发展观，如同盲人摸象，限制了专业的发展。本论文研究在电子技术实训教学引入LabVIEW可视化界面设计及程序框图编写，更新电子技术实训手段；采用HC-05蓝牙串口模块无线传输数据，实现计算机用户界面与硬件电路端无线控制，扩大电子技术实训内容，指引学生向物联网、智能家居、网络安防等专业方向延伸，加强电子技术与行业接轨，提升学生电子技术学习兴趣，发挥电子技术专业延伸的能力。

以“步进电机控制电路”为案例，研究基于LabVIEW数据采集与写入、HC-05蓝牙串口模块无线传输的无线控制系统的设计与实现及其在电子技术实训教学上的意义。

1 步进电机控制电路工作原理

步进电机控制电路主要由按键输入模块、信号处理模块、执行模块三部分组成，如图1所示。

图1 步进电机控制电路模块组成

输入模块：由SW1、SW2、SW3、SW4、SW5五个按键组成。当按键按下，分别向单片机模块对应引脚发送正转、反转、加速、减速、启动/停止控制信号。

处理模块：由单片机及其外围电路组成。单片机内部程序正确识别控制信号，并正确响应，向控制执行电路输出控制信号，完成步进电机正转、反转、加速、减速、启动/停止等功能。

执行模块：由数码管显示电路、LED显示电路、步进电机驱动电路组成。数码管显示当前步进电机的转速；流水灯LED2-LED5通过闪烁快慢直观显示步进电机转速快慢，LED6、LED7是步进电机正转、反转指示灯；步进电机驱动电路控制步进电机运行状态。

电路功能：SW5按下，步进电机启动；按下SW1，步进电机正转，正转指示灯LED7亮；按下SW2，步进电机反转，反转指示灯LED6亮；每按下SW3，步进电机转速加快，数码显示管显示当前转速，流水灯LED2-LED5闪烁与电机转速同步；每按下SW4，步进电机转速减慢，数码显示管显示当前转速，流水灯LED2-LED5闪烁与电机转速同步；再按下SW5，步进电机停止。

2 LabVIEW界面设计与程序编写

LabVIEW数据采集与写入手段有采集卡和串口，本论文讨论基于串口的数据采集及写入。

2.1 LabVIEW界面设计

打开LabVIEW软件，在前面板设计步进电机控制界面，界面由串口选择、档位选择、正反转选择、启动/停止、操作反馈组成，如图2所示。其中控制步进电机转速，共有9档；当步进电机控制硬件电路能正常接收到来自LabVIEW操作界面发出的控制信号时，控制界面能正确反馈该操作成功。

图2 步进电机主控制界面

2.2 LabVIEW程序设计

根据步进电机控制界面，编写程序需实现以下功能：串口选择、控制步进电机启/停止、控制步进电机正/反转、控制步进电机转速共9档、蓝牙调试、电机正常运行的反馈提示。程序采用事件结构，添加5个事件分支，分别实现以上功能，如图3所示，展示了控制步进电机正反转分支程序。

图3 步进电机正反转分支程序

LabVIEW界面设计与程序编写在本案例中的应用，是为了读取串口信号，从而读取硬件电路当前状态，通过用户操作界面，向串口发送数据，控制硬件电路运行。数据从步进电机主控制界面到硬件电路，传输的方式分为有线传输和无线传输，目前物联网、智能家居、网络安防等主要采用无线数据传输方式，为了更好贴近生活，与行业接轨，引导学生专业发展，本案例研究基于蓝牙串口模块的无线传输模式。

3 HC-05蓝牙串口模块的调试与运行

3.1 HC-05蓝牙串口模块工作原理

HC-05 蓝牙串口通信模块，是基于 Bluetooth Specification V2.0 带 EDR蓝牙协议的数传模块。HC-05 模块用于代替全双工通信时的物理连线，如图4所示。左边的设备向模块发送串口数据，模块的 RXD 端口收到串口数据后，自动将数据以无线电波的方式发送到空中。右边的模块能自动接收到，并从 TXD 还原最初左边设备所发的串口数据。从右到左也是一样的。

3.2 HC-05蓝牙串口模块调试

（1）进入AT模式

两个蓝牙模块的PIO11接VCC，上电后即进入AT指令模式，都用USB转TTL模块连接到电脑的USB接口。

（2）串口调试助手设置蓝牙模块

①开启2个串口调试窗口，一个打开蓝牙A的COM口，一个打开蓝牙B的COM口。串口调试助手A将蓝牙A恢复默认设置；串口调试助手B将蓝牙B恢复默认设置。

②串口调试助手A设置蓝牙A配对码，串口调试助手B设置蓝牙B配对码，蓝牙A与蓝牙B的配对码相同，才能成功配对。

③串口调试助手A将蓝牙A配置为主机模式，串口调试助手B将蓝牙B配置为从机模式。

④串口调试助手B查询蓝牙B地址，串口调试助手A将蓝牙A绑定蓝牙B地址。

2个蓝牙模块的PIO11引脚都接地，重新上电后进入常规工作模式，自动完成配对。之后，串口调试助手A和串口调试助手B就能互传数据了。

图4 蓝牙工作原理

4 基于LabVIEW数据采集和写入、HC-05蓝牙串口模块无线传输的步进电机控制电路的运行与调试

以上三步骤分别完成了步进电机控制电路系统硬件电路的设计与调试、LabVIEW用户界面设计与程序编写、HC-05蓝牙串口模块的配置后，接下来调试计算机端，用户操作界面无线控制步进电机硬件电路的运用与反馈。

图5 步进电机转速设置调试

蓝牙A、蓝牙B分别装配USB接口，用串口调试助手配置蓝牙A、蓝牙B，配对成功后，蓝牙A接入计算机USB端口，蓝牙B装配USB接口，接入硬件电路USB端口。

电路上电，运行LabVIEW程序，在前面板控制界面选择合适的串口（本案例通信串口是COM4），点击“Close Serial Port”打开串口端口，串口配置就绪，等待数据读取或写入；此时，点击“Start”启动电机，LabVIEW向串口写入一个启动命令（本案例启动命令是55 AA 01 00），通过蓝牙A无线发送给蓝牙B，蓝牙B接收到命令后，把命令传输到硬件电路的单片机进行识别及处理；命令被有效识别后，单片机又给蓝牙B发送一个反馈代码，由蓝牙B发送回蓝牙A，蓝牙A接收到反馈代码后，LabVIEW串口读取该代码，并通过字符串的形式在用户界面显示“电机启动成功”。其他操作同理。

经过运行调试，LabVIEW能正确地无线控制步进电机硬件电路启动、停止、正反转切换、转速设置，并在用户操作界面正确反馈步进电机当前状态。经过测试，LabVIEW通过蓝牙HC-05串口模块无线传输控制步进电机硬件电路的有效距离约为9.68米左右，符合蓝牙无线传输距离。

5 基于LabVIEW数据采集和写入、HC-05蓝牙串口模块无线传输在电子技术实训教学应用的意义

5.1 LabVIEW在电子技术实训教学应用的意义

LabVIEW在电子技术实训教学中的使用，更新了电子实训手段，拓展了实训内容，较之传统电子实训教学，有以下优势：

（1）由于传统电子技术实训手段、实训内容的局限性，造成电子技术实训教学具有很强的封闭性，大部分实训教学停留在验证型实验，很少达到设计型或综合型实训，增加LabVIEW实训手段，实训内容更丰富。

（2）LabVIEW人机交互式界面，实训教学显得更“智能化”，打破电子技术实训教学陈旧现象，更能吸引学生，提高学习兴趣。

5.2 基于LabVIEW数据采集和写入、蓝牙无线传输在电子技术实训教学应用的意义

基于LabVIEW数据采集和写入、蓝牙无线传输技术在电子技术实训教学上的应用，其实训系统原理框图如图6所示：

图6 基于LabVIEW数据采集和写入、蓝牙无线传输的系统原理图

其中，硬件电路对应了物联网技术的感知层，蓝牙无线传输对应了物联网技术的网络层，信号采集与写入和可视化控制界面对应了物联网技术的应用层，与物联网技术不同的是，基于LabVIEW数据采集和写入、蓝牙无线传输技术在电子技术实训教学没有采用网络层把数据从硬件电路端传送到计算机终端，而是采用蓝牙无线传输。

综上所述，基于LabVIEW数据采集和写入、蓝牙无线传输在电子技术实训教学的应用，更新了电子技术实训手段，拓宽了实训范围，电子技术专业轻松延伸到物联网、智能家居、网络安防等专业，更好地发挥了电子技术作为电类专业基础性课程的作用，开发学生专业拓展能力，符合电子技能型人才培养需求。

[1]黄惠玲. LabVIEW在电子技术实训教学中的应用及意义[J]. 科技创新导报，2020（14）：231-232.

[2]朱真杰. 电子技术基础教学反思[J]. 2019年“互联网环境下的基础教育改革与创新”研讨会，2019：437-438.

[3]方跃春. 高职物联网应用技术专业电子技术课程教学项目设计[J].探索与观察，2019（23）：45-46.