盛文涛　樊明龙　钱静

【摘 要】本文介绍了一种应用WiFi技术实现无线传输的虚拟示波器方案。使用RT5350芯片设计串口转WiFi模块，把数据采集模块串口发出的数据转换成WiFi协议数据，再经无线网络传送给PC机，由PC机上的应用软件对数据处理后显示出对应的波形。该方案设计出的仪器开发成本低，使用方便，应用灵活，有一定的实用价值。

【关键词】虚拟示波器;WIFI;无线传输;RT5350

中图分类号：TM935 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）28-0029-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.28.009

【Abstract】This paper describes a program that uses WiFi technology to realize wireless virtual oscilloscopes. RT5350 chip is used for making module， which can change serial data into WiFi data. The data sent by the acquisition module serial is first transformed into WiFi protocol data， then transmitted to the PC through the wireless network. The application software on the PC processes the data and shows the corresponding waveform. The device made on the basis of this design is low-cost， easy to use， flexible application and has a certain practical value.

【Key words】Virtual oscilloscope; WiFi; Wireless transmission; RT5350

0 引言

與模拟示波器相比，数字示波器具有数据存储、运算和分析功能，易于展现信号动态变化过程中的全部细节和异常现象。虚拟数字示波器一般由检测模块和微型计算机组成，应用微机强大的数据处理功能，完成对模拟信号的数字处理，可实现各种测试功能[1-2]。

仪器仪表中常用的通信方式是通过串行接口实现异步通信，串行通信一般使用有线传输方式，这种方式虽然能适应绝大多数的应用环境，但面对一些特殊的环境，例如布线难度大、强腐蚀性、设备存在交叉运动等，有线传输将无法适应[3]。而使用无线传输技术，就不需要考虑复杂的线路敷设问题，更易于选择合理的检测点，维护更方便，扩展性更强。

1 系统硬件设计

无线虚拟示波器的结构由下位机（由数据采集模块、WiFi单元组成）和上位机组成，如图1所示。数据采集模块的控制核心是单片机，单片机与WiFi单元之间通过串口进行数据通信。WiFi单元构成了一个无线传感节点。上位机（PC机）中的无线网卡与WiFi单元之间按照IEEE802.11协议进行双向无线数据通信。上位机对下位机的控制命令有两个：运行和停止。系统工作时，数据采集模块捕获的信号数据，首先通过串行口发送给WiFi单元，再经无线网络发送给PC机，最后由LabVIEW软件进行处理，并以图形模式显示出所测信号的变化规律。

1.1 数据采集模块

数据采集模块主要由信号调理电路[4]、A/D转换电路、存储器和单片机组成。

调理电路接受测试现场传感器传送过来的模拟量信号。A/D转换使用TI公司的8位A/D转换器TLC5510[5]。A/D转换器与单片机之间要加上高速数据缓存器[6]。TI公司生产的SN74ACT7808是可以实现FIFO（先进先出）异步读写操作的双端口缓冲存储器，存储深度为2048×9位，从 FIFO 中读出数据的顺序与写入顺序的相同。

单片机使用Atmel公司的ATmega128芯片，这是一款低功耗、高稳定性、高性能的8位AVR微处理器，在嵌入式系统设计中得到了广泛的应用[7]。在进行信号测试时，单片机使用读指令从缓冲器取出数据，并通过串行口发送给WiFi模块。当单片机接收到上位机发来的“停止”命令后，将封锁TLC5510和SN74ACT7808的时钟信号，A/D转换停止工作直至被唤醒为止，这样将大大降低模块的待机功耗。

1.2 WiFi单元硬件结构

WiFi单元硬件系统的核心芯片使用RT5350[8]，此芯片集成了MIPS 24KC 360 MHz处理器，支持IEEE 802.11b/g/n标准协议，具有USB、SPI、UART等接口。在本系统中，上、下位机使用点对点通信，只需将制作好的WiFi单元块配置成客户端模式，上位机配置成服务器模式，就可实现串口转WiFi点对点的数据传输。

2 系统软件设计

2.1 通信协议规定

上、下位机异步通信时，一个数据包由6个字节组成：1个字节包头，4个字节数据和1个字节结束位。表1列出了通信双方使用的数据包格式。

2.2 单片机应用软件设计

数据采集模块中的单片机ATmega128主要负责三个方面的工作。一是接收上位机的控制命令，并根据命令内容选择控制策略;二是控制模块中A/D转换器、高速缓冲器等电路单元，使它们合理协调地工作;三是读取转换好的数据，按约定的协议经WiFi模块发送给上位机。

下位机的唤醒和休眠使用中断触发控制方式。如果在休眠状态接收到“运行”命令，下位机被唤醒。如果在数据传送过程中接收到“停止”命令，下位机立即进入休眠状态。

2.3 上位机程序设计

上位机中的无线网卡能自动搜索WiFi模块并与之连接，一旦连接成功，就在两者之间建立起无线通信链路。上位机程序开发平台使用LabVIEW，该软件使用图形化的编程语言，是开发虚拟仪器的常用软件之一。上位机程序按功能可分为两部分：数据通信模块和信号处理显示模块。

数据通信模块的主要实现三个功能：（1）在LabVIEW与WiFi模块之间建立数据通信，（2）接收数据并存储，（3）发送数据。

数据处理显示模块包括仪器的前面板设计和功能模块程序设计。显示区呈现信号波形的动态变化过程;控制区用于实现对输入通道、触发形式、时基幅值及信号处理形式的控制。程序中的软件功能模块主要有信号发生模块、信号测量模块和频谱分析模块等，通过这些功能模块实现对被测信号波形的显示、存储和回放，同时具备信号处理与分析能力。

3 测试

测试实验所用相关设备有：振动平台，一体化振动变送器HSBG-V3200，WiFi模块和PC机。测试时，让振动平台产生不同振动强度和频率的正弦振动信号，在电脑上观察所测信号的波形形状、幅值和频率，图2所示为试验过程中虚拟示波器显示的信号波形。试验结果表明，设计的虚拟示波器上、下位机之间无线通信顺畅，能准确地再现振动平台产生的正弦振荡信号。

4 结束语

应用WiFi无线通信技术设计的虚拟示波器，检测模块结构紧凑，使用方面，功能强大，开发成本低。在工作环境相对复杂的场合使用，优势尤其明显。微型计算机不仅是示波器的显示设备，同时也能提供更多的计算、分析和决策功能。设计的仪器在教学、科研和工业现场监测等领域有着广泛的应用前景。

【參考文献】

[1]杨程，尹超，冯辉宗，等.压铸设备运行实时监控系统研究及应用[J].现代制造工程，2015（11）：113-118.

[2]陈昌鑫，勒鸿，冯彦君，等.数据采集卡和虚拟示波器系统[J].仪表技术与传感器，2012（3）：67-69，72.

[3]唐林林，赵秋明.LabVIEW的串口转WiFi数据传输实现方法[J].单片机与嵌入式系统应用，2015，15（9）：26-28.

[4]刘畅，刘修权，黄平.胶囊内窥镜弱磁场测量系统设计与实验研究[J].现代制造工程，2016（7）：95-100.

[5]姜虎强，姜平，杜亚江，等.基于ATmega128的无线数据采集系统[J].微计算机信息，2007，23（26）：129-130.

[6]马英杰，万文杰，陈可.高速核脉冲信号数字存储示波器的研制[J].核电子学与探测技术，2015（10）：1017-1022

[7]樊明龙，赵剑峰，周杰.基于双处理器的消防应急电源控制系统研制[J].消防科学与技术，2015（6）：786-788.

[8]闫巧，李保广.嵌入式3G路由器实用功能的设计与实现[J].计算机工程与设计，2014，35（5）：1634-1638.