许飞勇，许飞燕，罗欢，李莹，芦炜
（中国人民解放军第7451工厂，湖南郴州，423000）
0 引言
RS422接口标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，是一种采用4线制，全双工，差分传输，一个主设备，其余从设备，主设备和从设备之间能双向全双工通信，从设备之间不能通信，所以支持点对多的双向通信，最多可接10个节点。由于收发独立，通信时不必控制数据方向，最大传输距离可达1200米，最大传输速率可达10Mb/s，抗干扰能力强，广泛应用于电信通讯、计算机网络、汽车制造、仪器仪表、机床设备、智能家居和军事科工等诸多领域。本文介绍了LabVIEW在激光测距及预警RS422通信技术检测方面的应用。
1 原理简介与系统设计
1.1 激光发射器工作原理
激光发射器内含配电板、解算板、接收组件、储能电容和底板组成，其工作原理框图如图1所示：上电后配电板向储能电容充电， RS422通信口接收到外界下达的激光发射指令后，触发氙灯放电并发射激光，激光被目标反射回来经放大整形后被接收组件接收，由解算板内CPU根据光速及激光往返间隔时间计算目标距离，目标距离数据经RS422通信口上传。
图1 激光发射器工作原理框图
1.2 激光接收器工作原理
激光接收器含CPU单元和天线，其工作原理框图如图2所示：上电后CPU单元能进行自检，并通过 RS422通信口上传自检信息。如有外部激光照射时，天线将感应到激光
图2 激光接收器工作原理框图
信号转化为电信号并传送至CPU单元，解算后由RS422通信口上传激光信息参数数据信息。
1.3 激光测距及预警RS422通信检测原理
根据激光发射器和激光接收器的工作原理，设计其RS422通信检测原理如图3所示，研制一款具有两路RS422通信接口的计算机作为上位机，计算机作为RS422通信主站，单独检测激光发射器时在主站上位机上运用LabVIEW软件编写设计的VI(虚拟仪器)，调用VISA资源，通过上位计算机的RS422通信接口COM1向激光发射器下达激光发射命令，同时上位计算机的COM1通信口也接收激光发射器上传的距离信息，通过程序解析后在LabVIEW组态的前面板上形象地
图3 激光测距及预警RS422通信检测原理框图
将检测结果显示出来。单独检测激光接收器时使用简易手持激光器对准激光接收器发射激光，上位计算机通过RS422通信接口COM2接收激光接收器上传的激光源方位信息，通过程序解析，结果也在LabVIEW组态的前面板上形象地显示出来。联合检测时，将激光发射器发射的激光对准激光接收器，上位计算机利用软件编程通过RS422通信接口COM1和COM2分别与激光发射器和激光接收器进行通信，下达激光发射命令和接收上传的激光信息数据，通过程序解析，将检测结果在LabVIEW组态的前面板上形象地显示出来。
1.4 控制流程设计
检测控制流程如图4所示，上位机运行Labview编写检测程序后，首先通过RS422接口接收被测部件自检数据，判断激光发射/接收器是否上电自检正常，如正常则继续接收被测部件发送过来的RS422通信数据；激光发射模式设计了手动和自动两个模式，手动模式下需要人工按下触发按钮才能下达激光发射指令进行激光发射，每按一下发射一次激光，测距次数加一，自动模式下上位机根据设计的程序可选5Hz和10Hz两种频率下发激光发射指令发射激光，每次到达设定的定时间隔时间发射一次激光，测距次数加一；任何时候按下清零按钮，所有数据清零复位。
图4 控制流程图
1.5 硬件及外围电路设计
上位机采用定制便携计算机，配置双串口主板，酷睿7代i7处理器，512G固态硬盘，16G内存，内置快充电池，RS422接口2个，分别与激光发射器和激光接收器通信，外形为DB9孔连接器。RS422全双工接线原则TX+(发+)接对方RX+(收+)，TX-(发-)接对方RX-(收-)，RX+(收+)接对方TX+(发+)，RX-(收-)接对方TX-(发-)，接线图如图5所示。传输介质为屏蔽双绞线。
图5 检测接线图
1.6 虚拟仪器设计
根据被测激光发射器和激光接收器的检验技术要求，设计虚拟仪器必须满足以下要求：⑴激光发射器和激光接收器能分别进行单独检测；⑵激光发射器和激光接收器能一起进行整体联合检测；⑶硬件共用一台计算机设备完成所有检测项目。
1.6.1 虚拟仪器前面板设计
运用LabVIEW软件，编写检测程序，根据通信协议将收到的通信数据（十六进制数据）进行直观形象图案组态，在前面板上用布尔控件下达控制指令如触发、自动手动选择等用户指令；用布尔指示器亮灭表示故障、工况、方位、激光源和通信类型等信息，用数值指示器直接显示角度、距离、测距次数和批次等数值，使用人员在检测过程中可以一目了然的知道故障现象。虚拟检测仪前面板设计如图6和图7所示。
图6 激光发射器检测仪前面板
1.6.2 虚拟仪器程序框图设计
虚拟仪器程序框图设计是图形化源代码编写的过程，是虚拟仪器设计的核心，本例需要对计算机的RS422通信口进行写入和读取，需要用到虚拟仪器标准体系结构（Virtual Instrument Standard Architecture）简称VISA。通过VISA资源名称端子选择计算机的通信端口（如COM1或COM2）,再调用VISA配置串口函数节点对所选的通信口进行配置，这里我们将计算机COM1通信口配置为：波特率19200，8位数据位，奇校验，1位停止位，如图8所示；COM2通信口配置为：波特率38400，8位数据位，无校验，1位停止位。
图8 通信端口COM1设置
通过通信口的字节属性节点获得其字节数信息，当通信端口字节数不为零时，通过调用VISA读取函数节点读取获得通信口接收到的数据。
从通信口读取的数据为字符型数据，通过字符串至字节数组转换函数将字符串数据转换为无符号字节数组，索引数组里特定的某个元素，将该元素的值与通信协议规定的值进行比较判断，并将比较结果用布尔指示器进行指示；如果是数值数据则直接换算将结果送数组指示器进行显示，使使用者能直观判断被测部件好坏，如图9所示。
图9 通信数据解析
自动模式下，激光发射指令的装载由定时器控制，到达指定的间隔时间，调用VISA写入函数节点将发射指令B302C4写入指定的RS422通信口并发送出去；手动状态下，激光发射指令的装载由触发布尔控件控制，按下触发控件，调用VISA写入函数节点将发射指令B302C4写入指定的RS422通信口并发送出去，如图10所示。
图10 通信端口写入
2 性能验证
检测仪设计制作完毕后，对大量被测产品进行检测，在功能性能方面检测准确率达100%，角度参数检测误差为0，距离参数检测3000米以内误差为0，3000-6000米检测误差范围为5米以内，达到被测部件检测技术条件要求。
3 结束语
本文介绍了一款基于LabVIEW的RS422通信技术虚拟检测仪器研究、设计与制作过程，通过LabVIEW软件编写检测程序将计算机虚拟成一台检测设备，设备投入使用后能完成对激光发射器和接收器的单独和联合检测，确保了被测产品使用前的完好性。基于LabVIEW的虚拟仪器开发技术，开发设计灵活多变，多个虚拟设备可共用相同的硬件，能极大的降低开发成本，具有很高的市场价值和应用前景。
