原创 使用LabVIEW来玩耍Arduino-Day1-LabVIEW通过串口方式控制Arduino板载LED

器材：开发板一块（型号以Arduino Uno为例）、LabVIEW2017安装包、破解工具NI License Activator。

获取方法：Arduino开发板可以自己打板焊元件也可以直接淘宝购买（国产的几十块钱，意大利原装的需要一两百）；LabVIEW2017安装包在（Index of /evaluation/labview/ekit/other/downloader (ni.com)）网址获得（可以通过浏览器搜索功能，快捷键ctrl+F，搜索2017LV-WinChn.exe，点击即可下载）；破解工具NI License Activator可通过百度网盘获取（链接：https://pan.baidu.com/s/1dwsyMuX8IQRYNWeB_cZoGQ 提取码：hx2v，如果链接失效，可以网上搜索）。

软件安装（以LabVIEW2018为例，其他版本类似）：

（1）双击 ，进入解压软件界面，如图1-1。

图1-1 【解压LabVIEW2018】

（2）解压完成（如图1-2）后，自动启动setup.exe，如果未启动，请到第一步的解压路径中手动双击setup.exe。前面的安装过程直接选择下一步即可.

图1-2 【解压完成】

（3）这步不需要填入序列号，直接下一步，如图1-3。

图1-3 【无须填入序列号】

（4）选择合适路径安装，安装内容默认即可，如图1-4。

图1-4 【安装路径和安装内容】

（5）取消产品通知，接受许可，然后等待安装完成，如图1-5。

图1-5 【无须通知，接受许可】

（6）等待安装过程中，会询问如图1-6所示的问题，选择不需要支持即可，最后可以看到安装完成的通知。

图1-6 【安装问题和安装完成】

（7）安装完成后，先不着急运行软件，双击 ，将所有的模块都右击-Activate，Activate成功的软件或者工具包前面的方框将显示绿色，否则显示白色，如图1-7。

图1-7 【激活软件】

至此，LabVIEW2018中文版就安装完成，可以正常使用。

本节将详细地介绍Arduino与LabVIEW的连接方式，主要包括LabVIEW Interface for Arduino方式、串口控制方式、无线串口方式和Ethernet方式，并给出详细的实验示例，包含实现原理和具体代码其实，从本质上来说，前三种方式都是通过串口实现Arduino与LabVIEW的连接的，而且需要使用VISA插件实现LabVIEW串口编程，但是三者各有特点：

（1）LabVIEW Interface for Arduino方式，只需要将给定的Arduino程序烧写进Arduino控制器，然后完成LabVIEW部分的编程即可，由于不涉及Arduino程序设计，只使用官方给出的Arduino函数库，Arduino的传感器选用上有很大的局限性，可扩展性较差。

（2）串口控制方式，需要完成Arduino与LabVIEW两部分的编程，使用USB to Serial电缆连接，Arduino部分有着很好的可扩展性，两者需要制定合适的通信协议。

（3）无线串口方式，使用串口无线数传模块替代串口连接电缆线，实现了Arduino与LabVIEW的无线连接，扩展了Arduino与LabVIEW的应用范围，而且可以通过选择不同类型和不同功率的无线传输模块，以实现近距离、中距离和远距离的无线数据传输。

与前三种方式使用串口来实现Arduino与LabVIEW的连接不同，Ethernet方式采用网络编程来实现二者的连接。Arduino端需要采用网络扩展板，并连接至路由器上，而不是仅仅通过串口；LabVIEW端需要使用TCP协议函数库来完成程序设计，而不是使用VISA插件来实现串口编程的。与其他三种连接方式相比，Ethernet方式将Arduino与LabVIEW都接入了网络中，极大地扩展了应用范围；由于互联网无处不在，若将二者都接入互联网中，则可以通过互联网来构建基于Arduino与LabVIEW的远程测控系统。

LabVIEW Interface for Arduino Toolkit（LIAT）是NI公司（美国国家仪器公司）为Arduino开发的接口工具包，借助于这个工具包，可以很方便地使用LabVIEW软件与Arduino控制器实现联合开发。

目前，LIAT支持LabVIEW2010及更高版本，提供的函数库中传感器有热敏电阻、光敏电阻、8段数码管、RGB灯、舵机等。在LabVIEW中使用打开、读写、关闭等库函数，就可以实现对Arduino控制器的数字、模拟、PWM、I2C、SPI信号的读取与控制。但是，LIAT仅支持Arduino Uno、Arduino2009和Mega2560控制板，而且库函数的数量有限，传感器类型较为单一，存在一定的局限性，极大地限制了对Arduino的开发使用。当使用的传感器不是官方函数库中已有函数的传感器时，就无法使用LabVIEW对Arduino进行交互控制。

由于LabVIEW Interface for Arduino只需要对LabVIEW编程，而不需要对Arduino编程，甚至不需要底层硬件知识，适合了解LabVIEW编程而不懂Arduino编程的玩家或入门爱好者，由于其简单、易操作，所以也不失为新手入门的一个路径。

下面介绍该方法的操作方式

（1）LIAT的下载与安装。想要利用LIAT函数库来实现LabVIEW软件与Arduino控制器的交互需要安装三个软件：1）2010及以上版本的LabVIEW软件；2）与LabVIEW软件配套的VI Packge Manager；3）LabVIEW Interface for Arduino Toolkit。LabVIEW2017版本及之后的版本都已经将VI Packge Manager集成进去，不需要额外安装，所以只需要打开VI Packge Manager 搜索Arduino找到LabVIEW Interface for Arduino即可完成安装。

（2）LIAT函数库及使用。当LabVIEW安装LabVIEW Interface for Arduino工具包之后，在前面板和程序框图中的函数栏目中就会出现Arduino控件和操作函数库。Arduino控件包含模拟I/O、数字I/O、Pin Mode、Board Type和连接方式等，如图3-6所示；操作函数库包含有Arduino INIT、Arduino CLOSE、Low Level、Sensors、Examples等，如图3-7所示。其中，Arduino INIT和Arduino CLOSE是每个程序必备的，即与Arduino控制器建立连接，完成对Arduino预先设定的操作之后，断开与Arduino控制器的连接，释放Arduino控制器的串口资源。

本节将采用有线串口连接的方式实现Arduino与LabVIEW的连接，并介绍LabVIEW VISA串口编程。VISA的下载地址是（下载NI-VISA - NI），下载版本选择最低的5.4即可 。

VISA是虚拟仪器软件体系结构（Virtual Instruments Software Architecture）的缩写，实质上是一个I/O口软件库及其规范的总称。VISA是应用于仪器编程的标准I/O应用程序接口，是工业界通用的仪器驱动器标准API（应用程序接口），采用面向对象编程，具有很好的兼容性、扩展性和独立性。用户可用一个API控制包括VXI、GPIB及串口仪器在内的不同种类的仪器。它还支持多平台工作、多接口控制，是一个多类型的函数库。

在LabVIEW中利用VISA节点进行串行通信编程。为了方便用户使用，LabVIEW将这些VISA节点单独组成一个子模块，共包含8个节点，分别实现初始化串口、串口写、串口读、中断以及关闭串口等功能。安装VISA之后，在程序框图界面上右击鼠标，依次选择“函数”→“仪器I/O”→“串口”，即会出现如图3-80所示的串口函数。

在LabVIEW中，普通串口通信的基本步骤分为3步：

（1）串口初始化，利用VISA Configure SerialPort节点设定串口的端口号、波特率、停止位、校验位、数据位。

（2）读写串口，利用VISA Read节点和VISA Write节点对串口进行读写。

（3）关闭串口，停止所有读写操作，释放串口资源。

按照串口编程的3个基本步骤，图3-85给出了典型的串口读写程序框图。首先，对所选择的串口进行配置（初始化），然后将需要发送的数据写入串口，等待合适的时间，接着判断出串口中数据的字节数并从串口中读取数据，最后关闭串口，释放串口资源。

实验：Arduino与LabVIEW串口通信的实现

实验分为两个部分：1）LabVIEW控制Arduino板载LED：LabVIEW发送开关命令，Arduino接收开关命令，并控制板载LED灯的亮灭；2）虚拟电压表：Arduino测量电压并通过串口发送，LabVIEW接收电压值并显示在前面板的仪表板上。

今天先完成实验的第一部分：LabVIEW控制Arduino板载LED

（1）实验目的

通过LabVIEW前面板上的开关按钮实现对Arduino Uno控制板上13号管脚上LED灯开关控制，实现LabVIEW与Arduino单向数据传输（由LabVIEW向Arduino控制板发送数据）。

（2）硬件连接

本实验只需要使用USB电缆将Arduino Uno控制板连接至电脑USB端口即可。

（3）Arduino程序设计

Arduino Uno控制器通过串口获取LabVIEW上位机发来的命令码，判断接收到的命令是为“打开”命令还是“关闭”命令，并执行“打开”或“关闭”命令。程序代码如下：

byte  comdata;                                // 定义变量，用于存放串口读取的数据

int LED = 13;                                 // 定义数字口13为LED的控制引脚

void setup() {

  // put your setup code here, to run once:

  Serial.begin(9600);                         // 初始化串口波特率为9600

  pinMode(LED, OUTPUT);                       // 将LED控制引脚设置为输出

}

void loop() {

  // put your main code here, to run repeatedly:

  if (Serial.available() > 0)                 // 不断检测串口缓冲区是否有数据

   {

       comdata =Serial.read();            // 从串口缓冲区读取一个字节的数据

       if(comdata == 0x01)                // 判断是否为关灯命令

       {

         digitalWrite(LED, LOW);        // 关闭LED灯

       }

       if(comdata ==0x02 )              // 判断是否为开灯命令

       {

         digitalWrite(LED,HIGH);        // 打开LED灯

       }

   }

}

由以上程序，可以知道Arduino程序的基本框架由setup()和loop()两部分组成。在Arduino控制器中程序运行时将首先执行setup()函数，然后执行loop()函数，并且不断循环执行loop()函数。每次Arduino上电或重启后，都会首先执行setup()函数，而且setup()函数只运行一次。setup()函数用于设置引脚的输入/输出类型、配置串口、引入类库文件、外围器件使用前的初始化等。loop()函数在程序运行过程中不断地循环，根据所编写的程序，完成指定的输入/输出功能。

（4）LabVIEW程序设计

LabVIEW通过事件结构来响应“打开”和“关闭”的指令，分别发送不同的指令，并通过串口电缆发送至Arduino Uno控制板，Arduino Uno控制板通过读取串口缓冲区中的数据，然后分析数据并执行“打开”或“关闭”的动作。

LabVIEW软件的前面板如图3-86所示。

LabVIEW程序框图如图3-87和图3-88所示。

分析一下这个LabVIEW的程序框图程序，该程序由函数选板->“编程”->“结构”中的 分割成三个部分，这三个部分也就对应上面介绍的串口通信的三个步骤：（1）VISA配置串口 ，完成串口初始化，LED灯初始化为关闭状态；（2）While循环结构中放置了一个事件结构，该事件结构中有两个分支，一个是打开按钮值改变时控制LED灯亮起，一个是关闭按钮值改变时控制LED灯关闭。这个控制由VISA写入 将“2”和“1”分别发送给Arduino；（3）最后一部分就是用VISA关闭 将串口连接关闭。简易错误处理器   显示错误信息。“2”和“1”的转换操作可以通过LabVIEW提供的即时帮助和LabVIEW帮助手册观察一下VISA写入 所需要的输入，就可以理解“2”和“1”的转换操作是怎么一回事了。

找了很久也没找到《Arduino与LabVIEW开发实战》中这里的配套程序，想想还是自己敲了。之前学了不少编程语言，编程语言基本要素差不多一样，不想再学一遍LabVIEW的了，就连蒙带猜地观察图3-87和图3-88，把程序给捣鼓了出来，明天和实验的第二部分一起上传到百度网盘吧，和小伙伴们分享一下。敲完这个程序终于让我有种恍然大悟的感觉，LabVIEW是可以用的。但是对比起文本编程还是感觉勉勉强强，各有各的好吧，针对人群不一样，而且LabVIEW这是把上位机编程也完成了，而且是可视化的那种，和普通的串口调试助手还不一样。