虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實踐

前言

　　前言　　隨著微電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，測試技術與計算機深層次的結合正引起測試儀器領域里一場新的革命，一種全新的儀器結構概念導致新一代儀器——虛擬儀器的出現(xiàn)。它是現(xiàn)代計算機技術、通信技術和測量技術相結合的產物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是引起產業(yè)發(fā)展的一個重要方向，它的出現(xiàn)使得人類的測試技術進入一個新的發(fā)展紀元。　　虛擬儀器在實際應用中表現(xiàn)出與傳統(tǒng)儀器無法比擬的優(yōu)勢，可以說虛擬儀器技術是現(xiàn)代測試技術的關鍵組成部分。虛擬儀器由計算機和數(shù)據(jù)采集卡等相應硬件和專用軟件構成，既有傳統(tǒng)儀器的特征，又有一般儀器不具備的特殊功能，在現(xiàn)代測控應用中有著廣泛的應用前景。　　作為測試工程領域的強有力工具，近年來，由美國國家儀器公司（NationalInstruments，簡稱NI）開發(fā)的虛擬儀器軟件LabVIEW和LabWindows/CVI得到了業(yè)界的普遍認可，在測試系統(tǒng)分析、設計和研究方面得到廣泛應用?！　abVIEW是一種基于G語言（GraphicsLanguage，圖形化編程語言）的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。它采用工程人員熟悉的術語、圖標等圖形化符號來代替常規(guī)基于文字的語言程序。它把復雜、繁瑣、費時的語言編程簡化成用菜單或圖標提示方法來完成某些功能的選擇圖標，并提供用線條把各種功能圖標連接起來的簡單圖形編程方式。利用LabVIEW，用戶可通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標，方便迅速地創(chuàng)建虛擬儀器?！　abWindows/CVI是32位的面向計算機測控領域的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺，它是以ANSIC為核心的交互式虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，將功能強大的C語言與測控技術有機結合，具有靈活的交互式編程方法和豐富的庫函數(shù)，為開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供理想的軟件開發(fā)環(huán)境?！　abWindows/CVI主要應用在各種測試、控制、故障分析及信息處理軟件的開發(fā)中，與LabVIEW相比，其更適合中、大型復雜測試軟件的開發(fā)。基于LabWindows/CVI設計的虛擬儀器，在無損檢測、電力儀表系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、流程控制系統(tǒng)、故障診斷和醫(yī)療等領域中發(fā)揮著重要作用。LabWindows/CVI已經成為測控領域最受歡迎的開發(fā)平臺之一，并且得到較為廣泛的應用?！　√摂M儀器軟件要實現(xiàn)儀器功能，一項重要的任務是獲取被測對象的數(shù)據(jù)，因此，數(shù)據(jù)采集和通信是LabVIEW和LabWindows/CVI的核心技術?！　閺浹a虛擬儀器設計同類書籍在測控應用實踐方面的缺憾，提高廣大學生學習興趣和設計虛擬儀器系統(tǒng)的能力，我們編寫了本書?！　”緯鴱墓こ虘玫慕嵌瘸霭l(fā)，較全面和系統(tǒng)地介紹了虛擬儀器典型測控系統(tǒng)，內容包括：PC與PCI數(shù)據(jù)采集卡、PC與單片機、利用PC與PLC、PC與遠程I/O模塊、PC與USB數(shù)據(jù)采集模塊、PC與CAN總線模塊、PC與無線數(shù)傳模塊、PC與智能儀器以及PC與GSM短信模塊等組成的測控系統(tǒng)設計。每個實例首先介紹相關的硬件技術，然后給出具體的測控線路和完整的LabVIEW和LabWindows/CVI程序?！　刑峁┑某绦虼a完整且全部在WindowsXP環(huán)境下LabVIEW8.2及其以上版本、LabWindows/CVI8.0及其以上版本編譯運行通過，并經過系統(tǒng)測試，讀者可以直接使用或者稍加修改便可用于自己的項目設計中。需要說明的是，本書僅提供了關鍵的核心程序，即在程序運行畫面中實時顯示傳感器檢測的信號值，超限時輸出開關控制信號等，其他如線性化、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)處理、誤差分析、數(shù)字PID控制等與算法程序，讀者可以根據(jù)自己的系統(tǒng)需求自行設計。　　淡化理論，建立測控系統(tǒng)整體概念，以工程實踐為主，硬件系統(tǒng)設計采用“搭積木”方式，突出程序設計，重在功能實現(xiàn)，這是本書的特色，也是與已有測控系統(tǒng)類書籍不同的地方，相信對讀者學習虛擬儀器測控系統(tǒng)會有很大幫助。　　本書內容豐富，提供了典型的虛擬儀器測控應用系統(tǒng)，有較強的先進性、實用性和可操作性，可供各類自動化、計算機應用、機電一體化、測控儀器等專業(yè)的大學生、研究生學習虛擬儀器技術，也可供計算機測控系統(tǒng)研發(fā)的工程技術人員參考?！　榉奖阕x者學習，本書提供超值配套光盤，內容包括所有實例的源程序、程序運行錄屏、系統(tǒng)測試錄像、軟硬件資源等?！　”緯伤锬敬髮W李向陽編寫第1、2、3章，萬暢編寫第4、5、6章，王麗編寫第7、8章；石河子大學曹衛(wèi)彬編寫第9、10章，劉榮編寫第11章，葛云編寫第12章，李江全編寫緒論和附錄。全書由曹衛(wèi)彬教授擔任主編并統(tǒng)稿，李向陽、萬暢、李江全擔任副主編。參與編寫工作的人員還有田敏、劉恩博、胡蓉、任玲、李宏偉、張茜、王洪坤、鄭瑤等老師；電子開發(fā)網、北京研華科技、石河子大學電氣工程實驗中心等在硬件和軟件方面提供了關鍵技術支持；電子工業(yè)出版社陳韋凱編輯在全書的策劃、加工中做了大量工作，編者借此機會對他們致以深深的謝意?！　∮捎诰幷咚接邢?，書中難免存在不妥或錯誤之處，懇請廣大讀者批評指正?！　【幹　?011年11月

內容概要

　　《電子／電氣工程師應用技術叢書：虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實踐》從工程應用的角度出發(fā)，較全面和系統(tǒng)地介紹了虛擬儀器的典型測控系統(tǒng)，內容包括：PC與PCI數(shù)據(jù)采集卡、PC與單片機、利用PC與PLC、PC與遠程I/O模塊、PC與USB數(shù)據(jù)采集模塊、PC與CAN總線模塊、PC與無線數(shù)傳模塊、PC與智能儀器，以及PC與GSM短信模塊等組成的測控系統(tǒng)設計。每個實例首先介紹相關的硬件技術，然后給出具體的測控線路和完整的LabVIEW和LabWindows/CVI程序。
　　為方便讀者學習，《電子／電氣工程師應用技術叢書：虛擬儀器典型測控系統(tǒng)編程實踐》提供超值配套光盤，內容包括所有實例的源程序、程序運行錄屏、系統(tǒng)測試錄像、軟/硬件資源等。

書籍目錄

第0章 緒論
　0.1 虛擬儀器的含義與特點
　0.1.1 虛擬儀器的產生
　0.1.2 虛擬儀器的概念
　0.1.3 虛擬儀器的特點
　0.1.4 虛擬儀器的應用
　0.2 虛擬儀器的組成與構成方式
　0.2.1 虛擬儀器的基本結構
　0.2.2 虛擬儀器的構成方式
　0.2.3 構建虛擬儀器的步驟
　0.3 虛擬儀器系統(tǒng)的輸入與輸出信號
　0.3.1 模擬信號
　0.3.2 數(shù)字信號
　0.4 虛擬儀器的軟件結構與開發(fā)平臺
　0.4.1 虛擬儀器的軟件結構
　0.4.2 虛擬儀器的開發(fā)平臺
　0.5 虛擬儀器的設計原則和方法
　0.5.1 虛擬儀器的設計原則
　0.5.2 虛擬儀器的設計方法
　0.6 本書說明
　
第1章 基于單片機的虛擬儀器
　1.1 典型單片機開發(fā)板簡介
　1.1.1 單片機控制系統(tǒng)的組成
　1.1.2 單片機開發(fā)板B的功能
　1.1.3 單片機開發(fā)板B的主要電路
　1.2 PC與單片機開發(fā)板B組成的虛擬儀器
　1.2.1 設計任務
　1.2.2 線路連接
　1.2.3 利用C51語言實現(xiàn)單片機溫度測控
　1.2.4 利用匯編語言實現(xiàn)單片機溫度測控
　1.2.5 利用LabVIEW實現(xiàn)PC與單片機溫度測控
　1.2.6 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)PC與單片機溫度測控
　
第2章 基于三菱PLC的虛擬儀器
　2.1 三菱PLC特殊功能模塊與通信協(xié)議
　2.1.1 FX2N系列PLC的特殊功能模塊
　2.1.2 三菱PLC編程口通信協(xié)議
　2.2 PC與三菱FX2N PLC組成的虛擬儀器
　2.2.1 設計任務
　2.2.2 線路連接
　2.2.3 三菱PLC端溫度測控程序設計
　2.2.4 利用LabVIEW實現(xiàn)
　2.2.5 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第3章 基于西門子PLC的虛擬儀器
　3.1 西門子PLC模擬量擴展模塊與通信協(xié)議
　3.1.1 西門子PLC模擬量輸入模塊
　3.1.2 西門子PLC PPI通信協(xié)議
　3.2 PC與西門子S7-200 PLC組成的虛擬儀器
　3.2.1 設計任務
　3.2.2 線路連接
　3.2.3 西門子PLC端溫度測控程序設計
　3.2.4 利用LabVIEW實現(xiàn)
　3.2.5 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第4章 基于NI數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器
　4.1 PCI-6023E數(shù)據(jù)采集卡簡介
　4.1.1 PCI-6023E數(shù)據(jù)采集卡的功能
　4.1.2 安裝DAQ設備驅動程序
　4.1.3 數(shù)據(jù)采集卡的參數(shù)設置與測試
　4.2 PC與PCI-6023E數(shù)據(jù)采集卡組成的虛擬儀器
　4.2.1 設計任務
　4.2.2 線路連接
　4.2.3 利用LabVIEW實現(xiàn)
　4.2.4 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第5章 基于研華數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器
　5.1 PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡簡介
　5.1.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)概述
　5.1.2 基于PC的DAQ系統(tǒng)組成
　5.1.3 用PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡組成的測控系統(tǒng)
　5.1.4 PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡的安裝與測試
　5.2 PC與PCI-1710HG數(shù)據(jù)采集卡組成的虛擬儀器
　5.2.1 設計任務
　5.2.2 線路連接
　5.2.3 利用LabVIEW實現(xiàn)
　5.2.4 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第6章 基于分布式I/O模塊的虛擬儀器
　6.1 典型分布式I/O模塊簡介
　6.1.1 集散控制系統(tǒng)的結構與特點
　6.1.2 ADAM4000系列遠程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)
　6.1.3 ADAM4000系列模塊簡介
　6.1.4 ADAM4000系列模塊的軟件安裝
　6.2 PC與ADAM4000系列模塊組成 的虛擬儀器
　6.2.1 設計任務
　6.2.2 線路連接
　6.2.3 利用LabVIEW實現(xiàn)
　6.2.4 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第7章 基于CAN總線模塊的虛擬儀器
　7.1 典型CAN總線功能模塊簡介
　7.1.1 現(xiàn)場總線控制技術概述
　7.1.2 CAN總線控制技術概述
　7.1.3 CAN接口卡與iCAN系列功能模塊簡介
　7.2 PC與iCAN-4000系列模塊組成的虛擬儀器
　7.2.1 設計任務
　7.2.2 線路連接
　7.2.3 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第8章 基于USB數(shù)據(jù)采集模塊的虛擬儀器
　8.1 USB總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應用
　8.1.1 USB總線及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點
　8.1.2 采用USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集系統(tǒng)
　8.1.3 典型USB數(shù)據(jù)采集模塊簡介
　8.2 PC與USB4711A數(shù)據(jù)采集模塊組成的虛擬儀器
　8.2.1 設計任務
　8.2.2 線路連接
　8.2.3 利用LabVIEW實現(xiàn)
　8.2.4 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)
　
第9章 基于無線數(shù)傳模塊的虛擬儀器
　9.1 典型無線數(shù)傳模塊簡介
　9.1.1 無線數(shù)傳技術概述
　9.1.2 DTD46X系列無線數(shù)傳模塊
　9.2 PC與DTD462無線數(shù)傳模塊組成的虛擬儀器
　9.2.1 設計任務
　9.2.2 線路連接
　9.2.3 利用匯編語言實現(xiàn)基于DS18B20的單片機溫度測控
　9.2.4 利用C51語言實現(xiàn)基于DS18B20的單片機溫度測控
　9.2.5 利用LabVIEW實現(xiàn)無線數(shù)傳模塊溫度測控
　9.2.6 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)無線數(shù)傳模塊溫度測控
　
第10章 基于GSM短信模塊的虛擬儀器
　10.1 GSM網絡短信測控技術
　10.1.1 GSM短信測控系統(tǒng)的特點與組成
　10.1.2 AT指令介紹
　10.1.3 超級終端的使用
　10.2 PC與TC35短信模塊組成的虛擬儀器
　10.2.1 設計任務
　10.2.2 線路連接
　10.2.3 利用C51語言實現(xiàn)單片機溫度檢測及短信發(fā)送
　10.2.4 利用C51語言實現(xiàn)單片機短信接收及繼電器控制
　10.2.5 利用LabVIEW實現(xiàn)PC短信接收與發(fā)送
　10.2.6 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)PC短信接收與發(fā)送
　
第11章 基于智能儀器的虛擬儀器
　11.1 典型智能儀器簡介
　11.1.1 智能儀器的結構與特點
　11.1.2 XMT-3000A型智能儀器的通信協(xié)議
　11.1.3 PC與XMT-3000A型智能儀器串口通信調試
　11.2 PC與XMT-3000A智能儀器組成的虛擬儀器
　11.2.1 設計任務
　11.2.2 線路連接
　11.2.3 利用LabVIEW實現(xiàn)PC與單臺智能儀器溫度測控
　11.2.4 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)PC與單臺智能儀器溫度測控
　11.2.5 利用LabVIEW實現(xiàn)PC與多臺智能儀器溫度測控
　11.2.6 利用LabWindows/CVI實現(xiàn)PC與多臺智能儀器溫度測控
　
第12章 基于INTERNET網絡的虛擬儀器
　12.1 網絡化測控系統(tǒng)概述
　12.1.1 工業(yè)測控網絡
　12.1.2 網絡化測控儀器
　12.1.3 TCP/IP協(xié)議概述
　12.1.4 DataSocket 技術概述
　12.2 基于LabVIEW的網絡化測控
　12.2.1 LabVIEW中的TCP節(jié)點
　12.2.2 LabVIEW中的DataSocket函數(shù)節(jié)點
　12.2.3 LabWindows/CVI中的TCP/IP函數(shù)庫
　12.2.4 在LabVIEW 中利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網絡通信
　12.2.5 在LabVIEW中利用DataSocket技術實現(xiàn)網絡通信
　12.2.6 在LabWindows/CVI 中利用TCP/IP協(xié)議實現(xiàn)網絡通信
附錄A LabVIEW串口通信函數(shù)
附錄B LabWindows/CVI串口通信函數(shù)
附錄C LabWindows/CVI數(shù)據(jù)采集函數(shù)庫
參考文獻
　　

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   第0章 緒論 虛擬儀器是用通用計算機硬件加上軟件來仿真?zhèn)鹘y(tǒng)測量儀器的設備，是以測量、分析、顯示為主，控制為輔的更加先進的科學儀器，它為儀器的測量分析帶來更加輝煌的未來。虛擬儀器技術是計算機測控技術的重要分支。 0．1 虛擬儀器的含義與特點 0．1．1 虛擬儀器的產生 測量儀器發(fā)展至今，大體可分為四個階段：模擬儀器、數(shù)字化儀器、智能儀器和虛擬儀器。 模擬儀器，這類儀器是以電磁感應基本定律為基礎的指針儀器儀表?；窘Y構是電磁機械式的，借助指針來顯示最終結果，如指針式萬用表、晶體管電壓表等。這類儀器在某些實驗室仍能看到。 數(shù)字化儀器，這類儀器目前相當普及，如數(shù)字電壓表、數(shù)字頻率計等。這類儀器將模擬信號的測量轉化為數(shù)字信號測量，并以數(shù)字方式輸出最終結果，適用于快速響應和較高準確度的測量。 智能儀器，這類儀器內置微處理器，既能進行自動測試又具有一定的數(shù)據(jù)處理功能。智能儀器的功能模塊全部以硬件和固化軟件的形式存在，無論在開發(fā)還是在應用上，都缺乏靈活性。 虛擬儀器，是現(xiàn)代計算機軟、硬件技術和測量技術相結合的產物，是傳統(tǒng)儀器觀念的一次巨大變革，是將來儀器發(fā)展的一個重要方向。 虛擬儀器技術是由美國國家儀器公司（National Instruments，NI）在1986年提出的一種構成儀器系統(tǒng)的新概念，其基本思想是用計算機資源取代傳統(tǒng)儀器中的輸入、處理和輸出等部分，實現(xiàn)儀器硬件核心部分的模塊化和最小化；用計算機軟件和儀器軟面板實現(xiàn)儀器的測量和控制功能。 虛擬儀器技術的出現(xiàn)和發(fā)展與計算機技術的不斷發(fā)展是分不開的。 一方面，計算機技術的進步為新型的測控儀器產生提供了現(xiàn)實基礎，主要表現(xiàn)在： （1）微處理器和DSP（Digtal Signal Processing）技術的快速進步及其性能價格比不斷提高，大大改變了傳統(tǒng)電子行業(yè)的設計思想和觀念，原來由硬件完成的許多功能今天能夠依靠軟件實現(xiàn)。 （2）面向對象技術、可視化程序開發(fā)語言在軟件領域為開發(fā)更多的易于使用、功能強大的軟件提供了可能。 另一方面，傳統(tǒng)的測量儀器越來越滿足不了科技進步的要求，主要表現(xiàn)在： （1）現(xiàn)代測量要求儀器不僅能單獨測量某個量，而且更希望它們之間能夠互相通信，實現(xiàn)信息共享，從而完成對被測系統(tǒng)的綜合分析、評估，得出準確判斷。傳統(tǒng)儀器在這方面顯然存在嚴重不足。 （2）對于復雜的被測系統(tǒng)，面對各個廠家的不同測試設備，使用者需要的知識很多。這樣的儀器不僅使用頻率和利用率低，而且硬件存在冗余。

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